基于北斗的地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

摘 要：針對(duì)城市建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)挖損管線、管線老化泄露等情況，政府管理部門(mén)迫切需要一種手段，將城市中所有地下管網(wǎng)管理起來(lái)，本文基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)傳感、移動(dòng)通信等技術(shù)，進(jìn)行地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究，在頻發(fā)人員傷亡的排水防澇、燃?xì)庑孤╊I(lǐng)域，部署探測(cè)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警等各類(lèi)型北斗終端，實(shí)現(xiàn)城市重點(diǎn)區(qū)域排水和燃?xì)夤芫W(wǎng)探測(cè)、監(jiān)測(cè)和預(yù)警，有效減少地下管網(wǎng)事故，力促北斗導(dǎo)航服務(wù)模式和產(chǎn)品創(chuàng)新，提升地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警水平方面做出實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：北斗 地下管網(wǎng)安全 監(jiān)測(cè)預(yù)警

中圖分類(lèi)號(hào)：F291.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0071-02

城市地下管線是城市的“生命線”[1]，關(guān)乎公共安全與人民生命，是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)。城市地下管線深埋于地下，難以管理，難以對(duì)事故及時(shí)預(yù)警、快速應(yīng)急救援，衍生的城市洪澇、破管火災(zāi)和爆炸、道路坍塌等次生災(zāi)害層出不窮，強(qiáng)烈沖擊了公眾的心理底線。2009年至2013年直接產(chǎn)生死傷的管線事故達(dá)27起，死亡117人[2]，并呈逐年增多的趨勢(shì)，亟需采用先進(jìn)技術(shù)手段，加強(qiáng)城市地下管線管理，確保城市地下管線建設(shè)的有序進(jìn)行和城市地下管線的安全運(yùn)行。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)介紹

定位技術(shù)和通訊技術(shù)是實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)智能化不可或缺的技術(shù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自主研發(fā)建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是繼GPS和GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，致力于向全球用戶(hù)提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。北斗導(dǎo)航終端與GPS和GLONASS相比，優(yōu)勢(shì)在于短信服務(wù)和導(dǎo)航結(jié)合，增加了通訊功能，全天候快速定位，極少的通信盲區(qū)。

2 基于北斗的管網(wǎng)監(jiān)測(cè)涉及的關(guān)鍵技術(shù)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外管線預(yù)警服務(wù)的相關(guān)理論與技術(shù)方法進(jìn)行分析，本文提出基于北斗的數(shù)據(jù)采集與傳輸、面向管線的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)、基于北斗和GPS組合定位的智慧管網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、面向管網(wǎng)的信息挖掘技術(shù)、基于語(yǔ)義的管網(wǎng)線據(jù)抽取技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，有助于全面整合各類(lèi)地下管線數(shù)據(jù)和地理空間信息，在線感知地下管線“健康狀況”，遠(yuǎn)程診斷功能及時(shí)排除地下管網(wǎng)的安全隱患。

2.1 攻克基于北斗的數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)難題，解決數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題

利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位功能和短報(bào)文通信功能，研究高動(dòng)態(tài)信號(hào)發(fā)射與接收關(guān)鍵技術(shù)，提高北斗移動(dòng)終端的應(yīng)急通信能力，進(jìn)行地下管網(wǎng)野外數(shù)據(jù)采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)指揮中心對(duì)北斗終端的位置、狀態(tài)監(jiān)視以及指揮調(diào)度功能。

2.2 攻克面向管網(wǎng)的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)難題，解決不同數(shù)據(jù)源融合問(wèn)題

研究管網(wǎng)空間信息狀態(tài)、表現(xiàn)形式、類(lèi)型及格式、標(biāo)準(zhǔn)、所處環(huán)境等，解決多源數(shù)據(jù)的整合共享關(guān)鍵技術(shù)，建立集中和分布相結(jié)合的管網(wǎng)數(shù)據(jù)資源中心，滿足綜合和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用。

2.3 攻克基于北斗的智慧管網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)難題，解決管網(wǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警問(wèn)題

研究面向管網(wǎng)的北斗/GPS組合定位、通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的精確定位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)，對(duì)城市防洪排澇、燃?xì)庑孤┑仁鹿市纬捎行ьA(yù)警能力。通過(guò)對(duì)敏感區(qū)域、重點(diǎn)管線設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)管網(wǎng)安全進(jìn)行智能監(jiān)管，為城市公共安全管理提供基礎(chǔ)保障，推進(jìn)地下管線運(yùn)行管理向智慧化提升。

2.4 攻克面向管網(wǎng)的信息挖掘技術(shù)難題，解決管網(wǎng)深層次決策問(wèn)題

研究面向管網(wǎng)的信息挖掘與建模技術(shù)，設(shè)計(jì)基于管道歷史失效數(shù)據(jù)和管道屬性等信息的管網(wǎng)失效概率預(yù)測(cè)模型，定量預(yù)測(cè)不同管段的失效概率，確定漏失重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)。

2.5 攻克基于語(yǔ)義的管線數(shù)據(jù)抽取技術(shù)難題，解決數(shù)據(jù)共享交換問(wèn)題

研究專(zhuān)業(yè)管線數(shù)據(jù)和綜合管線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用對(duì)比分析、歸納總結(jié)、語(yǔ)義映射、數(shù)據(jù)抽取等方法，通過(guò)語(yǔ)義共性和個(gè)性分析、規(guī)則建立與表達(dá)、語(yǔ)義映射、數(shù)據(jù)抽取，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)管線數(shù)據(jù)向綜合管線數(shù)據(jù)的抽取。

3 北斗在地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

從城市地下管網(wǎng)安全運(yùn)行和應(yīng)急管理工作迫切需要、領(lǐng)導(dǎo)和公眾廣泛關(guān)注、基礎(chǔ)好、見(jiàn)效快的角度出發(fā)，將地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究成果，應(yīng)用到頻發(fā)人員傷亡的排水防澇、燃?xì)庑孤┑鹊湫皖I(lǐng)域，在全面掌握地下綜合管網(wǎng)、排水管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，提高地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)管理水平和應(yīng)急處置能力。

3.1 排水防澇智慧管控推廣應(yīng)用

城市排水管網(wǎng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市水污染防治和城市排漬、排澇、防洪的骨干工程，是衡量現(xiàn)代化城市水平的重要標(biāo)志之一，是改善城市投資環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。對(duì)城市排水設(shè)施的污水和雨水等管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，是保障城市排水設(shè)施正常維護(hù)和安全運(yùn)行，加強(qiáng)城市排水設(shè)施有償使用管理，促進(jìn)城市水環(huán)境改善的必要和有效手段，科學(xué)組織排水管線及污染源調(diào)查，對(duì)加強(qiáng)城市排水污染源整治具有十分重要意義。

排水防澇智慧管控對(duì)城區(qū)排水窨井、隧道、重點(diǎn)內(nèi)澇區(qū)域部署北斗通信終端和雨量計(jì)、流量計(jì)、水位計(jì)等傳感設(shè)備以及攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，全面、實(shí)時(shí)地獲取雨量、水位等關(guān)系排水防澇運(yùn)行體征信息，實(shí)時(shí)掌握排水防澇設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)；利用北斗RTK接收機(jī)、北斗手持機(jī)、管線探測(cè)儀、全站儀等設(shè)備，進(jìn)行排水管線普查，在摸清排水防澇設(shè)施現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，建立面向普查、維護(hù)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、應(yīng)急、共享為一體的排水防澇智慧管控系統(tǒng)，構(gòu)筑排水防澇一體化技術(shù)架構(gòu)的數(shù)據(jù)更新、管理、應(yīng)急和服務(wù)體系，為城市排水防澇提供全方位技術(shù)支撐，提高開(kāi)發(fā)區(qū)城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平。同時(shí)，對(duì)排水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控， 監(jiān)督監(jiān)管污水任意排放， 對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

3.2 燃?xì)庑孤┲腔郾O(jiān)控推廣應(yīng)用

隨著城市燃?xì)夤芫W(wǎng)結(jié)構(gòu)密集程度的提高，加上由于鋪設(shè)年代不一，施工水平差異，燃?xì)庠O(shè)施的安全運(yùn)行保障工作量和技術(shù)要求也隨之提高。對(duì)城市天然氣的運(yùn)行、調(diào)度、安全、應(yīng)急管理，急需與時(shí)俱進(jìn)，基于現(xiàn)代科技手段建立起城市燃?xì)庵腔郾O(jiān)控體系，提高燃?xì)獍踩?、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)、應(yīng)急的智能化水平，提升政府對(duì)城市天然氣供應(yīng)建設(shè)、運(yùn)行的監(jiān)管能力水平，提高有效預(yù)防和應(yīng)對(duì)各類(lèi)突發(fā)事件的能力，有助于以符合天然氣利用發(fā)展需要，降低燃?xì)庠O(shè)施和管道受到意外損害風(fēng)險(xiǎn)，減少突發(fā)事件發(fā)生幾率，為城市環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展保駕護(hù)航。

燃?xì)庑孤┲腔郾O(jiān)控運(yùn)用部署北斗終端和多功能監(jiān)測(cè)儀、紅外甲烷檢測(cè)儀、攝像頭等物聯(lián)傳感設(shè)備，監(jiān)測(cè)城區(qū)內(nèi)的燃?xì)夤艿溃纾┰借F路、高速公路、河流、橋梁、學(xué)校、醫(yī)院、酒店及人口密集區(qū)的燃?xì)夤艿肋\(yùn)行情況，全面、實(shí)時(shí)地獲取燃?xì)庑孤┑刃畔ⅲ兄鞘腥細(xì)饬芫W(wǎng)流量、壓力、溫度和泄漏等運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用可視化方式進(jìn)行有機(jī)整合，形成“城市燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)”，將海量燃?xì)庑畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)分析、處理、挖掘和輔助決策，實(shí)現(xiàn)城市燃?xì)夤芫€的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免安全隱患的發(fā)生，對(duì)燃?xì)庑孤┑仁鹿市纬捎行ьA(yù)警能力。

4 結(jié)語(yǔ)

該文將創(chuàng)新地下管網(wǎng)安全管理和預(yù)警運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)“管理、服務(wù)、應(yīng)急”三位一體，以及北斗定位與精細(xì)化管理、應(yīng)急救援以及衍生災(zāi)害及處置四個(gè)層面有機(jī)結(jié)合，從“被動(dòng)安全”上升為“主動(dòng)安全”，力求“本質(zhì)安全”，進(jìn)一步提高地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)管理水平和應(yīng)急處置能力，這是避免災(zāi)害發(fā)生，降低災(zāi)害危害的重要防線，實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)、早期處置，降低應(yīng)急處置成本，提高應(yīng)急防范能力的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

[1]黃來(lái)源.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012（4）：62-65.

[2]彭利國(guó).生命線、生病線、奪命線.中國(guó)城市地下管線事故報(bào)告[N/OL].南方周末網(wǎng)，2013-12-20 http：//infzm.com/content/96831