一種智慧地下通信管線(xiàn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

焦鵬 劉永超

【摘要】隨著智能化應(yīng)用的興起，現(xiàn)代城市的發(fā)展從信息化逐漸向智能化演進(jìn)。在智慧城市時(shí)代，運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)手段，可以有效解決由于人口密度增加而帶來(lái)的諸多問(wèn)題。地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)作為智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)，需要通過(guò)信息化手段進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)交互，確保地下管線(xiàn)的安全運(yùn)行。因此，本文對(duì)智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】智慧城市;通信管線(xiàn);信息;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1673-0348（2020）015-047-03

Abstract： With the rise of intelligent application， the development of modern cities has gradually evolved from informationization to intelligence. In the era of smart city， many problems caused by the increase of population density can be effectively solved by using modern technical means. Underground pipeline information system， as an important foundation for the development of smart city， needs to be managed by means of information technology to realize real-time information interaction and ensure the safe operation of underground pipelines. Therefore， this paper studies the design of intelligent underground pipeline information system， trying to provide effective feasible suggestions.

Keywords： Smart city; Communication pipeline; Information; system design

智慧城市（Smart City）作為新一代信息技術(shù)支撐、知識(shí)社會(huì)創(chuàng)新2.0環(huán)境下的城市形態(tài)，主要是依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)城市規(guī)劃、建設(shè)、生產(chǎn)、生活等內(nèi)容進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)城市資源的優(yōu)化配置的同時(shí)，讓城市運(yùn)轉(zhuǎn)的更加高效和敏捷。地下管線(xiàn)作為智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著信息傳輸、能源輸送等關(guān)鍵工作，同時(shí)也是城市生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。地下管線(xiàn)的“智慧化”管理對(duì)于智慧城市的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，可以滿(mǎn)足決策、管理部門(mén)和施工單位的需求已經(jīng)成為智慧城市發(fā)展的首要問(wèn)題。下面就對(duì)一種智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行深入分析。

1. 地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.1 地理信息技術(shù)

地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)是城市規(guī)劃、建設(shè)、發(fā)展的重要基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為載體，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）為平臺(tái)的應(yīng)用型技術(shù)系統(tǒng)。GIS主要是一種輔助支持系統(tǒng)，可以存儲(chǔ)和處理地理信息代碼，根據(jù)地理坐標(biāo)對(duì)地下管線(xiàn)進(jìn)行管理、檢索、評(píng)價(jià)、分析等處理，提供決策支持、動(dòng)態(tài)模擬、統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等服務(wù)。通過(guò)GIS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)地下管線(xiàn)的可視化管理，以三維模型的方式將地下管線(xiàn)及其他設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)以更加直觀(guān)的方式進(jìn)行顯示，發(fā)掘隱藏在數(shù)據(jù)之中的各種潛在聯(lián)系，為智慧城市提供數(shù)據(jù)支持。GIS結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

GIS結(jié)構(gòu)主要由空間數(shù)據(jù)采集、編輯、存儲(chǔ)管理、查詢(xún)分析、輸出表示五個(gè)子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集模塊是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可處理的形式。數(shù)據(jù)采集方法包括地圖信息數(shù)字化處理、地下管線(xiàn)空間測(cè)量數(shù)據(jù)、位置坐標(biāo)顯示以及錄入等功能;數(shù)據(jù)編輯是指對(duì)地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)有的地理信息軟件工具進(jìn)行編輯;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理百科地理目標(biāo)的空間位置與形狀信息，空間屬性和關(guān)系信息，這些數(shù)據(jù)可以有效描述地下管線(xiàn)空間環(huán)境;查詢(xún)分析是GIS系統(tǒng)的主要功能，對(duì)單幅或者多幅專(zhuān)題圖像進(jìn)行分析處理;輸出模塊是將GIS系統(tǒng)內(nèi)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后以更加直觀(guān)的形式進(jìn)行輸出，內(nèi)容更包括地下管線(xiàn)的空間信息和影像資料等。

1.2 地下管線(xiàn)系統(tǒng)功能劃分

地下管線(xiàn)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)管線(xiàn)的坐標(biāo)信息、屬性信息以及埋設(shè)方式進(jìn)行集中管理。地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)以管線(xiàn)的為基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)生成數(shù)字地圖，以空間信息數(shù)據(jù)和屬性信息數(shù)據(jù)為資源，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)提供管理、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)以及分析功能，從而為智慧城市的規(guī)劃、管理提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。城市地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、快速的提供管線(xiàn)運(yùn)行的狀態(tài)信息，并且可以給用戶(hù)提供查詢(xún)、分析等操作，為智慧城市的發(fā)展、預(yù)測(cè)、規(guī)劃、管理提供可靠依據(jù)。

地下管線(xiàn)系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的分析處理。地下管線(xiàn)包括電力、通訊、燃?xì)狻崃ε盼鬯裙艿?，?duì)于這些管線(xiàn)的管理和維護(hù)需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能做支撐，各種地下管線(xiàn)的不同空間位置在GIS系統(tǒng)中以不同的地理特征進(jìn)行表述，構(gòu)成地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息網(wǎng)。地下管線(xiàn)不僅數(shù)據(jù)量大，內(nèi)容也較為復(fù)雜，各類(lèi)型的管線(xiàn)構(gòu)成三維立體空間結(jié)構(gòu)，可以使用GIS技術(shù)進(jìn)行建模處理。

2. 地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及地下管線(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)四個(gè)部分。通過(guò)智慧地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)了地下管線(xiàn)的智能化和自動(dòng)化管理，有助于避免市政建設(shè)過(guò)程中道路的多次開(kāi)挖，而且還可以避免城市建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的事故隱患，提高管線(xiàn)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工與管理的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。下面就對(duì)地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析：

2.1 地下管線(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

地下管線(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)包含管線(xiàn)空間位置信息、管線(xiàn)屬性信息、管線(xiàn)結(jié)構(gòu)信息，是構(gòu)建智慧管線(xiàn)信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。在建立地下管線(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)后，應(yīng)用GIS技術(shù)分析配合專(zhuān)業(yè)算法，可以動(dòng)態(tài)模擬地下管道空間內(nèi)溫度、壓力、密度、流量等參數(shù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息判斷地下管線(xiàn)運(yùn)行狀況。地下管線(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建立后需要各部門(mén)通力合作，做好管線(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新共組，確保地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)建立過(guò)程中，需要GIS技術(shù)作為支撐，包括：圖層管理、圖文互查、條件查詢(xún)等功能實(shí)現(xiàn)地下管線(xiàn)的可視化管理。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能主要通過(guò)智能傳感器收集地下管線(xiàn)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)信息，并且將其傳遞給上層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。地下管線(xiàn)智能傳感器主要承擔(dān)檢測(cè)任務(wù)，具有管線(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集、處理以及傳輸功能，可以和多個(gè)傳感器共同組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)地下管線(xiàn)運(yùn)行的實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集。智能傳感器能夠完成多參數(shù)混合測(cè)量，這對(duì)于復(fù)雜的地下管線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有著非常重要的意義，智能傳感器中具有微處理器，使得智能化傳感器可以更加方便對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。借助地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫(kù)可以將城市的基礎(chǔ)地理信息、各種管線(xiàn)、管線(xiàn)空間信息以及復(fù)雜的屬性信息一體化存儲(chǔ)、分類(lèi)、分層進(jìn)行管理。同時(shí)，智能化傳感器靈活的配置功能能夠?qū)崟r(shí)處理大量的數(shù)據(jù)信息，可以根據(jù)不同領(lǐng)域的需要對(duì)其分類(lèi)整理，并進(jìn)行傳出，便于日后進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)。

2.3 傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸包括有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兩種方式。將智能傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸至上層控制單元。傳感器與上層控制單元通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口相聯(lián)，通過(guò)該接口可以直接與所屬計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和信息交換。

2.4 管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)采用輕量化設(shè)計(jì)，主要對(duì)已有管線(xiàn)表、管點(diǎn)表數(shù)據(jù)提供自動(dòng)三維建模、可視化瀏覽及分析應(yīng)用，適合于智慧城市地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建，也可以作為三維子模塊與現(xiàn)有管線(xiàn)系統(tǒng)配合使用。該系統(tǒng)采用BS架構(gòu)，部署方便，可以無(wú)縫融入智慧城市的綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，并且可以通過(guò)約定接口交互數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)儀表仿真監(jiān)控，并且實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)等功能。

3. 智慧地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用

地下管線(xiàn)是智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在城市發(fā)展過(guò)程中城市地形、地貌、規(guī)劃布局不斷發(fā)生變化，新老城區(qū)的改建、大型商圈和住宅的新建以及其他公共設(shè)施的不斷增加，給地下管線(xiàn)管理帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立地下管線(xiàn)信息管理分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的精準(zhǔn)管理、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和高校維護(hù)。通過(guò)智能化的管理，最大限度地確保地下管線(xiàn)安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

3.1 可視化管理

智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)通過(guò)智能傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)三維地理環(huán)境的構(gòu)建和地下地上一體化瀏覽、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析和輔助決策，包括地形地貌、道路、地名，以及城市地上地下三維空間的構(gòu)建。通過(guò)計(jì)算機(jī)可以瀏覽三維地下管線(xiàn)，直觀(guān)了解地下管線(xiàn)分布情況和他們之間的空間位置關(guān)系。便于城市管理者直觀(guān)的觀(guān)察地下管線(xiàn)的分布情況、運(yùn)行狀態(tài)、管線(xiàn)部件的結(jié)構(gòu)樣式，并且可以提供管線(xiàn)縱橫斷面、碰撞分析等功能。借助地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能和三維顯示功能，實(shí)現(xiàn)管線(xiàn)信息的資源共享，規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大限度地開(kāi)發(fā)利用地下空間資源。

3.2 管線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控

智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)可以對(duì)管線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。分布于管線(xiàn)上的傳感器可以有效采集管線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)信息，并將其上傳至控制中心，實(shí)時(shí)掌握管線(xiàn)的運(yùn)行狀況，對(duì)故障隱患進(jìn)行有效排查。尤其對(duì)于一些高危管道，可以通過(guò)傳感器準(zhǔn)確捕捉管道有無(wú)破損、漏氣以及銹蝕等現(xiàn)象，及時(shí)有效的進(jìn)行維護(hù)，降低故障造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。此外，在日常維護(hù)過(guò)程中，還可以連接移動(dòng)終端獲取地下管線(xiàn)傳感器發(fā)送的管線(xiàn)狀態(tài)信息，通過(guò)移動(dòng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程定位和檢測(cè)，降低人工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 故障應(yīng)急處理

智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)可以快速有效的對(duì)地下突發(fā)事故進(jìn)行應(yīng)急處理，對(duì)重大時(shí)間的響應(yīng)速度和處理能力是城市智慧化管理過(guò)程中的核心。智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)的重要作用在于，可以對(duì)管線(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，并啟動(dòng)故障分析功能，通過(guò)智能傳感器準(zhǔn)確快速的對(duì)故障地點(diǎn)進(jìn)行定位，確定故障類(lèi)型，通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置關(guān)閉各種閥門(mén)，將故障損失降到最低。

3.4 管線(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新

智慧地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳遞給控制中心，并且在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。管線(xiàn)增加、拆除或者其他變動(dòng)信息都可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查詢(xún)。通過(guò)信息共享平臺(tái)，地下管線(xiàn)管理單位可通過(guò)瀏覽器對(duì)地下管線(xiàn)進(jìn)行瀏覽、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)，隨時(shí)掌握地下管線(xiàn)信息，同時(shí)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳最新的竣工數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新。

4. 總結(jié)

綜上所述，智慧城市主要是通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)，運(yùn)用感知、遙感以及無(wú)線(xiàn)通信等方式實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。借助地下管線(xiàn)信息系統(tǒng)強(qiáng)大的三維空間運(yùn)算能力以及網(wǎng)絡(luò)分析功能可以方便的對(duì)管線(xiàn)及其他設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，從而實(shí)現(xiàn)了地下管線(xiàn)及其他設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)一些的突發(fā)事故可以做出緊急處理，同時(shí)能夠更加合理、科學(xué)的進(jìn)行地下管線(xiàn)的規(guī)劃和輔助設(shè)計(jì)。最大限度地整合和利用城市信息資源，是提升城市智慧化水平，推進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展以及提升人們生活品質(zhì)的有效途徑。

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