基于排水安全隱患排查系統(tǒng)的建設(shè)研究

馬駿 楊平科 孟金龍

（山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250101）

0.引言

隨著城市的發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平迅速提高，城市的規(guī)模迅速擴(kuò)大。與城市地上的空間發(fā)展相比，城市的地下排水管網(wǎng)作為與人民生活息息相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，其規(guī)劃和建設(shè)沒(méi)有得到重視。城市管網(wǎng)服務(wù)半徑擴(kuò)大、管網(wǎng)更加復(fù)雜，排水管線交錯(cuò)分布在城市各個(gè)街道和角落，管理成本和運(yùn)營(yíng)難度大幅提高，安全、高效管網(wǎng)服務(wù)的迫切需求和城市綜合管廊的推進(jìn)實(shí)施，對(duì)管網(wǎng)綜合管理提出了更高要求。通過(guò)整體規(guī)劃、協(xié)調(diào)建設(shè)、信息化管理等手段改變傳統(tǒng)城市管網(wǎng)建設(shè)管理模式，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、地理信息、大數(shù)據(jù)的智慧管網(wǎng)云平臺(tái)，是城市管網(wǎng)發(fā)展的必由之路[1-2]。

地下管網(wǎng)安全隱患排查風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)是基于新興云技術(shù)的信息化集成應(yīng)用，充分發(fā)揮“云平臺(tái)”在海量數(shù)據(jù)計(jì)算力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間等方面的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建統(tǒng)一的城市管網(wǎng)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量管網(wǎng)信息云端“一站式”服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息更新、共享和應(yīng)用統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。結(jié)合地理信息系統(tǒng)在空間數(shù)據(jù)分析管理上的強(qiáng)大功能，建立排水管網(wǎng)隱患排查風(fēng)險(xiǎn)管理信息平臺(tái)?；谂潘陌踩[患排查系統(tǒng)自建成并投入使用后，對(duì)外業(yè)探測(cè)的CCTV安全隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并對(duì)安全隱患數(shù)據(jù)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有效地提高了安全隱患數(shù)據(jù)的管理水平，避免了安全隱患事故的發(fā)生[3]。

1.系統(tǒng)架構(gòu)

在對(duì)系統(tǒng)整體功能分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合架構(gòu)思想，堅(jiān)持面向服務(wù)、分層設(shè)計(jì)原則，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層。與此同時(shí)，為了增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際擴(kuò)展能力以及集成能力，必須積極探索面向服務(wù)思路，從而在一定程度上提升系統(tǒng)間與內(nèi)部模塊的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)通信暢通。

數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)從內(nèi)容上是基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、地下管線信息數(shù)據(jù)、CCTV探測(cè)數(shù)據(jù)、水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等，然后對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行覆蓋面進(jìn)行不斷擴(kuò)大，就表現(xiàn)形式而言，一般是存儲(chǔ)在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中，該數(shù)據(jù)庫(kù)位于到系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。從系統(tǒng)價(jià)值層面進(jìn)行分析，價(jià)值水平高低與數(shù)據(jù)完整性以及實(shí)用性等息息相關(guān)，而且還應(yīng)該增強(qiáng)數(shù)據(jù)的精確性，提升數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新水平?；诖?，相關(guān)工作人員必須要結(jié)合數(shù)據(jù)類(lèi)型特點(diǎn)或者是實(shí)際應(yīng)用需求，有效建立數(shù)據(jù)采集規(guī)范流程，并明確數(shù)據(jù)加工處理方法，增強(qiáng)數(shù)據(jù)管理的科學(xué)性以及專(zhuān)業(yè)性[4]。

服務(wù)層是接口層的基礎(chǔ)，接口層是服務(wù)層的對(duì)外表現(xiàn)，服務(wù)層實(shí)現(xiàn)諸如二維數(shù)據(jù)引擎、功能服務(wù)引擎等，為接口層提供強(qiáng)大的后臺(tái)支持，這二者合稱(chēng)為應(yīng)用接口層。接口層發(fā)布空間數(shù)據(jù)信息，設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，向使用單位提供基于數(shù)據(jù)和功能的SOAP和REST服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與各單位業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫集成；并提供監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的功能，以保障整個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)榭蛻?hù)端應(yīng)用提供安全、穩(wěn)定的支撐。通過(guò)應(yīng)用接口層，平臺(tái)完成對(duì)各類(lèi)空間數(shù)據(jù)資源的對(duì)外共享和發(fā)布。

應(yīng)用層屬于業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)范疇，就用戶(hù)體驗(yàn)而言，系統(tǒng)作為信息服務(wù)機(jī)構(gòu)之一，能夠被定義為桌面應(yīng)用程序，發(fā)揮著重要作用，同時(shí)也是門(mén)戶(hù)網(wǎng)站。通過(guò)建立不同的應(yīng)用系統(tǒng)，為各使用單位提供各類(lèi)空間數(shù)據(jù)及服務(wù)，解決空間信息資源共享問(wèn)題[5]。

2.關(guān)鍵技術(shù)

GIS技術(shù)：GIS即地理信息系統(tǒng)（Geographic Infor-mation System），是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)[6]。

就GIS本身來(lái)說(shuō)，一般均具備以下類(lèi)型的功能，它們分別是：

（1）數(shù)據(jù)采集以及編輯功能。地理數(shù)據(jù)庫(kù)屬于GIS核心內(nèi)容。基于此，在建立GIS的過(guò)程中，首先要將實(shí)體圖形數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，即數(shù)據(jù)采集。此外，要想最大限度避免數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤，相關(guān)工作人員必須要重視圖形或者是文本數(shù)據(jù)的編輯以及修改工作。

（2）制圖功能。對(duì)于GIS來(lái)說(shuō)，既能夠?yàn)橛脩?hù)提供全要素地圖，又能夠結(jié)合用戶(hù)需要有效輸出不同類(lèi)型的專(zhuān)題地圖，包括行政區(qū)劃圖、等高線圖以及土壤利用圖等。除此之外，GIS能夠發(fā)揮自身空間分析作用，進(jìn)而獲取特殊地圖，以更好地開(kāi)展地學(xué)分析工作，常見(jiàn)特殊地圖包括坡度圖以及坡向圖等。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。如果地理對(duì)象能夠進(jìn)行科學(xué)化的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)編輯，則地理數(shù)據(jù)集就可以得到有效建立。在整個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)庫(kù)管理相關(guān)系統(tǒng)必須要發(fā)揮管理作用，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行合理定義，并且做好數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工作，增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的科學(xué)性。

（4）空間分析功能。借助空間查詢(xún)以及空間分析功能的有效發(fā)揮，最終決策結(jié)論可以盡快獲得，進(jìn)而發(fā)展為GIS的出發(fā)點(diǎn)。具有代表性的空間分析類(lèi)型包括以下幾種：

拓?fù)淇臻g查詢(xún)，常見(jiàn)拓?fù)潢P(guān)系包括兩類(lèi)，一種是幾何元素的節(jié)點(diǎn)、面塊以及弧段相互間的關(guān)系，能夠?qū)ν負(fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)表達(dá)；另一種則是空間拓?fù)潢P(guān)系，主要借助關(guān)聯(lián)關(guān)系以及位置關(guān)系進(jìn)行某種程度上的隱含表達(dá)，接下來(lái)，用戶(hù)再借助這種特殊方法實(shí)施科學(xué)查詢(xún)。

緩沖區(qū)分析，主要是結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)、線、面實(shí)體，形成緩沖區(qū)多邊形。

疊置分析，將同一地區(qū)或者是同一比例尺的多邊形要素?cái)?shù)據(jù)實(shí)施疊置，并結(jié)合多邊形邊界點(diǎn)形成多重屬性的多邊形或進(jìn)行多邊形范圍的屬性特征的統(tǒng)計(jì)分析。

3.系統(tǒng)功能

3.1 專(zhuān)業(yè)性評(píng)估

該功能模塊對(duì)外業(yè)探測(cè)的CCTV安全隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，對(duì)不符合要求的數(shù)據(jù)輸出，對(duì)符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)估，并將數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果入庫(kù)。該功能模塊還可以輸出管道狀況評(píng)估表、管道缺陷統(tǒng)計(jì)表、現(xiàn)場(chǎng)記錄表、檢測(cè)成果表、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表、專(zhuān)業(yè)報(bào)表。

本部分評(píng)估依據(jù)外業(yè)管道檢測(cè)數(shù)據(jù)，按照《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，將管道缺陷分為結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷。根據(jù)功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷的不同特點(diǎn)分別對(duì)排水管道進(jìn)行評(píng)價(jià)。

一方面，對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，檢查評(píng)估所需的必要字段是否齊全，字段內(nèi)容填寫(xiě)是否規(guī)范，對(duì)于數(shù)據(jù)檢查不通過(guò)的數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤報(bào)告如圖1所示；另一方面按照評(píng)估規(guī)程評(píng)價(jià)排水管道風(fēng)險(xiǎn)隱患級(jí)別，如圖2所示。

數(shù)據(jù)檢查完成，進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)估，對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)表中的管道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，生成評(píng)估結(jié)果列表，并顯示輸出報(bào)告按鈕，將評(píng)估結(jié)果生成評(píng)估報(bào)告，如圖3所示。

3.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)包括為溫度、水位、水質(zhì)、流速、流量、站壓、井蓋、硫化氫、一氧化碳、一氧化氮、甲烷、苯、汽油進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中流量檢測(cè)功能，即根據(jù)起始終止結(jié)束時(shí)間以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)ID對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)追溯如圖4所示。

對(duì)于異常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)統(tǒng)計(jì)最近一個(gè)月的異常數(shù)據(jù)情況，并以柱狀圖的形式展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)也有餅狀圖作為輔助能看出異常數(shù)據(jù)的分類(lèi)，如圖5所示。

3.3 登錄模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)每次進(jìn)入本移動(dòng)端系統(tǒng)時(shí)的身份驗(yàn)證功能。還包括記住密碼和自動(dòng)登錄兩個(gè)輔助的功能。

3.4 綜合評(píng)估

綜合性評(píng)估內(nèi)容包括排水管線與其他管線類(lèi)凈距計(jì)算，覆土深度計(jì)算，建設(shè)年代評(píng)估，檢查井間距計(jì)算，排水管段片坡度計(jì)算，排水管段彎度計(jì)算，檢查井內(nèi)管徑與分支計(jì)算，排水管道與建筑物（構(gòu)筑物）水平凈距計(jì)算，以及檢查井、雨水口動(dòng)態(tài)評(píng)估計(jì)算等。

（1）與其他管道凈距。計(jì)算排水管線和綜合類(lèi)管線之間的凈距是否滿(mǎn)足最小間距規(guī)范值。（2）覆土深度。計(jì)算排水管線的覆土深度是否滿(mǎn)足排水管線設(shè)計(jì)規(guī)范最小值要求。管頂最小覆土深度，應(yīng)根據(jù)管材強(qiáng)度、外部荷載、土壤冰凍深度和土壤性質(zhì)等條件，結(jié)合當(dāng)?shù)芈窆芙?jīng)驗(yàn)確定。管頂最小覆土深度宜為：人行道下0.6m，車(chē)行道下0.7m。（3）建設(shè)年代。根據(jù)管道材質(zhì)設(shè)計(jì)年限，評(píng)估使用年限超出設(shè)計(jì)年限的管道狀況。（4）檢查井間距。檢查相鄰的兩個(gè)檢查井之間距離是否符合規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（5）坡度檢查。檢查指定管段的兩端的坡度是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。（6）管徑與分支。檢查井位置處，根據(jù)管線管徑計(jì)算管線分支是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

4.項(xiàng)目應(yīng)用

系統(tǒng)投入應(yīng)用后，為城市安全隱患數(shù)據(jù)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，系統(tǒng)面向決策層、城市應(yīng)急防災(zāi)部門(mén)和管線管理部門(mén)，為城市應(yīng)急管理、安全隱患排查等及時(shí)提供決策依據(jù)，有效維護(hù)和保障公共安全，提高城市地下管線信息系統(tǒng)現(xiàn)代化管理水平。

此外，系統(tǒng)提供多種決策分析功能避免了盲目開(kāi)挖和野蠻施工，減少了挖斷管線、停水和斷電現(xiàn)象。系統(tǒng)提供的管線安全性檢查功能，對(duì)于事故快速處理，安全隱患排查、災(zāi)害預(yù)防具有較大的作用。