中新生態(tài)城管線巡檢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與精度分析

楊花亭 劉曉光

摘要：管線設(shè)施作為城市最基礎(chǔ)的細(xì)胞單元，承擔(dān)著能源、物質(zhì)及信息傳輸?shù)闹匾姑?，是城市?jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)的基本載體，準(zhǔn)確掌握管線設(shè)施的內(nèi)容、數(shù)量、狀態(tài)、位置、屬性，是實(shí)施有效城市管理的前提，本文研究了如何利用CORS技術(shù)、手持移動(dòng)終端及GIS技術(shù)來開發(fā)城市管線巡檢系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：管線設(shè)施；管線巡檢；CORS技術(shù)

⒈ 引言

中新天津生態(tài)城（Sino-Singapore Tianjin Eco-city），是中國政府和新加坡政府在天津?yàn)I海新區(qū)建立的一項(xiàng)戰(zhàn)略性合作項(xiàng)目，自2008年9月28日溫家寶總理和新加坡吳作棟資政共同為中新天津生態(tài)城開工奠基以來，生態(tài)城全力推進(jìn)市政基礎(chǔ)設(shè)施及生態(tài)住宅工程建設(shè)，項(xiàng)目總開工面積達(dá)到150萬平方米。如此快速的發(fā)展進(jìn)程，必然要求相對成熟的管理模式。對比過去粗放型、經(jīng)驗(yàn)型的城市管理，現(xiàn)代化的城市管理要求達(dá)到以下兩個(gè)要求：一是在管理空間的劃分上精細(xì)化，二是在城市管理對象的管理上數(shù)字化。也就是說，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)城市管理空間細(xì)化和管理對象的精確定位，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、全天候、全方位、智能化的城市管理。

管線設(shè)施作為城市最微小的細(xì)胞單元，是城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)的基本載體，準(zhǔn)確掌握管線設(shè)施的內(nèi)容、數(shù)量、狀態(tài)、位置、屬性，是實(shí)施有效城市管理的前提，也是提高城市管理效率的根本要求。因此，建設(shè)城市管線巡檢系統(tǒng)，通過便攜式移動(dòng)終端及時(shí)掌握自然或人為原因?qū)芫€設(shè)施造成的破壞，是十分必要的。

⒉ 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

在中新生態(tài)城建設(shè)CORS基站，開發(fā)建立管線巡檢系統(tǒng)服務(wù)平臺及移動(dòng)巡檢手持終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為管理部門的管線資產(chǎn)野外巡檢提供實(shí)時(shí)定位、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)上傳、底圖管理、巡檢情況分析等功能，滿足管理部門的管線巡檢需要。具體包括以下6個(gè)目標(biāo)：

1）建立CORS 基站，能夠?yàn)楣芫€精細(xì)化巡檢提供定位服務(wù)；

2）通過手持GPS移動(dòng)終端達(dá)到亞米級定位精度，實(shí)現(xiàn)野外巡檢精確定位；

3）能夠通過手持GPS移動(dòng)終端瀏覽查看管線圖形屬性數(shù)據(jù)；

4）具有一定精度的管線相關(guān)數(shù)據(jù)采集及屬性錄入功能；

5）能夠在專有網(wǎng)絡(luò)平臺上傳、下載巡檢數(shù)據(jù)及底圖的功能；

6）具有用戶管理、巡檢人員工作量統(tǒng)計(jì)分析等功能。

2.2系統(tǒng)構(gòu)架

2.2.1 CORS系統(tǒng)構(gòu)架

CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、系統(tǒng)控制中心、用戶數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用、數(shù)據(jù)通信五個(gè)子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)的定義與功能見表1。

2.2.2 管線巡檢服務(wù)平臺系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、邏輯層、應(yīng)用層的多層體系結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

1）數(shù)據(jù)層

采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的高效存儲(chǔ)和管理。

2）邏輯層

利用ArcGIS Server進(jìn)行系統(tǒng)功能的開發(fā)，通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)，如空間數(shù)據(jù)的存取、表現(xiàn)和操作等。

3）應(yīng)用層

對空間數(shù)據(jù)庫的核心業(yè)務(wù)進(jìn)行支持，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫的具體應(yīng)用。

2.2.3 管線巡檢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)架

管線巡檢采集系統(tǒng)依靠GPS手持終端設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)采用ArcGIS Mobile進(jìn)行底圖數(shù)據(jù)的顯示、瀏覽和查詢，通過GPS獲取坐標(biāo)，手工錄入屬性數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫中，最后巡檢數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)平臺。構(gòu)架如圖3所示：

管線巡檢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能包括：

1）載入底圖數(shù)據(jù)更新包

2）地圖瀏覽

3）查詢屬性

4）快速定位

5）巡檢數(shù)據(jù)采集

巡檢數(shù)據(jù)采集包括定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取和巡檢點(diǎn)屬性采集。通過連接CORS 基站獲取精確的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。定位后按照巡檢點(diǎn)數(shù)據(jù)格式，依次錄入巡檢點(diǎn)的屬性信息，保存到手簿中。

6）任務(wù)查看

查看巡檢任務(wù)的路線及任務(wù)內(nèi)容，在圖上標(biāo)出待巡檢的路線。

7）巡檢記錄管理

管理巡檢記錄，包括瀏覽、查詢、修改和刪除巡檢記錄等功能。

3. 精度分析

為了分析不同因素對手持GPS誤差產(chǎn)生的影響，基于統(tǒng)計(jì)分析原則，首先利用Trimble R8在野外測定若干個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并將獲取的坐標(biāo)作為理論坐標(biāo)，而后再采用手持GPS（實(shí)驗(yàn)選取S760C型手持GPS）對上述控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，通過對均勻選取的200多個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，來獲取管線巡檢系統(tǒng)的測量精度。數(shù)據(jù)成果見表2.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)S760C相對GPS觀測值誤差，計(jì)算測量中誤差約為0.10米，滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)的亞米級技術(shù)指標(biāo)，說明利用手持GPS可進(jìn)行高精度快速定位，滿足管線巡檢系統(tǒng)的建設(shè)要求。

4. 結(jié)束語

本文結(jié)合中新天津生態(tài)城管線巡檢系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)例，闡述了管線巡檢系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)構(gòu)架，并對該系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行了檢測分析。通過管線巡檢系統(tǒng)可快速準(zhǔn)確掌握市政管線設(shè)施的內(nèi)容、數(shù)量、狀態(tài)、位置、屬性，是提高城市管理效率的有效途徑，同時(shí)降低了日常維護(hù)與管理成本，產(chǎn)生了直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益。

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