基于EIS的城市地下管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張俊達　張全才　鄭成林　于東林　王春雷

摘 要：當(dāng)前的城市地下管網(wǎng)十分復(fù)雜，其中包含城市供水管網(wǎng)、城市供氣管網(wǎng)、城市下水管網(wǎng)、城市供電管網(wǎng)和城市供熱管網(wǎng)等，且上述管網(wǎng)的監(jiān)管部門并不是統(tǒng)一的，這就對管網(wǎng)之間的綜合監(jiān)管帶來了一定的麻煩。因此，城市市政部門急需建立一種能進行地下管網(wǎng)綜合監(jiān)管的系統(tǒng)。由此，本文介紹一種基于EIS的城市地下管網(wǎng)監(jiān)控系的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：伴檢系統(tǒng);復(fù)合式監(jiān)控;遠距離管控;傳輸系統(tǒng)

中圖分類號：TU990.3;TP277 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0026-03

城市地下管網(wǎng)是城市建設(shè)的重要內(nèi)容和城市生存和發(fā)展的生命線，具有規(guī)模大、范圍廣、管線種類繁多、空間分布復(fù)雜、變化大、增長速度快和形成時間長等特點[1]。觸及城市的各個角落，與人民生活息息相關(guān)。每當(dāng)城市地下管線發(fā)生爆裂或者泄露事故時，往往會給城市居民帶來許多不利影響，成為目前影響城市居民幸福感的一塊毒瘤。雖然現(xiàn)今有一部分企業(yè)已經(jīng)開始涉足城市地下管線監(jiān)管監(jiān)控行業(yè)，但其手段大多借助現(xiàn)有管線上下游所安裝的傳感器，通過后期的計算機模擬運算實現(xiàn)對管線的監(jiān)控與監(jiān)管。但是，這類監(jiān)管監(jiān)控方法大多伴隨著誤報率高、預(yù)警報警不及時等缺點。因此，部分市政部門并不會選擇對這方面進行投入，并不是因為市政部門對此缺少建設(shè)，而是現(xiàn)今的城市地下管網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)并不能滿足其實際需求[2]。既然城市管理者對此有所需求，那么，如果上述問題能夠得到相對應(yīng)解決，未來的城市建設(shè)將會呈現(xiàn)一副全新的態(tài)勢。

1 伴檢系統(tǒng)

針對城市地下管線監(jiān)控監(jiān)管困難的壁壘，利用模擬伴熱管模式的伴檢管線進行解決。所謂伴檢系統(tǒng)，即通過將現(xiàn)有及未來需要搭建的城市地下管線使用大管線進行包裹或者嫁接的方式構(gòu)建起的城市地下管廊系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

伴檢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同于現(xiàn)有的城市地下管井，其伴檢管線鋪設(shè)結(jié)構(gòu)是由現(xiàn)有城市地下管線及未來需要建設(shè)的城市地下管線的二維矢量線數(shù)據(jù)所得，通過將二維矢量線數(shù)據(jù)輸入構(gòu)建系統(tǒng)后，計算機后臺運算得到最為合理的伴檢管線鋪設(shè)模型[3]。運算模型如圖2所示。

2 遠程操控系統(tǒng)

遠程操控系統(tǒng)即城市地下管線監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行方法，其由三大部分組成，即采集系統(tǒng)、上報系統(tǒng)和操控系統(tǒng)[4]。通過伴檢系統(tǒng)對管線進行實時監(jiān)控，并及時上傳管線工況的動態(tài)數(shù)據(jù)，計算機會及時對實時上傳的管線工況的動態(tài)信息進行分析和處理，一方面，推算出部分高危管線，然后通知維修工人到現(xiàn)場對管線的危險程度進行系統(tǒng)化評估，盡可能做到對管線的爆裂及泄漏防患于未然;另一方面，一部分已經(jīng)發(fā)生滲漏的管線將會被排查出來，系統(tǒng)操作者將會通過遠程控制系統(tǒng)關(guān)閉問題節(jié)點附近上下游的閥門，并通知維修人員趕赴現(xiàn)場對問題管線進行維修或更換。

2.1 采集系統(tǒng)

伴檢系統(tǒng)的建立，將大部分監(jiān)控硬件移入伴檢管線中，一方面加大了監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命，另一方面可以豐富目標(biāo)管線的檢測手段，從而提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。采集系統(tǒng)中最為主要的便是移動監(jiān)控組件，其將原有的靜態(tài)監(jiān)控模式變成動態(tài)監(jiān)控模式，并借助紅外成像技術(shù)將目標(biāo)管線上的細微泄漏點都監(jiān)測出來，提高整套監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)控性能[4]。具體監(jiān)控模式如表1所示。

2.2 上報系統(tǒng)

對于城市地下管線的復(fù)雜性及分管部門的分散性，系統(tǒng)將會對采集的數(shù)據(jù)進行分析匯總，同時建立一個城市地下管線數(shù)據(jù)管理中心，如圖4所示，將管線的監(jiān)控信息上報至其中，一方面將共享數(shù)據(jù)分享至各個管線的分管部門，另一方面完善健全后續(xù)的城市地下管線綜合數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的城市地下管線建設(shè)及維修打下基礎(chǔ)。

2.3 操控系統(tǒng)

在建立伴檢系統(tǒng)的同時，需要將一部分地下管線的連接閥門更換為遠傳控制閥門，當(dāng)管線發(fā)生爆裂或者泄露時，其將起到及時關(guān)閉上下游管線連接的作用，在最短時間做到將各類損失降至最低。操控系統(tǒng)如圖5所示。

3 數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的連接樞紐，其將采集到的數(shù)據(jù)上傳到城市地下管線數(shù)據(jù)管理中心的數(shù)據(jù)庫中，利用大數(shù)據(jù)分析，將海量數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)噪聲去除，并對各類管線的監(jiān)管數(shù)據(jù)進行分類處理，以便于后期相關(guān)分管部門的調(diào)取及利用。

通過對數(shù)據(jù)的整合及分析，進一步建立地下管線信息系統(tǒng)，其將以城市地圖為基礎(chǔ)，以各類管線數(shù)據(jù)為核心，進行各種圖形數(shù)據(jù)的建立、查詢、疊加分析，從而建立一整套全面規(guī)劃的管線信息化解決方案，如圖6所示。

利用數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)實現(xiàn)城市三維地下管線管理系統(tǒng)的建立，其是以計算機網(wǎng)絡(luò)為載體，GIS軟件為平臺的應(yīng)用型技術(shù)系統(tǒng)[5]，整合城市地下綜合管線數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)了地下管線的三維可視化管理、存儲、查詢、分析、定位等功能，形成了一套完善的城市地下綜合管線數(shù)據(jù)資源管理數(shù)字化、可視化的三維管線系統(tǒng)。

4 結(jié)論

①通過對城市地下管線進行伴檢管線鋪設(shè)，進一步整合城市地下綜合管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，推進數(shù)字化地理空間信息平臺建設(shè)，逐步通過數(shù)據(jù)資源的“集中管理、分布應(yīng)用”實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理部門和應(yīng)用部門之間的共建共享。

②實現(xiàn)決策基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源管理數(shù)字化、可視化。通過整合GIS技術(shù)，將地圖元素和地下空間信息融入管理體系中，以三維的形式展現(xiàn)，實現(xiàn)城市決策信息資源的數(shù)字化和可視化，提高決策的科學(xué)性和合理性。

③提高政府保障公共安全和處置突發(fā)公共事件的能力。突發(fā)應(yīng)急事故發(fā)生后，政府可在第一時間了解災(zāi)害發(fā)生地周邊管線分布情況，高效調(diào)用相關(guān)資源，迅速完成應(yīng)急處置，使產(chǎn)生的危害降到最低程度。

④提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理水平。既可以查閱局部地區(qū)管線的各種細節(jié)，又可瀏覽區(qū)域管線的宏觀分布;既可研究單種管線情況，又可了解各種管線的整體分布關(guān)系;既可用以指導(dǎo)工程施工，又可用來做新區(qū)規(guī)劃或管線設(shè)計，使管理工作順利進行。

參考文獻：

[1]魯玉甫.城市地下管線綜合管理現(xiàn)狀及存在問題研究[J].建材與裝飾，2017（51）：132-133.

[2]朱偉，鄭建春.面向智慧城市的城市地下管網(wǎng)信息管理體系構(gòu)建探討[J].辦公自動化，2014（S1）：67-69.

[3]周京春.地下管網(wǎng)三維空間數(shù)據(jù)模型及自動化精細建模方法研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2016.

[4] Zhu W，Sun P，Ma Y N，et al. Location Method of Underground Pipeline Monitoring Point Based on Cavity Detection[J]. Journal of Convergence Information Technology，2012（22）：75-81.

[5]吳良超，吳軍榮，劉赟.GIS技術(shù)在數(shù)字管道系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2013（4）：57-60.