互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下管線管理中的應用

陳佑民，毋 焱，鄧 勇，楊 帆

(北京埃德爾公司，北京100086)

一、我國地下管線發(fā)展現(xiàn)狀及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

1.地下管線管理現(xiàn)狀

地下管線(注:與下文“管網(wǎng)”同義)是城市地下基礎設中是極其重要的組成部分，被稱作維持城市正常運轉(zhuǎn)的“生命線”。確保地下管線安全、可靠、高效運行，對于保障城市居民的正常生活，提高市民生活質(zhì)量，改善城市投資環(huán)境，促進經(jīng)濟繁榮發(fā)展，確保國家和人民群眾生活財產(chǎn)安全，構(gòu)建平安和諧的社會環(huán)境，都有著極其重要的意義。隨著經(jīng)濟和城市智慧化的發(fā)展，作為城市生命線的地下管線規(guī)模越來越龐大、種類越來越多。目前，我國有包括給水、排水(雨水、污水)、燃氣(煤氣、天然氣、液化石油氣)、電信、電力、熱力、工業(yè)管道等10余種地下管線，它們擔負著傳送信息或輸送介質(zhì)的工作，在城市的整個地下縱橫交錯，通向四面八方。

城市地下管線的管理是城市基礎設施建設管理工作中最重要的一環(huán)。目前，我國城市地下管線管理在一些城市已實現(xiàn)信息化管理，但信息化全局工作缺乏有效規(guī)劃，導致部分重復建設。信息孤島現(xiàn)象嚴重，各類管線權(quán)屬單位都在搞信息化，但都只有自己的管線資料，沒有其他部門的管線資料，難以甚至無法對現(xiàn)有的信息進行深層次的綜合統(tǒng)計和分析，不能給城市建設的決策部門提供全面的決策信息，直接影響城市的建設。經(jīng)過對2008—2010年事故的統(tǒng)計，僅媒體報道，地下管線施工、運營和維護過程中各類地下管線事故每年數(shù)以千計，平均每天有5～6起的事故在發(fā)生。

中央領導高度重視地下管線治理和建設，為此，住房和城鄉(xiāng)建設部對此作了重要批示，在2012年重點抓好的八項工作中，明確提出了對城市地下管線綜合管理的要求:“各地要開展城市地下管線普查。各城市要積極探索創(chuàng)新地下管線管理方式，創(chuàng)造和積累管理經(jīng)驗。強化城市地下管線工程等城建檔案管理，推動數(shù)字化城市管理平臺功能向地下管線、城市安全等領域拓展?！?/p>

2.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動寬帶網(wǎng)絡、下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一輪信息技術(shù)迅速發(fā)展和深入應用，信息化發(fā)展正醞釀著重大變革和新的突破。利用智慧技術(shù)，建設智慧城市，是當今世界城市發(fā)展的趨勢和特征。智慧城市是以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)等網(wǎng)絡組合為基礎，以智慧技術(shù)高度集成、智慧產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、智慧服務高效便民為主要特征的城市發(fā)展新模式。我國一些發(fā)達城市如北京、上海、廣州、南京、武漢等在近幾年已提出了智慧城市建設行動計劃。

地下管線是城市賴以生存的基礎設施，屬于智慧城市建設中不可缺少的的智慧公共服務部分。各種數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)應用處理等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正被逐步應用到智慧城市建設中，尤其是RFID、傳感器、GPS、GIS、GSM、GPRS 等技術(shù)在地下管線管理中將發(fā)揮重要作用。

二、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下管線管理中的主要應用

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，以及我國各地智慧城市建設和《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的出臺，各種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)不斷應用到地下管線管理中，其中應用最多的是管網(wǎng)GIS。為統(tǒng)一、規(guī)范管網(wǎng)GIS的建設，我國先后出臺了《數(shù)字城市地理空間信息公共平臺技術(shù)規(guī)范》、《地理信息公共平臺基本規(guī)定》、《基礎地理信息數(shù)據(jù)庫基本規(guī)定》等規(guī)范和標準。

此外，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線監(jiān)控、管網(wǎng)模型、養(yǎng)護管理和應急處理等管理系統(tǒng)也在不斷應用到各類地下管線管理中，埃德爾實際上已經(jīng)在幾個城市得以實際應用的體會。同時，進一步深入研究分析，為保障城市地下生命線的安全運轉(zhuǎn)提供了強大的技術(shù)保障，使城市地下管線的管理步入規(guī)范化、自動化、科學化的軌道;也為構(gòu)建未來數(shù)字城市、智能城市和智慧城市奠定了重要的技術(shù)支撐基礎，并為城市海量數(shù)據(jù)庫的建立提供了充足的數(shù)據(jù)支持(如圖1所示)。

圖1 地下管線綜合管理應用總體架構(gòu)圖

1.管網(wǎng)GIS

隨著城市的不斷發(fā)展，地下管線的種類將越來越多，整體規(guī)模持續(xù)擴大，管理的難度也越來越大。所以必須借助高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)。利用計算機軟、硬件，以及RFID、GPS等各種管線測量、定位設備，對地下管線空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特性的屬性進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。管網(wǎng)GIS可將自然和人類社會活動的各種信息與地下管線空間位置、空間分布及其空間關系通過數(shù)字化而有機地結(jié)合在一起，在管網(wǎng)發(fā)生事故后能夠快速、準確定位;同時，管網(wǎng)GIS提供了管網(wǎng)數(shù)據(jù)準確高效的動態(tài)更新機制，為管網(wǎng)規(guī)劃、設計、調(diào)度、搶修和圖籍資料管理提供強有力的科學決策依據(jù)(如圖2所示)。

(1)管網(wǎng)數(shù)據(jù)建庫管理

能夠提供多樣的數(shù)據(jù)更新手段，保證系統(tǒng)建立以后能夠方便進行數(shù)據(jù)更新，包括全站儀等測量數(shù)據(jù)更新、竣工圖更新及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換更新。

圖2 排水管網(wǎng)GIS綜合查詢

(2)地圖操作

1)地圖縮放:包括放大、縮小、全圖顯示。

2)漫游:地圖移動。

3)量算:包括距離、面積、角度量算。

4)圖層控制:控制圖層在窗口中是否顯示。

5)地圖設置:設置地圖比例尺。

6)鷹眼:地圖導航工具，顯示當前在全幅地圖中的位置。

7)橫斷面:顯示某路面橫截面下管線的鋪設情況，以及該橫截面管線相關屬性信息和分布信息。

8)縱斷面:顯示某段管線的走向以及埋深，標高等。

9)三維視圖:顯示某個指定區(qū)域內(nèi)管線的三維分布情況，并能查詢相關管線信息，支持三維視圖下管線的縮放、平移和任意角度旋轉(zhuǎn)。

(3)管網(wǎng)地圖編輯

提供豐富的數(shù)據(jù)輸入、輸出、檢查和維護功能:

1)管網(wǎng)數(shù)據(jù)入庫:導入測量外業(yè)采集數(shù)據(jù)，并根據(jù)提供的管網(wǎng)坐標信息，自動生成圖形。

2)管網(wǎng)數(shù)據(jù)導出:將管網(wǎng)數(shù)據(jù)導出為相關數(shù)據(jù)格式。

3)拓撲檢查:通過拓撲關系進行檢查，包括孤立管線或管點設備的檢查。

4)多媒體編輯:可以添加、刪除、修改管線或管點多媒體信息，編輯完的多媒體信息在地圖上顯示。

5)數(shù)據(jù)維護:可以添加、修改、刪除圖層數(shù)據(jù)和對應的屬性信息。

(4)查詢統(tǒng)計

1)定位查詢:定位是一種快捷的查詢方式，用戶可以根據(jù)坐標、道路名、圖幅、設備編號等方式快速地查詢到空間對象，從而達到定位目的。

2)數(shù)據(jù)查詢:可根據(jù)圖形查詢屬性和根據(jù)屬性查詢圖形。

3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計:數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供豐富的報表統(tǒng)計方法和專題圖表達方法。

(5)決策分析

提供多種地下管線綜合分析手段和方式用于決策分析，包括:橫剖面分析、縱剖面分析、碰撞監(jiān)測、水平凈距分析、垂直凈距分析、爆管分析及三維展示等。

(6)資產(chǎn)管理

用于管理和維護各種管網(wǎng)設施、設備的基礎檔案信息，包括設備、設施的規(guī)格型號、生產(chǎn)廠家、安裝時間等信息，并可根據(jù)維修次數(shù)、頻率、檢驗周期等信息對管網(wǎng)設備、設施進行維修預測。

2.在線監(jiān)控

在線監(jiān)控主要在地下管線上或管道內(nèi)安裝各類傳感器(如監(jiān)測供水管網(wǎng)的壓力、流量監(jiān)測儀)，遠程監(jiān)控管線的運行狀況?，F(xiàn)場采集的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)或監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過有線或GPRS無線等傳輸方式進入到后臺數(shù)據(jù)庫，同時系統(tǒng)根據(jù)設定的報警規(guī)則對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，若發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設施運行狀態(tài)異?；虮O(jiān)測指標超出警戒值，則系統(tǒng)將異常設備所在GIS地圖位置的圖標閃爍，并向用戶播放報警聲音。在線監(jiān)測到的異常數(shù)據(jù)也可以通過“電話自動語音”、“手機短信”、“電子郵件”和“系統(tǒng)在線消息”等多種方式及時發(fā)送給相關負責人員(發(fā)送內(nèi)容一般包括時間、地點、監(jiān)測指標項和監(jiān)測值等)，為調(diào)度控制或組織搶險提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持，幫助管理決策者制定更加及時、準確的應急搶險方案(如圖3所示)。

圖3 供水管網(wǎng)在線監(jiān)控

3.管網(wǎng)模型

管網(wǎng)模型又稱管網(wǎng)仿真，是數(shù)學模型的一種。管網(wǎng)模型主要用于地下管線的規(guī)劃設計與改造、管網(wǎng)現(xiàn)狀分析與異常診斷和管網(wǎng)的動態(tài)運行分析。在各類地下管線模型中，供水管網(wǎng)水力模型應用較早且較成熟。

水力模型是通過利用管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)和實時在線監(jiān)控的壓力、流量等數(shù)據(jù)，模擬各時段、各種情況下管網(wǎng)水流分布和動態(tài)實時變化，客觀分析評價現(xiàn)有管網(wǎng)的運行狀況及容量擴充空間，從而更加高效地預防管網(wǎng)水質(zhì)污染事故，為科學地指導舊管網(wǎng)的改造提供數(shù)據(jù)參考，進一步保障供水安全。此外，通過模型模擬運行，可以找出未來管網(wǎng)建設的瓶頸，實現(xiàn)更加科學合理的供水布局，切實保障終端水質(zhì)，提高終端服務水平，如圖4所示。

圖4 水質(zhì)污染路徑及影響范圍模擬

4.養(yǎng)護管理

地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，也是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。地下管線是否安全運行，直接關系到人民生活質(zhì)量，關系到城市經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。因此必須加強地下管線的養(yǎng)護管理，應用互聯(lián)網(wǎng)等科學技術(shù)手段提高地下管線的養(yǎng)護管理水平，確保其安全、可靠、高效運行。如應用CCTV、聲納進行管道檢測，利用非開挖技術(shù)進行管道修復;應用管網(wǎng)GIS和集成GPS功能的智能終端(PDA、智能手機登)，實現(xiàn)養(yǎng)護計劃、派工單等信息化管理。

5.應急處理

地下管線應急預案管理系統(tǒng)主要用于對城市地下管網(wǎng)突發(fā)事件應急預案的制定和管理工作，提高應對突發(fā)事件的綜合管理水平和應急處理能力，加強突發(fā)事件信息報告與信息發(fā)布的規(guī)范化、制度化，確保各項應急響應決策措施的有序?qū)嵤?。應急預案管理系統(tǒng)將結(jié)合管網(wǎng)GIS，可快速定位事故點和進行事故分析，并生成現(xiàn)場搶修圖進行輸出打印。地下管線應急預案管理系統(tǒng)對文本預案進行數(shù)字化，可以使預案的編制更加規(guī)范，更加方便，解決了傳統(tǒng)紙質(zhì)預案的存儲、管理、升級和使用不便等問題。

三、地下管線信息安全管理

應用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行地下管線管理后將產(chǎn)生大量的管線數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)都屬于保密數(shù)據(jù)。對于其中涉及國防、軍事、國家安全的重要管網(wǎng)數(shù)據(jù)屬于國家機密數(shù)據(jù)，必須遵守《保守國家秘密法》，確保管線數(shù)據(jù)的安全性。特別是對于供水管網(wǎng)信息的安全，國家住房和城鄉(xiāng)建設部還專門下發(fā)了《關于進一步加強城市供水管網(wǎng)涉密信息管理的通知》(建辦城〔2010〕50號)，進一步明確管網(wǎng)信息的保密范圍，并要求進一步加強供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)的管理、加強涉密人員的管理、加強保密工作規(guī)范化管理，以及進一步加強督導檢查。

為保障地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)可靠運行，保護管網(wǎng)信息資產(chǎn)的安全、數(shù)據(jù)的完整，使管網(wǎng)信息系統(tǒng)有效地實現(xiàn)管理目標，并有效率地利用計算機設備、網(wǎng)絡等資源，筆者建議有必要引入管網(wǎng)管理新模式，即在強化現(xiàn)有信息中心部門職能的同時，增加信息系統(tǒng)審計崗位，該崗位可錄屬于審計部門，但必須獨立于信息中心部門。

1.設立信息技術(shù)主管崗位，強化信息中心職能

地下管線系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程。高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了地下管線數(shù)字化管理，傳統(tǒng)的管理模式在逐步淘汰，新的方式在不斷涌出。因為在強化地下管線信息技術(shù)的總體規(guī)劃和發(fā)展的同時，就必須引入信息技術(shù)主管的崗位，專職專責負責信息化的全面日常工作:

1)制定部門的管理制度及組織建設，并監(jiān)督本部門人員全面完成部門職責范圍內(nèi)的各項工作任務。

2)負責信息化系統(tǒng)總體構(gòu)架，構(gòu)建信息化實施組織。

3)負責控制信息化項目預算和項目關鍵控制點的監(jiān)督、控制和風險評價。

4)負責組織信息化項目的持續(xù)改進與日常維護。

5)負責業(yè)務人員的技術(shù)培訓工作，為業(yè)務人員提供必要的技術(shù)支持。

6)負責本部門員工的工作檢查、考核及評價。

同時，需要強化信息系統(tǒng)運行和維護相關的系統(tǒng)管理員、數(shù)據(jù)庫管理員和安全管理員崗位職責，以保障系統(tǒng)的可靠、安全運行。

2.設立系統(tǒng)及信息安全審計崗位

地下管網(wǎng)系統(tǒng)及其產(chǎn)生的信息是城市寶貴的資產(chǎn)，因此需要強化系統(tǒng)及信息審計，確保系統(tǒng)的可靠、安全運行，以及信息的正確性、完整性，在審計部門下設立信息系統(tǒng)審計師(CISA)職位，把這個崗位和系統(tǒng)維護、應用分開，有其長遠的特殊意義。

四、結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展帶動了城市向智能化、智慧化方向發(fā)展。城市化水平得到飛躍式發(fā)展的同時，也將促進互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷創(chuàng)新與發(fā)展。地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市的“生命線”。地下管線管理必須借助高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)規(guī)范化、自動化和科學化管理，以確保各類地下管線安全、穩(wěn)定、高效運行。

［1］陳吉寧，趙冬泉，等.城市排水管網(wǎng)數(shù)字化管理的理論應用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2010.