將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于城市地下管線管理

張曉光

(保定金迪地下管線探測(cè)工程有限公司，河北保定071051)

一、引 言

城市地下管線就像人體的血管，是城市的“生命線”，擔(dān)負(fù)著城市中各種資源和信息的傳輸任務(wù)。隨著城市建設(shè)進(jìn)程的不斷加快和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)地下管線進(jìn)程科學(xué)有效管理的要求與目前落后的管理手段之間的矛盾日益突出。另外我國(guó)城市化進(jìn)程開(kāi)始較晚，地下管線規(guī)劃和管理缺乏經(jīng)驗(yàn)，形成了地下管線權(quán)屬單位分散，地下管線運(yùn)行監(jiān)測(cè)體系不完善等很多問(wèn)題，在城市建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)挖損管線、管線老化泄漏等情況，影響城市管網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量和效率。城市管理者迫切需要通過(guò)一種手段，將城市中所有地下管網(wǎng)管理起來(lái)，通過(guò)智能管理體系，對(duì)地下管網(wǎng)的空間位置、管線自身壽命、管線負(fù)荷運(yùn)行情況、外界對(duì)其影響情況等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并存儲(chǔ)于專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)中，運(yùn)用軟件進(jìn)行分析，得出及時(shí)合理的處理維護(hù)措施。

二、城市地下管線管理現(xiàn)狀及問(wèn)題

我國(guó)早在1995年就注意到應(yīng)對(duì)地下管線進(jìn)行科學(xué)的管理，建設(shè)部和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局聯(lián)合在全國(guó)開(kāi)展了首次城市地下管線普查工作。1996年，還成立了建設(shè)部科技委地下管線管理技術(shù)委員會(huì)全國(guó)的地下管線事業(yè)在地下管線普查技術(shù)、信息管理系統(tǒng)的建設(shè)和動(dòng)態(tài)管理、控制供水管網(wǎng)漏水等方面都取得了進(jìn)步。然而隨著城市化的發(fā)展，城市地下管線系統(tǒng)也越來(lái)越龐大，與之相牽涉的關(guān)系也越來(lái)越復(fù)雜。城市供水、排水、供熱、天然氣、通信、電力、廣播電視光纜等多種地下管線縱橫交錯(cuò)，可謂剪不斷理還亂。許多城市由于未能實(shí)現(xiàn)管線信息動(dòng)態(tài)管理，管線資料收集、整理基本上仍然停滯在20世紀(jì)90年代的狀況，隨著時(shí)間的推移，管線資料逐步失去了現(xiàn)實(shí)性，信息老化，資料不全、不準(zhǔn)，難以為地下開(kāi)挖動(dòng)工提供有效服務(wù);再加上一些城市地下管線的管理體制尚未理順，對(duì)于地下管線的集中、統(tǒng)一的規(guī)劃管理尚未實(shí)現(xiàn)，多頭管理的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，地下管線設(shè)計(jì)部門(mén)眾多，一些資料存放較亂，地下管線的資料各部門(mén)都有，但都不全，不夠準(zhǔn)確可靠。此外，現(xiàn)在的城市建設(shè)中，許多建設(shè)單位只是單單為了滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的需要而進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，極少去顧及地下管線埋設(shè)情況，急功近利的現(xiàn)象非常明顯。

三、管線信息化管理有待提高

我國(guó)城市現(xiàn)階段的地下管線信息管理系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn):

第一是傳統(tǒng)意義的地下管線信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是對(duì)地下管線的空間位置、規(guī)格尺寸、運(yùn)輸介質(zhì)等信息進(jìn)行存儲(chǔ)，以供主管單位或城建單位查閱。

第二是對(duì)管線空間位置的獲得，主要依賴(lài)于竣工資料，竣工資料缺失的，則采取管線普查的方式。由于探測(cè)技術(shù)的局限性，許多老舊管線的探測(cè)還有難度，如竣工資料已缺失的老舊污水、雨水管道、各種專(zhuān)用的塑料管道實(shí)際探測(cè)難度大，而且探測(cè)成果精度低。由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量較低，也降低了信息管理系統(tǒng)在城市建設(shè)的指導(dǎo)作用。

第三是由于缺乏對(duì)地下管道、管線有關(guān)負(fù)荷運(yùn)行情況和自身健康情況信息的獲得手段，傳統(tǒng)的地下管線信息管理系統(tǒng)無(wú)法對(duì)管線的維護(hù)保養(yǎng)提供基礎(chǔ)信息，因而無(wú)法對(duì)城市地下管線災(zāi)害事故提供預(yù)警和應(yīng)急決策信息。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市地下管線信息管理系統(tǒng)構(gòu)想

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息。物聯(lián)網(wǎng)是近幾年來(lái)社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的概念是1999年提出的，英文名稱(chēng)叫“the intetnet of things(物物相連的互聯(lián)網(wǎng))”，物聯(lián)網(wǎng)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)，按約定的協(xié)議，把相關(guān)物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一個(gè)典型應(yīng)用就是無(wú)線射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)，這是一種先進(jìn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。目前，RFID已經(jīng)從研究階段走向?qū)嵱没?，其單?xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

可以通過(guò)地下管線智能管理系統(tǒng)將埋于地下的各種管線相關(guān)信息集中到一個(gè)綜合信息管理分析平臺(tái)上，為城市的規(guī)劃建設(shè)、管理決策和應(yīng)急處置提供信息服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是物物相聯(lián)，智能化相關(guān)合作，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)完全可以實(shí)現(xiàn)城市地下管線信息由獲取、傳輸?shù)椒治?、綜合應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程，這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是城市地下管線智能管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

五、管線信息管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)集成的體系架構(gòu)

城市地下管線智能管理系統(tǒng)主要由3個(gè)層次組成，分別為監(jiān)測(cè)層、傳輸層、應(yīng)用層(如圖1所示)。

監(jiān)測(cè)層由各種類(lèi)型的傳感器組成，可實(shí)時(shí)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)、傳輸物質(zhì)、傳輸狀態(tài)、腐蝕情況、泄漏點(diǎn)位置、大小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(shí)，應(yīng)逐步推進(jìn)預(yù)先嵌入傳感器管道的使用或者管線智能傳感器的同步埋設(shè)。

傳輸層則主要通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線射頻識(shí)別RFID等通信手段，將感知層獲得的數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁邔哟蔚膯卧鬏攲又饕ü饫w網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、路由器、防火墻、服務(wù)器等。

應(yīng)用層是城市地下管線智能管理系統(tǒng)功能應(yīng)用的集中體現(xiàn)。

圖1

六、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在管網(wǎng)管理系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

在地下管線信息管理系統(tǒng)中，感知層通過(guò)預(yù)埋于管線自身或附近的各類(lèi)傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線多維參數(shù)的獲取，同時(shí)，管線本身具備信息接收和傳達(dá)、反饋等智能要素。

地下管線信息管理系統(tǒng)具備強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可以將一個(gè)城市的基礎(chǔ)地理信息、各種管線空間信息、負(fù)荷運(yùn)行信息及自身健康狀況信息等復(fù)雜的屬性信息一體化存儲(chǔ)，并實(shí)觀對(duì)信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。

通過(guò)系統(tǒng)強(qiáng)大的空間分析能力、對(duì)地下管線多參數(shù)監(jiān)測(cè)分析功能和其他各種應(yīng)用分析功能，可以及時(shí)對(duì)管線中所傳輸物質(zhì)的運(yùn)行狀態(tài)作出判斷;快速準(zhǔn)確地對(duì)管線運(yùn)行中的突發(fā)事故作出緊急處理;也可以輔助城市規(guī)劃部門(mén)科學(xué)地進(jìn)行地下管線的規(guī)劃和設(shè)計(jì);同時(shí)可以指導(dǎo)市政管理部門(mén)對(duì)管線進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和科學(xué)管理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地下管線的智能化管理。

七、結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)被稱(chēng)作是計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必然對(duì)未來(lái)的城市規(guī)劃、建設(shè)、管理產(chǎn)生深刻的影響，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市地下管線信息管理系統(tǒng)是解決現(xiàn)階段城市地下管線規(guī)劃、建設(shè)、管理、維護(hù)等較為可行和極有發(fā)展前景的綜合性技術(shù)手段。

略)