智慧城市地下三維管網(wǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究
——以保定市為例

范　瑜，李敬怡，田海程，李炎萍，魏　暢，吳國(guó)棟河北金融學(xué)院，河北保定　071051

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智慧城市地下三維管網(wǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究
——以保定市為例

范瑜，李敬怡，田海程，李炎萍，魏暢，吳國(guó)棟
河北金融學(xué)院，河北保定071051

摘要城市地下管線涵蓋了給水、排水、燃?xì)?、電力、通信等市政管線，是城市的“生命線”。但是近年來，管線破裂導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、地陷等事故屢見不鮮，由于地下管線管理不善造成的災(zāi)害嚴(yán)重影響了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和城市運(yùn)行秩序，因此地下管線管理引起國(guó)家和政府高度重視。本文依據(jù)我國(guó)的基本國(guó)情，探索并研發(fā)新型地下三維管網(wǎng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值、實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞地下三維管網(wǎng)；信息系統(tǒng)；監(jiān)控預(yù)警

指導(dǎo)教師：馬一寧，講師，河北金融學(xué)院財(cái)會(huì)教研室，研究方向?yàn)樨?cái)務(wù)管理。魏曉光，講師，河北金融學(xué)院信息管理與工程系，研究方向?yàn)樾畔⑼诰颉?/p>

1　研究背景

近年來，隨著城市快速發(fā)展，地下管線建設(shè)規(guī)模不足、管理水平不高等問題凸現(xiàn)，其安全事故引發(fā)的次生災(zāi)害屢見不鮮，據(jù)城市規(guī)劃協(xié)會(huì)對(duì)地下管線事故統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示我國(guó)典型事故高達(dá)38例，直接造成經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億元；同時(shí)，通過2015年10月中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)論壇數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)近60%的城市從未開展地下管網(wǎng)普查，近70%的城市沒有建立地下管網(wǎng)綜合管理信息系統(tǒng)。河北省當(dāng)前僅有不超過5家企業(yè)從事地下管線信息化系統(tǒng)研發(fā)，80%的企業(yè)大多為人工設(shè)計(jì)，少數(shù)采用二維平面設(shè)計(jì)，而地下三維管線信息化系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率不超過32%，由此可見，地下三維管線監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)市場(chǎng)基本處于空白狀態(tài)。

面對(duì)當(dāng)前城市地下管線發(fā)展存在的問題，建立科學(xué)、可視、高效、智能的地下信息管理系統(tǒng)，是城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的現(xiàn)實(shí)需要。監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合獨(dú)有的信息系統(tǒng)將有助于降低河北省乃至全國(guó)管網(wǎng)事故率，避免重大事故發(fā)生，更適合當(dāng)下和未來很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)，有著良好的發(fā)展前景。

2　地下三維管線預(yù)警信息系統(tǒng)概述

2.1工作流程

本系統(tǒng)在地下管線管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型的基礎(chǔ)上通過監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線指標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)刷新顯示，并以表格、圖形以及地圖標(biāo)注的形式展現(xiàn)給用戶。其運(yùn)作流程為（如圖1）：通過數(shù)據(jù)服務(wù)中心對(duì)監(jiān)控工廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并利用管道的瞬時(shí)流量、壓力及溫度作為監(jiān)測(cè)條件，來判斷管道是否破裂，如果發(fā)生異常，則會(huì)通知管理者，管理者收到信息后，可以登陸相關(guān)客戶端或者App，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到可能引起爆管點(diǎn)的范圍，并在地圖閃爍定位，從而為管網(wǎng)系統(tǒng)的管理決策提供實(shí)用的可視化結(jié)果。

圖1

圖2

2.2核心技術(shù)

結(jié)合上述系統(tǒng)運(yùn)作流程，本系統(tǒng)主要利用Arc Engine平臺(tái)，采取三層體系結(jié)構(gòu)，提供了包括空間三維分析、地下管線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等工具，實(shí)現(xiàn)了視圖顯示、地圖定位、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理、信息查詢、空間三維分析與決策、管線地形編輯等功能，為設(shè)計(jì)、規(guī)劃、建設(shè)、管理等決策提供了科學(xué)的依據(jù)，其核心技術(shù)如下。

2.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)服務(wù)中心

數(shù)據(jù)服務(wù)中心作為本系統(tǒng)的支柱，擁有豐富的數(shù)據(jù)資料，可分為本地、遠(yuǎn)程及客戶端數(shù)據(jù)庫(kù)等，通過豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)測(cè)管道相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓力以及溫度等變化，并及時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，同時(shí)將數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)中心，最終以表格、圖形等方式反饋給使用者的客戶端或者手機(jī)App端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域內(nèi)地下管線的預(yù)警與監(jiān)控，如圖所示。

2.2.2爆管關(guān)閥功能分析

監(jiān)控者登陸監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)后，可以利用爆管關(guān)閥功能進(jìn)行分析，將系統(tǒng)中相應(yīng)的高亮度的閥門點(diǎn)進(jìn)行關(guān)閉，以此進(jìn)行實(shí)地相應(yīng)的開挖、維修及控制，如圖所示。

圖3

2.2.3火災(zāi)搶險(xiǎn)功能分析

當(dāng)火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)搜索得到距起火點(diǎn)任意范圍內(nèi)所有消防設(shè)施，并確定救災(zāi)最佳路徑，使直接損失降到最低，如圖所示。

2.2.4范圍拆遷分析

在爆管關(guān)閥、火災(zāi)搶險(xiǎn)的分析處理后，可以利用范圍拆遷功能在如下圖區(qū)域的相關(guān)綜合分析，確定因拆遷而受影響的建筑物、綠地、管線等，并計(jì)算出相應(yīng)的面積以及受影響的長(zhǎng)度、個(gè)數(shù)，形成相應(yīng)的圖示，運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)施工或者提交相應(yīng)政府部門，以此來確保管網(wǎng)建設(shè)的安全性及有效性，為城市拆遷提供便利，降低成本，如圖所示。

圖4

圖5

3　可行性分析

3.1先進(jìn)的預(yù)警監(jiān)控技術(shù)

通過相關(guān)調(diào)查及研究發(fā)現(xiàn)，目前河北省乃至全國(guó)管網(wǎng)建設(shè)系統(tǒng)在三維基礎(chǔ)上擁有監(jiān)控功能的系統(tǒng)基本處于空白階段，因此，我們提出較為先進(jìn)的監(jiān)控預(yù)警技術(shù)，不僅解決了二維所不能解決的問題，同時(shí)也能及時(shí)地對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，為我國(guó)管網(wǎng)建設(shè)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)方面起到重要的作用。

3.2節(jié)約經(jīng)濟(jì)建設(shè)成本

一方面，由于紙質(zhì)文件數(shù)量巨大難以管理分類，二維系統(tǒng)計(jì)算分析復(fù)雜并且需要人工輔助，所以需要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行信息確定；另一方面，紙質(zhì)試圖和二維平面效果，不利于深入分析垂直空間結(jié)構(gòu)，易造成信息偏差，使正常的管線遭到破壞，造成不必要的損失。而地下管線監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)依托三維管線信息系統(tǒng)，在完成管線統(tǒng)計(jì)、管線數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)功能上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了基于管線歷史數(shù)據(jù)的管線監(jiān)控預(yù)警等功能，節(jié)約建設(shè)成本，解決當(dāng)前存在的問題。

3.3提高城市管理的效率

本系統(tǒng)突破傳統(tǒng)地下管線管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料來源不明確、精度不可靠、分類統(tǒng)計(jì)檢索速度慢等問題，提出了包括火災(zāi)搶險(xiǎn)分析、爆管關(guān)閥分析、范圍拆遷分析等核心功能，并建立了相應(yīng)的大數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的時(shí)效性、合理性的同時(shí)，還避免和遏制了火災(zāi)、爆管等相關(guān)災(zāi)害事故的發(fā)生，生成科學(xué)可靠的解決方案，在與三維管線信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，豐富系統(tǒng)的綜合實(shí)踐能力。

3.4系統(tǒng)可操作性強(qiáng)

本系統(tǒng)在現(xiàn)有二維系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合二維和三維系統(tǒng)的混合型GIS建模方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的三維立體效果，并擁有先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序。目前三維技術(shù)分析系統(tǒng)是當(dāng)下的研究重點(diǎn)，監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)更為實(shí)時(shí)熱點(diǎn)，并且在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)依然是主流研究對(duì)象，最終占據(jù)市場(chǎng)應(yīng)用模式和服務(wù)平臺(tái)。

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中圖分類號(hào)TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）165-0140-02

基金項(xiàng)目：河北金融學(xué)院大學(xué)生科學(xué)研究；項(xiàng)目名稱：智慧城市地下三維管網(wǎng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)與推廣；項(xiàng)目編號(hào)：DXSKYY2015001。

作者簡(jiǎn)介：范瑜，本科在讀，河北金融學(xué)院會(huì)計(jì)系，研究方向?yàn)闀?huì)計(jì)學(xué)。李敬怡，本科在讀，河北金融學(xué)院會(huì)計(jì)系，研究方向?yàn)樨?cái)務(wù)管理學(xué)。田海程，本科在讀，河北金融學(xué)院會(huì)計(jì)系，研究方向?yàn)闀?huì)計(jì)學(xué)。李炎萍，本科在讀，河北金融學(xué)院會(huì)計(jì)系，研究方向?yàn)闀?huì)計(jì)學(xué)。魏暢，本科在讀，河北金融學(xué)院會(huì)計(jì)系，研究方向?yàn)樨?cái)務(wù)管理學(xué)。吳國(guó)棟，本科在讀，河北金融學(xué)院會(huì)計(jì)系，研究方向?yàn)樨?cái)務(wù)管理學(xué)。