管網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)中的新技術(shù)應(yīng)用

張朝東，李妍姣

(河北九華勘查測繪有限責(zé)任公司，河北保定071051)

一、引 言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，帶動城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市道路以及相關(guān)地下管線的數(shù)量成倍增加。地下管線是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市維持其正常運(yùn)作的血脈通道，對人民的生活和生產(chǎn)具有非常重要的影響，因此，合理維護(hù)地下管線是當(dāng)前的重中之重。管網(wǎng)的科學(xué)維護(hù)是一個迫在眉睫的現(xiàn)實(shí)問題，如果不能做好管網(wǎng)的維護(hù)，不能保證管網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，那將會導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)功能的喪失，甚至?xí)a(chǎn)生局部管網(wǎng)系統(tǒng)的癱瘓，影響人們的正常生活以及生產(chǎn)的正常進(jìn)行，同時也可能產(chǎn)生各種安全事故，影響社會的安定團(tuán)結(jié)，使城市發(fā)展走向倒退。

隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在管理學(xué)的指導(dǎo)下，各方面有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)了城市管理的新方式和新方法不斷涌現(xiàn)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)為紐帶，運(yùn)用3S技術(shù)，大多數(shù)大中城市正在相繼發(fā)展和建立各種管道信息管理系統(tǒng)和管理方案。

二、新技術(shù)綜述

1.城市網(wǎng)格與部件

城市網(wǎng)格化管理，就是以信息化為手段，在數(shù)字化平臺上，將城市劃分成單元網(wǎng)格，綜合管理各種資源，在特定的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)，及時發(fā)現(xiàn)并解決各類問題。網(wǎng)格化管理采用“萬米單元網(wǎng)格管理法”和“城市部件(事件)管理法”相結(jié)合的方式。

萬米單元網(wǎng)格管理法就是以1萬m2為基本單位，將管網(wǎng)運(yùn)行區(qū)域劃分成若干個網(wǎng)格狀單元，由管理巡視員對所分管的萬米單元實(shí)施全時段監(jiān)控，同時明確各網(wǎng)格維護(hù)責(zé)任人，從而對實(shí)現(xiàn)分層、分級、全區(qū)域管理。

城市部件管理法就是把管網(wǎng)設(shè)施和設(shè)備作為城市部件進(jìn)行管理，運(yùn)用地理編碼技術(shù)，將城市部件按照地理坐標(biāo)定位到萬米單元網(wǎng)格地圖上，通過網(wǎng)格化城市管理信息平臺對其進(jìn)行分類管理的方法。城市部件分為公用設(shè)施、道路交通、市容環(huán)境、園林綠化、房屋土地及其他設(shè)施等6大類。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)(the Internet of things)，是指在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上整合傳感、通信和信息處理等技術(shù)，通過各種傳感技術(shù)(RFID、傳感器、GPS、攝像機(jī)、激光掃描器等)、各種通信協(xié)議(有線、無線、長距、短距等)，把相關(guān)物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和維護(hù)管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

3.電子地圖與GPS

電子地圖(electronic map)，即數(shù)字地圖，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以數(shù)字方式存儲和查閱的地圖。GPS電子地圖是將GPS接收到的衛(wèi)星信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，把GPS接收器所在位置定位到地理底圖并顯示在屏幕上。

4.GIS

地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合了地理學(xué)與地圖學(xué)，以及遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

三、管網(wǎng)運(yùn)維方案

1.數(shù)字化平臺及信息

管網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)信息，其包括:基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫(矢量圖、衛(wèi)星圖)，管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫(包含多媒體信息)，各類管理辦公信息(設(shè)計(jì)、審批、規(guī)劃、維修、報(bào)修、采購等工作流數(shù)據(jù))。

首先選用ArcGIS平臺，建立基于空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE和大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle的管線基礎(chǔ)信息平臺系統(tǒng)。

在管網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)中，在管線地理信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用萬米單元網(wǎng)格和城市部件方法對管網(wǎng)設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行管理，按照國家標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)施和設(shè)備按照功能和特征區(qū)分為小類，并對細(xì)化的部件賦予8位代碼，每一個管網(wǎng)設(shè)備(如閥門、消防栓、窨井、雨箅、凝水缸)都有它的唯一編碼，相當(dāng)于它的“身份證”。在對全區(qū)所有城市部件進(jìn)行拉網(wǎng)式調(diào)查的基礎(chǔ)上，請專業(yè)部門進(jìn)行了勘測普查、定位標(biāo)圖，建立數(shù)據(jù)庫信息，標(biāo)注在相應(yīng)的萬米單元網(wǎng)格圖數(shù)字地圖上。

2.物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的3層結(jié)構(gòu)(感知層、傳輸層、應(yīng)用層)，進(jìn)行管網(wǎng)的設(shè)備硬件和軟件基礎(chǔ)建設(shè)。

1)感知層由各種類型的傳感器組成，可實(shí)時獲得地下管線的各種相關(guān)信息，包括空間位置、尺寸規(guī)格、材質(zhì)等管線自身健康情況信息。城市在新建管線和進(jìn)行老舊管線的更新改造時，對管道重要部件預(yù)先嵌入傳感器，或者管線與智能傳感器同步埋設(shè)。管線智能傳感器的主要功能應(yīng)能實(shí)時收集管線運(yùn)行中的工作狀態(tài)信息、管線的空間位置及自身屬性信息，并應(yīng)能夠主動或被動提供給傳輸層設(shè)備。

2)傳輸層則主要通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、無線射頻識別RFID等通信手段，將感知層獲得的數(shù)據(jù)由現(xiàn)場實(shí)時傳輸?shù)礁邔哟蔚膯卧?。物?lián)網(wǎng)主要利用互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3)應(yīng)用層是城市地下管線智能管理系統(tǒng)功能的集中體現(xiàn)，包含地下管線多參數(shù)三維顯示系統(tǒng)、地下管線輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)、地下管線事故應(yīng)急指揮系統(tǒng)等。

3.GPS電子地圖

電子地圖可以提供矢量地圖、衛(wèi)星圖片，將電子地圖裝載在PDA或者平板電腦、手機(jī)等便攜智能系統(tǒng)中，需具備GPS定位模塊。并將管網(wǎng)部件信息下載到PDA中，通過AJAX開發(fā)，調(diào)用電子地圖提供的API，在地圖上準(zhǔn)確地標(biāo)注部件位置，并查詢該部件屬性:文字及圖片等信息。通過連接信號接收器，可以實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)互感器信號接收和標(biāo)示。

4.系統(tǒng)應(yīng)用

在管道運(yùn)行維護(hù)、搶修、補(bǔ)測、技術(shù)改造等各項(xiàng)工作中可現(xiàn)場利用PDA實(shí)現(xiàn)管道具體位置的查找，管道具體信息(如建設(shè)年代、施工單位名稱、管道壓力、管徑、材質(zhì)、管道的三通、彎頭、變徑、穿越等特殊關(guān)鍵點(diǎn)位置)的查詢等功能。

現(xiàn)場工作人員攜帶便攜設(shè)備，根據(jù)任務(wù)安排開始工作，可借助 GPS找到匹配設(shè)備，參照電子地圖對環(huán)境進(jìn)行定位。對于被掩蓋和不易辨識的設(shè)備和設(shè)施，通過搜集RFID信號進(jìn)行信息的采集，可在PDA上記錄下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等信息;然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備信息發(fā)送到控制中心。如果設(shè)備運(yùn)行異常，運(yùn)維系統(tǒng)會給現(xiàn)場工作人員下達(dá)指令，對緊急狀況采取應(yīng)對措施;同時在數(shù)據(jù)庫中生成各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并對有關(guān)設(shè)備進(jìn)行深度分析，同時對此次操作進(jìn)行記錄，作為日后運(yùn)維的依據(jù)。

四、結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)地下管線運(yùn)營管理智能化是城市管理者的奮斗目標(biāo)，而單元網(wǎng)格、城市部件、電子地圖、GPS、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)、新概念的廣泛應(yīng)用，可以提高管網(wǎng)運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化程度，結(jié)合GIS綜合管理平臺的使用，可以有效提高工作效率，減少人為因素帶來的問題，減少遺漏，錯漏，對每一個登記在系統(tǒng)內(nèi)的管網(wǎng)設(shè)施和設(shè)備做到有效管理，提高管網(wǎng)工作效率的同時降低了管理成本，保證了管道的運(yùn)行穩(wěn)定，將會更深刻地改變我們的工作與生活方式。

無論是地下管線管理者、地下管線運(yùn)營商，還是地下管線技術(shù)服務(wù)商。我們都應(yīng)當(dāng)充分意識到新的技術(shù)、新的概念的投入應(yīng)用，既是挑戰(zhàn)也是機(jī)會，在這變革的潮流中，積極實(shí)踐，必然提高我國地下管線管理水平。

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