城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)及可視化平臺

林 潔，葉子銘，杜 顏

（深圳市水務工程檢測有限公司，廣東 深圳 518100）

0 引言

全國現(xiàn)有的供水、排水、燃氣、熱力、工業(yè)等多類別的復雜管網(wǎng)中管線長度已超172 萬公里，每年仍以10 萬公里的速度遞增。錯綜復雜的城市管網(wǎng)系統(tǒng)存在的安全隱患不容忽視。城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)作為智慧管網(wǎng)建設的重要部分，能夠將城市管網(wǎng)檢測、狀態(tài)評估、清淤疏通、缺陷修復、施工改造等全流程信息有機整合，可以對城市管網(wǎng)的水質、水文、風險因子等進行在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，可以預警城市內(nèi)澇、監(jiān)測污水偷排，對城市管網(wǎng)的高效管理、正常運營、日常維護、安全保障都起到非常積極的作用[1-3]。

許多學者針對城市管網(wǎng)的監(jiān)測和管理問題都提出了解決方案。例如，李劍[4]設計和開發(fā)了基于ImaGIS 技術的城市三維管網(wǎng)平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)了地下管線的全過程周期化管理。葉遠智等人[5]采用ArcGIS 平臺分以下兩種情況進行管線建模，并將其應用于舟山市管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行三維建模，可視化效果較好。李仁剛[6]基于物聯(lián)網(wǎng)技術平臺設計開發(fā)了城市地下管網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以初步實現(xiàn)終端狀態(tài)的可視化管理。舒強等人[7]采用微電極檢測技術，建立了數(shù)據(jù)信號傳輸及信號抗干擾方法，開發(fā)的城市供水管網(wǎng)水質安全監(jiān)測系統(tǒng)有效解決了國外傳感器要求環(huán)境精度高的難題。劉子恒等人[8]研發(fā)了基于SuperMap 的管網(wǎng)三維建模技術，解決了管網(wǎng)拓撲模型中的假節(jié)點、流向等問題。王子成等人[9]設計的城市地下管網(wǎng)水質可視化預警系統(tǒng)提供了一個直觀交互式的信息可視化管理平臺及監(jiān)控預警平臺。王國牛[10]提出了一種城市三維管網(wǎng)實時建模方法，可以實現(xiàn)地上地下一體化的三維效果。本文為了進一步保障城市管網(wǎng)的安全運行和全壽命周期智能化管理，基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測和隱患事故預警等先進技術，開發(fā)城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)及可視化管理平臺。

1 城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)

傳統(tǒng)意義上的城市管網(wǎng)檢測一般指采用各種檢測技術在管道內(nèi)進行管道缺陷、內(nèi)部淤積、水位等檢測。城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)不僅涵蓋傳統(tǒng)功能，還可實現(xiàn)對管網(wǎng)淤積、排水不暢、管網(wǎng)液位、上窨井井蓋狀態(tài)、管網(wǎng)流量、管網(wǎng)有害氣體、管網(wǎng)水質、管內(nèi)環(huán)境、管道腐蝕速率等影響城市管網(wǎng)運維的各種風險數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，為城市管網(wǎng)的運行調(diào)度、養(yǎng)護管理、快速響應、缺陷修復提供有效的數(shù)據(jù)支持，以便于管理者掌握管內(nèi)實際狀況及緊急情況下正確地部署應急措施，提高城市管網(wǎng)的運行管理水平。

城市排水在線監(jiān)控管理系統(tǒng)應用物聯(lián)網(wǎng)和GIS 技術，通過埋設智能傳感設備實時采集數(shù)據(jù)及相關視頻，與可視化平臺整合后形成“城市排水管網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)一張圖”。系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

圖1 城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)總體架構

城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)由設備鏈、服務鏈、數(shù)據(jù)鏈等構成，具體如下：

（1）設備鏈：集管網(wǎng)檢測、疏浚、修復等業(yè)務而開發(fā)設計的專業(yè)化先進設備于一體。

（2）服務鏈：管網(wǎng)工程服務。對管網(wǎng)進行專業(yè)化、高效化的檢測、疏浚及修復服務。

（3）數(shù)據(jù)鏈：管網(wǎng)云平臺。集云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能于一體的管網(wǎng)生態(tài)。

城市管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)的架構包括感知層、網(wǎng)絡層、分析層和應用層。具體組件情況如下：

（1）精準排水模型建立組件

根據(jù)實時天氣預報的雨量信息、下墊面和排水管網(wǎng)屬性，對產(chǎn)匯流及排水進行模擬，為城市管理部門提供應急決策支持，將損失降到最小。

（2）信息化數(shù)據(jù)分析組件

針對城市管網(wǎng)碎片化排查成果，應用GIS 技術手段，對管網(wǎng)排查和管網(wǎng)感知監(jiān)測結果進行數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)管網(wǎng)空間管線分析，為管網(wǎng)狀態(tài)評估提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

（3）管網(wǎng)狀態(tài)及風險評估組件

分類管網(wǎng)拓撲問題，評估管網(wǎng)健康度及排水能力，為城市管網(wǎng)改擴建、維修維護和運營、應急防汛工作提供決策依據(jù)。城市管網(wǎng)相關各部門通過終端上位機等設備對分析層數(shù)據(jù)進行整合分析和評估，并迅速做出響應。

2 城市管網(wǎng)可視化平臺

城市管網(wǎng)可視化平臺可直觀展現(xiàn)管道地理位置信息、管道結構信息、管道監(jiān)測信息等，如圖2所示。

圖2 可視化平臺——全局察看

（1）管道地理位置信息

在地理信息系統(tǒng)中能直接讀取管道全線位置，量測與周邊道路、房屋等的相對位置關系，顯示出管道上游來源和下游出處，如圖3所示。

圖3 管道位置信息在GIS 層級上的展示情況

（2）管道結構信息

可視化平臺內(nèi)部結構展示如圖4所示，其中包括管道長度、結構尺寸、管道型式、結構材質、材質等級（混凝土強度、鋼筋等級間距）、覆土厚度、底板高度、井口位置、井口尺寸、井口類型等信息。

圖4 可視化平臺內(nèi)部結構展示

（3）管道監(jiān)測信息

可視化平臺實時監(jiān)測信息顯示如圖5所示。采用三維漫游，能總體顯示隱患點、排口以及監(jiān)測傳感器的實時數(shù)據(jù)，點擊點位可進入到管道內(nèi)部，通過彈框查看到具體的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，能將隱患點、排口信息以及傳感器歷次監(jiān)測信息進行對比展示，明確隱患位置、隱患級別。

圖5 可視化平臺實時監(jiān)測信息顯示

3 結語

本文為了更好地展示管網(wǎng)狀態(tài)，運用數(shù)據(jù)可視化技術，把數(shù)據(jù)轉換為3D 模型，在管網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上形成可視化展示平臺，明確管網(wǎng)系統(tǒng)與周邊地理信息的聯(lián)系，進一步提高對管網(wǎng)的全局把控力與洞察力。通過在智慧排水防澇中應用物聯(lián)網(wǎng)、GIS 等技術，為城市排水防澇提供全方位技術支撐，實現(xiàn)城市排水數(shù)據(jù)管理、運行服務、監(jiān)測預警、綜合監(jiān)管、應急決策一體化的管理，構建排水行業(yè)監(jiān)管的新模式，提高城市防災減災能力和安全保障水平。