伊春供水管線智能巡檢系統(tǒng)研究

張紹璐 趙希奇

(1.哈爾濱市政府投資工程項(xiàng)目服務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱 150000;2.哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化城市發(fā)展的速度逐步提升，城市供水服務(wù)的各項(xiàng)需求逐年提高，加之我國(guó)總體水資源的短缺，環(huán)保意識(shí)低導(dǎo)致的水污染嚴(yán)重，水資源利用率低，因供水管道滲水漏水等情況的出現(xiàn)，使城市供水安全和供水質(zhì)量都面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。為進(jìn)一步改善伊春市的用水質(zhì)量，降低供水管道的漏水率，保障當(dāng)?shù)鼐用竦纳罴捌渌盟枨?，滿足伊春市的工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行，解決特殊地理環(huán)境無(wú)法巡檢、人耗及能耗成本高等現(xiàn)狀，從供水管線巡檢應(yīng)用服務(wù)為切入點(diǎn)，整合水務(wù)資源、優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度、降低管網(wǎng)漏損、聯(lián)動(dòng)安全應(yīng)急、改善營(yíng)收服務(wù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析為城市及供水行業(yè)管理者提供決策支撐[2]，創(chuàng)新供水管理、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)模式[3]，推進(jìn)伊春市供水行業(yè)健康有序的發(fā)展。

1 系統(tǒng)需求分析

為解決目前伊春市管線巡檢維修業(yè)務(wù)處理過(guò)程中存在的“經(jīng)驗(yàn)主義”、人工巡檢不到位、無(wú)法準(zhǔn)確定位管線位置、維修數(shù)據(jù)保存不準(zhǔn)確不完整、業(yè)務(wù)流程(工單派發(fā)、巡查、反饋、監(jiān)督、歸檔)繁瑣、流轉(zhuǎn)緩慢等問(wèn)題[4]，需要通過(guò)PC端與手持終端相結(jié)合的手段，采用移動(dòng)端的巡檢方式通過(guò)三維GIS服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)巡查人員進(jìn)行精準(zhǔn)定位、巡檢任務(wù)接收、查看、地下管線屬性信息編輯、拍攝圖片或者視頻上報(bào)巡檢事件、巡檢路線規(guī)劃等，并將巡檢信息上報(bào)應(yīng)急指揮中心，滿足監(jiān)督人員遠(yuǎn)程監(jiān)督指揮(人員管控、指揮調(diào)度、計(jì)劃制定等)的需求，實(shí)現(xiàn)主城區(qū)巡檢人員的定位精度達(dá)到2 m以內(nèi)，周邊區(qū)域巡檢人員定位精度4 m以內(nèi)；此外，由于伊春支線在偏遠(yuǎn)山區(qū)，不便于人工巡檢，需充分利用已建監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的軌跡控制及定點(diǎn)懸停，對(duì)管線延展方向的明漏、地表塌陷、設(shè)施損壞等地上情況進(jìn)行細(xì)微的巡視檢查，并配合衛(wèi)星遙感以月度周期性的宏觀地勢(shì)監(jiān)測(cè)變化對(duì)比分析，若發(fā)現(xiàn)異常可以派出無(wú)人機(jī)進(jìn)行詳查，在無(wú)人巡檢的情況下全面掌控管線的運(yùn)行情況。

2 城建區(qū)管線巡檢

城建區(qū)的管道智能巡檢主要由巡檢人員監(jiān)控、巡檢計(jì)劃制定、三維GIS服務(wù)、巡檢事件上報(bào)、一鍵報(bào)警等11個(gè)功能模塊組成。

2.1 服務(wù)端

服務(wù)端的設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)向移動(dòng)端發(fā)送任務(wù)，查看巡檢人員上報(bào)的巡檢事件，清晰巡檢軌跡，可以對(duì)巡檢人員實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位等功能。可以使管理人員更清楚巡檢工作人員的工作進(jìn)程。其主要功能有外勤人員監(jiān)控、制定巡檢計(jì)劃、巡檢上報(bào)事件查看等8個(gè)功能模塊。

1)外勤人員監(jiān)控。

通過(guò)系統(tǒng)的定位功能，可以清楚的查看到巡檢人員所在的位置信息，還可以查看一定時(shí)間段巡檢人員的巡檢軌跡，判定巡檢人員是否恪盡職守，有無(wú)偏離工作任務(wù)和工作路線等情況。這些都可以在二維GIS地圖上實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)督，可以回放巡檢人員的巡檢路線，使監(jiān)督巡檢人員的工作得到有效的提升。

2)巡檢計(jì)劃制定。

系統(tǒng)可在地圖上設(shè)置巡檢核查點(diǎn)、重要設(shè)施查核點(diǎn)等，明確了巡檢任務(wù)類(lèi)型、任務(wù)內(nèi)容、開(kāi)始及完成時(shí)間等信息，并指定外勤人員后自動(dòng)生成每天的巡檢任務(wù)。通過(guò)審核的巡檢計(jì)劃下發(fā)到外勤人員，外勤人員攜帶智能終端，按照巡檢計(jì)劃完成巡檢工作。并提供動(dòng)態(tài)調(diào)整工具，保證巡檢過(guò)程的完整性，且計(jì)劃調(diào)整結(jié)果與智能終端信息實(shí)時(shí)同步，保證巡檢計(jì)劃的執(zhí)行力度及內(nèi)容的準(zhǔn)確性。此外，通過(guò)GIS服務(wù)實(shí)現(xiàn)可視化巡檢路線規(guī)劃(避免漏檢、重復(fù)檢查等情況)的功能，給出最合理的巡檢路線。

3)巡檢上報(bào)事件查看。

管理人員可以在服務(wù)端實(shí)時(shí)查看巡檢人員的工作動(dòng)態(tài)、工作內(nèi)容、工作結(jié)果。如巡檢人員的巡檢時(shí)間，巡檢路線，巡檢長(zhǎng)度，對(duì)巡檢結(jié)果的上報(bào)中有哪些巡檢故障，存在哪些隱患信息，巡檢工作的完成情況等。

4)指揮調(diào)度。

服務(wù)端可以實(shí)時(shí)接收到手持終端上報(bào)的信息，包括巡檢人員在巡檢過(guò)程中上傳的巡檢結(jié)果，根據(jù)查看上傳的文字，圖片，空間位置等信息，來(lái)協(xié)助快速定位。并根據(jù)巡檢人員所在的位置，直接在電子地圖上進(jìn)行查看，通過(guò)無(wú)線對(duì)講、發(fā)送消息等方式下達(dá)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢人員工作上的指揮和調(diào)度，提高工作效率和質(zhì)量。

并且可以接收展示社會(huì)公眾通過(guò)微信平臺(tái)或熱線上報(bào)的事件信息，統(tǒng)一進(jìn)行任務(wù)的派發(fā)調(diào)度管理；根據(jù)問(wèn)題的不同，分析問(wèn)題的處理方式，并根據(jù)解決問(wèn)題的辦法和流程，把任務(wù)下發(fā)給相對(duì)應(yīng)的部門(mén)進(jìn)行處理。

5)工作督辦。

當(dāng)巡檢、維修任務(wù)派發(fā)后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行時(shí)效計(jì)時(shí)，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)外勤人員沒(méi)有完成相應(yīng)任務(wù)，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)端進(jìn)行督辦提示(距離時(shí)間差3 h進(jìn)行)。

時(shí)效計(jì)時(shí)的規(guī)則如下：

a.巡檢任務(wù)派發(fā)后，需10 h內(nèi)完成；b.供水管道漏水維修，24 h內(nèi)完成修復(fù)；c.爆管事故維修，維修人員需在4 h內(nèi)止水并開(kāi)始搶修，修復(fù)時(shí)間須符合下列要求：管道直徑DN不大于600 mm的管道24 h;管道直徑大于600 mm，且不大于1 200 mm的管道36 h;管道直徑大于1 200 mm的管道48 h。

此外，冬季、汛期等特殊時(shí)期系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)巡檢維護(hù)信息的提示(如防凍保護(hù)、防汛保護(hù)等)，提前進(jìn)行相應(yīng)的措施的制定。

6)自動(dòng)生成日志。

可以根據(jù)巡檢人員上傳的巡檢時(shí)遇到的問(wèn)題、問(wèn)題處理的方法、進(jìn)程及結(jié)果等詳細(xì)信息，自動(dòng)生成工作日志。

7)工作評(píng)價(jià)。

可以在任何時(shí)間段對(duì)某一個(gè)或者所有的巡檢人員進(jìn)行工作統(tǒng)計(jì)，可以清楚的了解到巡檢人員報(bào)告的事故數(shù)量、按時(shí)完成任務(wù)的比率、了解和維護(hù)管道網(wǎng)絡(luò)路徑的長(zhǎng)度及累計(jì)的休班時(shí)間、離線時(shí)間等，為對(duì)巡檢人員的工作評(píng)價(jià)提供可靠的依據(jù)和準(zhǔn)確性。

8)統(tǒng)計(jì)分析。

以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)可自動(dòng)生成巡檢日?qǐng)?bào)和各類(lèi)圖表(如年度故障趨勢(shì)圖、故障類(lèi)型分析圖、高發(fā)管段柱狀圖等)，根據(jù)對(duì)圖標(biāo)進(jìn)行分析，再加以統(tǒng)計(jì)，能夠清楚巡檢人員在工作時(shí)的巡檢情況、遇到了哪些隱患、對(duì)隱患及現(xiàn)有問(wèn)題的處理情況。

2.2 移動(dòng)端

移動(dòng)端針對(duì)出外勤的巡檢及維修設(shè)計(jì)的，功能模塊主要有三維GIS服務(wù)、巡檢事件上報(bào)、巡檢任務(wù)管理等組成，這些功能模塊的主要功能體現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)接收上傳的巡檢任務(wù)信息，查看巡檢人員上傳的所拍攝的圖片或者視頻，巡檢計(jì)劃的安排，并能夠查看地下管線的路由及屬性等信息。

1)三維GIS服務(wù)。

巡檢人員通過(guò)使用移動(dòng)終端自帶的GPS功能，可以清楚地看到自己在電子地圖上所在的位置，還可以在電子地圖上查找所需的相關(guān)信息，并進(jìn)行瀏覽和測(cè)量等其他操作。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整地圖透明度的功能，將地面設(shè)置為透明，巡檢人員對(duì)自己所處位置下方的管線的分布和路由信息一目了然，使巡檢人員精確的了解到問(wèn)題的所在及解決辦法，避免了巡檢人員在工作上出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤，為巡檢工作提高了效率，增加了巡檢的準(zhǔn)確性。

通過(guò)三維GIS服務(wù)還可以實(shí)現(xiàn)手持終端的在線編輯功能，有權(quán)限的巡檢人員可在地圖上對(duì)管線、閥門(mén)、附屬物等巡檢對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)在線編輯上報(bào)，提升反饋結(jié)果的精準(zhǔn)性。

2)巡檢任務(wù)管理。

巡檢人員根據(jù)服務(wù)端上的管理人員制定的巡檢計(jì)劃進(jìn)行工作，管理員可以用終端向巡檢人員發(fā)送工作任務(wù)，讓其按照計(jì)劃的巡檢線路進(jìn)行檢驗(yàn)工作。移動(dòng)終端所具備的GPS功能，能夠?qū)ρ矙z人員在工作時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，當(dāng)巡檢人員偏離預(yù)先計(jì)劃的巡檢路線時(shí)，移動(dòng)終端會(huì)對(duì)其發(fā)出報(bào)警聲，以進(jìn)行提示。手持的智能終端設(shè)備可以和后臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行連接，及時(shí)的更新巡檢人員的工作進(jìn)度，根據(jù)進(jìn)度再下達(dá)最新的檢查任務(wù)指令，并實(shí)時(shí)提醒。下達(dá)的工作任務(wù)會(huì)以列表或者圖形兩種方式進(jìn)行展示，以協(xié)助巡檢人員了解有關(guān)巡檢工作的詳細(xì)資料。

3)巡檢事件上報(bào)。

如果巡檢人員在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了故障及隱患，可以在智能終端找到相應(yīng)的工作模塊，對(duì)巡檢到的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行上報(bào)，并可以記錄維修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，處理的結(jié)果等信息，實(shí)時(shí)報(bào)告圖文并進(jìn)行跟蹤。上報(bào)的信息內(nèi)容包括存在的問(wèn)題屬于哪一類(lèi)，在什么地點(diǎn)，實(shí)時(shí)照片，并標(biāo)記其坐標(biāo)信息等，管理人員根據(jù)在服務(wù)端接收到的隱患報(bào)警信息自動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)和歸檔(分類(lèi)包括：明漏、地面塌陷、水池污染、管網(wǎng)附件缺失、閥門(mén)井室、地上設(shè)施、違章用水等幾方面)；同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成時(shí)間，方便管理人員的監(jiān)督，也為后期的績(jī)效考核提供數(shù)據(jù)依據(jù)。實(shí)現(xiàn)故障隱患從發(fā)現(xiàn)到任務(wù)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)處理、維修完成、信息歸檔的全程跟蹤質(zhì)量管理。

4)工作打卡。

外勤人員可以在移動(dòng)終端上進(jìn)行遠(yuǎn)程簽到打卡，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存外勤人員簽到打卡時(shí)的位置信息和簽到打卡的時(shí)間，這樣的管理方式既可以節(jié)約外勤人員的交通時(shí)間，提升工作時(shí)間，又方便了管理人員的管理。

5)一鍵報(bào)警。

遇到危險(xiǎn)情況時(shí)，巡檢人員可以通過(guò)“一鍵報(bào)警”按鍵來(lái)進(jìn)行緊急情況報(bào)警，服務(wù)端及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息，并及時(shí)精確定位遇險(xiǎn)位置。

6)掃碼識(shí)別。

在需要重點(diǎn)巡檢的區(qū)域和設(shè)備，可以設(shè)置電子標(biāo)簽/二維碼，通過(guò)對(duì)其掃描所得到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，了解當(dāng)前區(qū)域/設(shè)備的狀態(tài)是否正常，檢查時(shí)需要注意哪些事項(xiàng)，能夠讓巡檢人員判斷出此區(qū)域/設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

3 山區(qū)長(zhǎng)輸管線巡檢

針對(duì)伊春市的實(shí)際(近45 km的山區(qū)管道)情況，管道布設(shè)在偏遠(yuǎn)山區(qū)，工作環(huán)境相對(duì)惡劣，山區(qū)的智能巡檢主要采用無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星遙感以及在線監(jiān)控相結(jié)合的方式完成山區(qū)管線的巡檢工作。通過(guò)衛(wèi)星遙感影像宏觀的對(duì)地勢(shì)、地面附屬信息變化進(jìn)行對(duì)比分析，并配合無(wú)人機(jī)對(duì)管線延展方向的明漏、地表塌陷、違規(guī)施工、設(shè)施損壞等地上情況進(jìn)行細(xì)微的巡視檢查；衛(wèi)星遙感影像每月更新一次，無(wú)人機(jī)常規(guī)巡飛一周一次；當(dāng)影像分析出問(wèn)題時(shí)，指揮中心可派出無(wú)人機(jī)進(jìn)行詳細(xì)排查。暗漏則通過(guò)在井室布設(shè)水位、壓力、溫度等前端采集設(shè)備，對(duì)井室情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)在無(wú)人巡檢的情況下全面掌控管線的運(yùn)行情況，提高效率和節(jié)約開(kāi)支成本。山區(qū)管道智能巡檢由遙感影像對(duì)比分析、無(wú)人機(jī)巡檢、供水井室監(jiān)控3個(gè)功能模塊組成。

3.1 遙感影像對(duì)比分析

通過(guò)歷史斑圖的疊加處理，系統(tǒng)自動(dòng)分析供水管道通道周邊地勢(shì)、地貌、施工等宏觀的變化情況，并通過(guò)高亮的方式進(jìn)行具體位置的圈框標(biāo)注；可視化的對(duì)整個(gè)供水管網(wǎng)進(jìn)行宏觀的監(jiān)測(cè)，快速的對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行定位。

3.2 無(wú)人機(jī)巡檢

1)精細(xì)巡查。

當(dāng)通過(guò)遙感影像分析出變化區(qū)域后，系統(tǒng)對(duì)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行坐標(biāo)識(shí)別定位，并自動(dòng)派出無(wú)人機(jī)執(zhí)勤(可搭載高清可見(jiàn)光攝像機(jī)或紅外熱像儀)，根據(jù)系統(tǒng)分析規(guī)劃出的最佳巡飛路徑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行詳細(xì)的巡查(可在泵站、閥井等處懸停降高精確監(jiān)測(cè))。

2)影像拼接。

通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將視頻實(shí)時(shí)傳到地面站，并采用圖像拼接技術(shù)對(duì)可見(jiàn)光圖像進(jìn)行處理(200張圖像可在2 h內(nèi)完成)，生成供水管道沿線全圖，展現(xiàn)全貌。

3)重點(diǎn)目標(biāo)監(jiān)測(cè)識(shí)別。

采用目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，對(duì)可見(jiàn)光圖像、視頻進(jìn)行處理，精確監(jiān)測(cè)泵站、閥室、管道明漏以及重點(diǎn)設(shè)施的缺損情況。

3.3 供水井室監(jiān)控

對(duì)井室水位、壓力、流量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并通過(guò)夜視攝像頭進(jìn)行輔助監(jiān)控；若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題(泄露、設(shè)備異常、水力平衡等)可通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)電磁閥、閥域、攝像頭等設(shè)備的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)供水井室的無(wú)人化巡檢。

通過(guò)無(wú)人化的巡檢，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則外勤人員需進(jìn)行實(shí)地的勘定和維修，流程及功能和城建區(qū)管線巡檢相同。

4 結(jié)語(yǔ)

城市供水安全現(xiàn)狀不僅影響著現(xiàn)代化城市的安全，也對(duì)現(xiàn)代化城市的防災(zāi)體系起著至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合伊春市供水公司的巡檢業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)了城建區(qū)及山區(qū)兩種不同情況下的供水管線智能巡檢系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行巡檢能迅速采集和處理大量信息，對(duì)可能發(fā)生的安全隱患進(jìn)行及時(shí)的分析預(yù)警，減少發(fā)生重大事故的概率，在發(fā)生意外情況時(shí)，可以根據(jù)意外位置進(jìn)行定位，制定應(yīng)急預(yù)案，并及時(shí)采取措施，防止事故嚴(yán)重性的擴(kuò)大化，提高水源、水廠及管網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。此外，對(duì)于影響供水系統(tǒng)正常運(yùn)行的各類(lèi)事故和突發(fā)事件，制定應(yīng)急預(yù)案管理體系，全面加強(qiáng)安全保障體系和應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)。