將物聯網技術應用于城市地下管線管理

張曉光

(保定金迪地下管線探測工程有限公司，河北保定071051)

一、引 言

城市地下管線就像人體的血管，是城市的“生命線”，擔負著城市中各種資源和信息的傳輸任務。隨著城市建設進程的不斷加快和社會經濟的飛速發展，對地下管線進程科學有效管理的要求與目前落后的管理手段之間的矛盾日益突出。另外我國城市化進程開始較晚，地下管線規劃和管理缺乏經驗，形成了地下管線權屬單位分散，地下管線運行監測體系不完善等很多問題，在城市建設中經常出現挖損管線、管線老化泄漏等情況，影響城市管網運行質量和效率。城市管理者迫切需要通過一種手段，將城市中所有地下管網管理起來，通過智能管理體系，對地下管網的空間位置、管線自身壽命、管線負荷運行情況、外界對其影響情況等信息進行數據采集，并存儲于專門數據庫中，運用軟件進行分析，得出及時合理的處理維護措施。

二、城市地下管線管理現狀及問題

我國早在1995年就注意到應對地下管線進行科學的管理，建設部和國家統計局聯合在全國開展了首次城市地下管線普查工作。1996年，還成立了建設部科技委地下管線管理技術委員會全國的地下管線事業在地下管線普查技術、信息管理系統的建設和動態管理、控制供水管網漏水等方面都取得了進步。然而隨著城市化的發展，城市地下管線系統也越來越龐大，與之相牽涉的關系也越來越復雜。城市供水、排水、供熱、天然氣、通信、電力、廣播電視光纜等多種地下管線縱橫交錯，可謂剪不斷理還亂。許多城市由于未能實現管線信息動態管理，管線資料收集、整理基本上仍然停滯在20世紀90年代的狀況，隨著時間的推移，管線資料逐步失去了現實性，信息老化，資料不全、不準，難以為地下開挖動工提供有效服務;再加上一些城市地下管線的管理體制尚未理順，對于地下管線的集中、統一的規劃管理尚未實現，多頭管理的現象日趨嚴重，地下管線設計部門眾多，一些資料存放較亂，地下管線的資料各部門都有，但都不全，不夠準確可靠。此外，現在的城市建設中，許多建設單位只是單單為了滿足建筑結構設計方面的需要而進行工程地質勘察，極少去顧及地下管線埋設情況，急功近利的現象非常明顯。

三、管線信息化管理有待提高

我國城市現階段的地下管線信息管理系統發展特點:

第一是傳統意義的地下管線信息管理系統，該系統主要是對地下管線的空間位置、規格尺寸、運輸介質等信息進行存儲，以供主管單位或城建單位查閱。

第二是對管線空間位置的獲得，主要依賴于竣工資料，竣工資料缺失的，則采取管線普查的方式。由于探測技術的局限性，許多老舊管線的探測還有難度，如竣工資料已缺失的老舊污水、雨水管道、各種專用的塑料管道實際探測難度大，而且探測成果精度低。由于基礎數據的質量較低，也降低了信息管理系統在城市建設的指導作用。

第三是由于缺乏對地下管道、管線有關負荷運行情況和自身健康情況信息的獲得手段，傳統的地下管線信息管理系統無法對管線的維護保養提供基礎信息，因而無法對城市地下管線災害事故提供預警和應急決策信息。

四、基于物聯網技術的城市地下管線信息管理系統構想

物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息。物聯網是近幾年來社會廣泛關注的熱點技術。物聯網的概念是1999年提出的，英文名稱叫“the intetnet of things(物物相連的互聯網)”，物聯網是指在互聯網基礎上整合傳感、通信和信息處理等技術，按約定的協議，把相關物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

現階段，物聯網技術中的一個典型應用就是無線射頻識別(radio frequency identification，RFID)，這是一種先進的非接觸式自動識別技術。目前，RFID已經從研究階段走向實用化，其單項技術已經趨于成熟。

可以通過地下管線智能管理系統將埋于地下的各種管線相關信息集中到一個綜合信息管理分析平臺上，為城市的規劃建設、管理決策和應急處置提供信息服務。物聯網技術的核心是物物相聯，智能化相關合作，利用物聯網技術的特點完全可以實現城市地下管線信息由獲取、傳輸到分析、綜合應用的整個過程，這一過程的實現其實就是城市地下管線智能管理系統的實現。

五、管線信息管理系統與物聯網集成的體系架構

城市地下管線智能管理系統主要由3個層次組成，分別為監測層、傳輸層、應用層(如圖1所示)。

監測層由各種類型的傳感器組成，可實時獲得地下管線的各種相關信息，包括空間位置、尺寸規格、材質、傳輸物質、傳輸狀態、腐蝕情況、泄漏點位置、大小等管線自身健康情況信息。城市在新建管線和進行老舊管線的更新改造時，應逐步推進預先嵌入傳感器管道的使用或者管線智能傳感器的同步埋設。

傳輸層則主要通過有線網絡、無線網絡、無線射頻識別RFID等通信手段，將感知層獲得的數據由現場實時傳輸到更高層次的單元。傳輸層主要包括光纖網絡、網絡交換設備、光電轉換設備、路由器、防火墻、服務器等。

應用層是城市地下管線智能管理系統功能應用的集中體現。

圖1

六、物聯網技術在管網管理系統中應用的優勢

在地下管線信息管理系統中，感知層通過預埋于管線自身或附近的各類傳感器，可實現對地下管線多維參數的獲取，同時，管線本身具備信息接收和傳達、反饋等智能要素。

地下管線信息管理系統具備強大的空間數據庫功能，可以將一個城市的基礎地理信息、各種管線空間信息、負荷運行信息及自身健康狀況信息等復雜的屬性信息一體化存儲，并實觀對信息的實時動態更新。

通過系統強大的空間分析能力、對地下管線多參數監測分析功能和其他各種應用分析功能，可以及時對管線中所傳輸物質的運行狀態作出判斷;快速準確地對管線運行中的突發事故作出緊急處理;也可以輔助城市規劃部門科學地進行地下管線的規劃和設計;同時可以指導市政管理部門對管線進行預防性維護和科學管理，最終實現對城市地下管線的智能化管理。

七、結束語

物聯網被稱作是計算機、互聯網之后，世界信息技術產業的第三次浪潮，物聯網技術的廣泛應用，必然對未來的城市規劃、建設、管理產生深刻的影響，基于物聯網技術的城市地下管線信息管理系統是解決現階段城市地下管線規劃、建設、管理、維護等較為可行和極有發展前景的綜合性技術手段。

略)