城市管网智能监测系统及可视化平台

林 洁，叶子铭，杜 颜

（深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518100）

0 引言

全国现有的供水、排水、燃气、热力、工业等多类别的复杂管网中管线长度已超172 万公里，每年仍以10 万公里的速度递增。错综复杂的城市管网系统存在的安全隐患不容忽视。城市管网智能监测系统作为智慧管网建设的重要部分，能够将城市管网检测、状态评估、清淤疏通、缺陷修复、施工改造等全流程信息有机整合，可以对城市管网的水质、水文、风险因子等进行在线监测和数据分析，可以预警城市内涝、监测污水偷排，对城市管网的高效管理、正常运营、日常维护、安全保障都起到非常积极的作用[1-3]。

许多学者针对城市管网的监测和管理问题都提出了解决方案。例如，李剑[4]设计和开发了基于ImaGIS 技术的城市三维管网平台系统，实现了地下管线的全过程周期化管理。叶远智等人[5]采用ArcGIS 平台分以下两种情况进行管线建模，并将其应用于舟山市管网数据进行三维建模，可视化效果较好。李仁刚[6]基于物联网技术平台设计开发了城市地下管网智能监控系统，可以初步实现终端状态的可视化管理。舒强等人[7]采用微电极检测技术，建立了数据信号传输及信号抗干扰方法，开发的城市供水管网水质安全监测系统有效解决了国外传感器要求环境精度高的难题。刘子恒等人[8]研发了基于SuperMap 的管网三维建模技术，解决了管网拓扑模型中的假节点、流向等问题。王子成等人[9]设计的城市地下管网水质可视化预警系统提供了一个直观交互式的信息可视化管理平台及监控预警平台。王国牛[10]提出了一种城市三维管网实时建模方法，可以实现地上地下一体化的三维效果。本文为了进一步保障城市管网的安全运行和全寿命周期智能化管理，基于物联网监测和隐患事故预警等先进技术，开发城市管网智能监测系统及可视化管理平台。

1 城市管网智能监测系统

传统意义上的城市管网检测一般指采用各种检测技术在管道内进行管道缺陷、内部淤积、水位等检测。城市管网智能监测系统不仅涵盖传统功能，还可实现对管网淤积、排水不畅、管网液位、上窨井井盖状态、管网流量、管网有害气体、管网水质、管内环境、管道腐蚀速率等影响城市管网运维的各种风险数据进行监测，为城市管网的运行调度、养护管理、快速响应、缺陷修复提供有效的数据支持，以便于管理者掌握管内实际状况及紧急情况下正确地部署应急措施，提高城市管网的运行管理水平。

城市排水在线监控管理系统应用物联网和GIS 技术，通过埋设智能传感设备实时采集数据及相关视频，与可视化平台整合后形成“城市排水管网物联网一张图”。系统总体架构如图1所示。

图1 城市管网智能监测系统总体架构

城市管网智能监测系统由设备链、服务链、数据链等构成，具体如下：

（1）设备链：集管网检测、疏浚、修复等业务而开发设计的专业化先进设备于一体。

（2）服务链：管网工程服务。对管网进行专业化、高效化的检测、疏浚及修复服务。

（3）数据链：管网云平台。集云计算、大数据分析、人工智能于一体的管网生态。

城市管网智能监测系统的架构包括感知层、网络层、分析层和应用层。具体组件情况如下：

（1）精准排水模型建立组件

根据实时天气预报的雨量信息、下垫面和排水管网属性，对产汇流及排水进行模拟，为城市管理部门提供应急决策支持，将损失降到最小。

（2）信息化数据分析组件

针对城市管网碎片化排查成果，应用GIS 技术手段，对管网排查和管网感知监测结果进行数据挖掘，实现管网空间管线分析，为管网状态评估提供基础数据支撑。

（3）管网状态及风险评估组件

分类管网拓扑问题，评估管网健康度及排水能力，为城市管网改扩建、维修维护和运营、应急防汛工作提供决策依据。城市管网相关各部门通过终端上位机等设备对分析层数据进行整合分析和评估，并迅速做出响应。

2 城市管网可视化平台

城市管网可视化平台可直观展现管道地理位置信息、管道结构信息、管道监测信息等，如图2所示。

图2 可视化平台——全局察看

（1）管道地理位置信息

在地理信息系统中能直接读取管道全线位置，量测与周边道路、房屋等的相对位置关系，显示出管道上游来源和下游出处，如图3所示。

图3 管道位置信息在GIS 层级上的展示情况

（2）管道结构信息

可视化平台内部结构展示如图4所示，其中包括管道长度、结构尺寸、管道型式、结构材质、材质等级（混凝土强度、钢筋等级间距）、覆土厚度、底板高度、井口位置、井口尺寸、井口类型等信息。

图4 可视化平台内部结构展示

（3）管道监测信息

可视化平台实时监测信息显示如图5所示。采用三维漫游，能总体显示隐患点、排口以及监测传感器的实时数据，点击点位可进入到管道内部，通过弹框查看到具体的实时监控数据，能将隐患点、排口信息以及传感器历次监测信息进行对比展示，明确隐患位置、隐患级别。

图5 可视化平台实时监测信息显示

3 结语

本文为了更好地展示管网状态，运用数据可视化技术，把数据转换为3D 模型，在管网智能监测系统的基础上形成可视化展示平台，明确管网系统与周边地理信息的联系，进一步提高对管网的全局把控力与洞察力。通过在智慧排水防涝中应用物联网、GIS 等技术，为城市排水防涝提供全方位技术支撑，实现城市排水数据管理、运行服务、监测预警、综合监管、应急决策一体化的管理，构建排水行业监管的新模式，提高城市防灾减灾能力和安全保障水平。