德陽智慧管線助力“智慧德陽”

魏昌盛，胡 亮，張著豪

(德陽市勘察測繪設計院，四川 德陽618000)

作為城市的重要基礎設施，地下管線是一個城市的生命線，智慧管網(wǎng)是智慧城市的基礎［1］。德陽市早在2011年就開始籌備地下管線平臺建設工作，目標是建成二三維一體化的地下管線管理系統(tǒng)。經(jīng)過組織機構(gòu)的確立、普查隊伍的組建、實施方案的編寫、試驗區(qū)測試、全面普查、系統(tǒng)編制、驗收等環(huán)節(jié)，于2013年完成主城區(qū)110 km2的地下管線普查工作，包括電力、通信、排水、給水、燃氣等8大類管線，管線總長度4460 km，并且開創(chuàng)性地以真三維的方式實現(xiàn)管線數(shù)字化，搭建了三維管線共享平臺，經(jīng)專家組評定達到國際先進水平。該平臺作為“智慧德陽”的重要組成部分，實現(xiàn)了“地下智慧”，通過后續(xù)工作，將實現(xiàn)城市面子和里子的共同智能化，為公眾服務。

該平臺的建成實現(xiàn)了德陽市地下空間的科學規(guī)劃、有序建設、合理利用，能夠促進地下管線的安全保障，減少因管線破壞帶來的經(jīng)濟損失及對生產(chǎn)、生活的影響。該平臺在治療“城市病”、提升城市化質(zhì)量等方面發(fā)揮了積極作用，為提高城市安全能力、應急處理能力，促進城市現(xiàn)代化發(fā)展奠定了良好基礎。

一、德陽智慧管線的特征

管線信息化是智慧管線的基礎，縱觀管線的發(fā)展歷程，地下管線的管理經(jīng)過紙質(zhì)檔案、數(shù)字檔案、數(shù)字化管理和智慧管線4個階段，在國家出臺《城市管線普查工作指導手冊》之前，大部分城市還采用的是紙質(zhì)檔案的管理模式，與城市管線的快速發(fā)展形成巨大反差，已經(jīng)不能實現(xiàn)智慧城市的同步發(fā)展。管線的智慧管理具備以下特征［2］:

1)智能感知:傳感器實時獲取管線的溫度、壓力、流量等狀況數(shù)據(jù)，并通過通信網(wǎng)絡加GPS定位的方式把數(shù)據(jù)傳輸回管線數(shù)據(jù)中心。

2)網(wǎng)絡互聯(lián):使用光纖網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等高科技信息技術，把管線、系統(tǒng)、人有效地連接起來。

3)大數(shù)據(jù):支持包括管線數(shù)據(jù)、基礎地理信息數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的集成并實現(xiàn)挖掘提取。

4)決策分析:基于整合的大數(shù)據(jù)庫，運用GIS、云計算等分析工具，實現(xiàn)管線業(yè)務的決策分析。

二、德陽智慧管線的建設

1．地下管線基礎數(shù)據(jù)庫建設

數(shù)據(jù)層是智慧城市建設中非常重要的一環(huán)，起著基礎、支撐的作用［3］。要獲得能夠運用于實際工作的管線系統(tǒng)，首先要進行管線數(shù)據(jù)的普查建庫，獲得管線的空間位置、屬性信息及相關專業(yè)屬性信息。在“共建共享，分工維護”的原則下，德陽地下管線數(shù)據(jù)庫建設由多個部門合力建設完成［4］。德陽市地下管線的數(shù)據(jù)大部分由專業(yè)管線探測單位對主城區(qū)全區(qū)域的管線進行普查，獲得管線空間位置信息、管線屬性信息;其余部分由管線權(quán)屬單位、建設單位、管理單位等提供各自管線的專業(yè)屬性信息(如建設年代、使用年限、負載信息等)、管線專業(yè)部件和建構(gòu)筑物信息等。這樣，經(jīng)多方共建、多種管線資源整合建成的地下管線基礎數(shù)據(jù)庫，管線基礎信息豐富。另外，在地下管線基礎數(shù)據(jù)庫建成后，各管線部門要共同參與做好數(shù)據(jù)動態(tài)更新工作，確保數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性［4-5］。

除了管線數(shù)據(jù)，平臺還需要基礎地理信息作為背景，包括大比例尺DLG、影像DOM、地形DEM、地上三維模型、道路數(shù)據(jù)、POI等。平臺數(shù)據(jù)集成如圖1所示。

圖1 平臺數(shù)據(jù)集成

2．感應系統(tǒng)建設

在管線感應系統(tǒng)建設中，主要工作是在管線關鍵部位安裝智能傳感器，重點是獲取管線運行負載信息及管線健康狀況，通過GPS和無線網(wǎng)絡進行傳輸，對管線數(shù)據(jù)庫進行實時更新，并且為系統(tǒng)分析功能提供支持。

無線射頻識別技術(RFID)具有無接觸和自動識別的優(yōu)勢，因此在當前作為最主要的傳感技術被使用。德陽市主要運用的專業(yè)管線部門包括自來水公司和天然氣公司，其余部分管線單位由于成本的原因尚未安裝，但作為長遠發(fā)展及智慧管線的要求，傳感器的使用必將全面展開。新建管線或管線改造時主要方式有:使用配備有傳感器的管道;管線和傳感器分開埋設。

3．傳輸網(wǎng)絡建設

包括有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡等通信設施的建設，設備有光纖寬帶、服務器、交換機、路由器、防火墻等，把傳感器獲得的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

4．管線信息平臺建設

建立管線信息管理共享平臺，實現(xiàn)各管線管理部門、檔案管理部門、權(quán)屬單位對管線數(shù)據(jù)的共建共享，保證數(shù)據(jù)的有效性。管線信息平臺包括地下管線三維展示系統(tǒng)(包括C/S和B/S兩種模式)、地下管線檔案管理系統(tǒng)、地下管線規(guī)管系統(tǒng)等。系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。管線三維效果如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)

圖3 管線三維效果細節(jié)展示

三、德陽市的智慧管網(wǎng)應用

德陽對于建設地下管線信息化，初始目標是建立二三維一體化的可視化管理平臺，為智慧德陽的建設服務，具體應用如下。

1．管線三維可視化管理

通過德陽地下管線三維共享平臺，能夠加載航空影像、矢量地形、三維地上模型、POI等多維數(shù)據(jù)，地下管線以三維管線的形式進行可視化展示，管線管理部門、規(guī)劃建設部門和管線權(quán)屬單位等就能夠直觀地查看地下管線的分布情況、管線與周邊建筑的空間關系，實現(xiàn)屬性查詢、分類統(tǒng)計、斷面分析、碰撞分析、爆管分析等功能［6-7］。各管線相關部門能夠通過專網(wǎng)接入和權(quán)限管理的方式，實現(xiàn)管線信息共享，也可更加高效地履行各自的管理職能。

對于管線的規(guī)劃設計，可以先在二維平臺下設計，然后加入到三維平臺進行三維模擬展示并且進行與已有管線的間距分析，根據(jù)結(jié)果進行調(diào)整，以達到國家規(guī)定的安全間距，也能夠進一步達到對地下空間的科學、合理的利用。根據(jù)這樣形成的設計方案，在進行管道施工時，極大地避免了施工安全風險。

同時，檔案管理部門可以4D的形式進行管理，即在3D的基礎上配置時間序列的概念，通過管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)管線規(guī)劃、設計、施工、運維、更新的全生命周期管理，掌握每片區(qū)域管線的歷史變化情況，記錄城市地下的歷史變遷［8］。

2．實時感知管線運行狀況

對不同管道安裝對應的感應設備，如燃氣管道的壓力感應、熱力管道的溫度感應等，系統(tǒng)操作人員通過感應設備獲取的實時信息，全天候掌握管道的安全運行情況，并及時采取防護措施，有效避免事故的發(fā)生。如德陽自來水公司在給水管道上安裝傳感器，實時監(jiān)控壓力、水質(zhì)等重要信息，就能夠準確判斷哪條管道有爆管或水質(zhì)污染，可以根據(jù)系統(tǒng)提示，找到最近的閥門，進行處理。

在管線日常巡檢中，巡視人員可以使用隨身移動終端，對安裝有感應設備的管線進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。同樣可以依據(jù)管線系統(tǒng)后臺通過網(wǎng)絡傳輸?shù)奶幚砻畹街付ㄎ恢眠M行處置。

3．管線事故的應急指揮處理

通過管線普查數(shù)據(jù)的建庫入庫，獲得了管線的基本屬性信息，然后把數(shù)據(jù)分發(fā)給各權(quán)屬和管理單位，通過屬性編輯字段，對所屬管線的建設年代和使用年限進行填寫，完善管線數(shù)據(jù)庫。在此基礎上，系統(tǒng)能夠判斷哪些管線已經(jīng)年代已久需要更換，并且實時對管線的更換情況進行報警。系統(tǒng)還能夠通過設定的管線間距標準判斷高風險區(qū)域，在圖上高亮顯示，進行風險預警。更關鍵的是，可以使用爆管分析功能，對管線運行中突發(fā)事故進行輔助決策，如天然氣管道發(fā)生泄漏，通過傳感器的定位，分析出需要緊急關閉的閥門和處理的區(qū)域，能夠極大地減少損失。圖4為爆管分析功能的運用。

圖4 爆管分析功能運用

4．管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新

運用網(wǎng)絡互聯(lián)、傳感器技術和導航定位技術，把管道相關信息(主要是管道使用、健康等變化信息)，實時傳輸至系統(tǒng)后臺，數(shù)據(jù)庫中的信息也隨之更新。當管線有新埋、改建或拆除時，通過竣工測量，獲得竣工成果進行數(shù)據(jù)庫更新，同時通過新埋管線配置的傳感器對運行過程中的狀態(tài)信息實時獲取，從而實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)全方位更新，為以后工作提供服務。

四、結(jié)束語

德陽市人民政府在2015年3月出臺了《德陽市加強城鎮(zhèn)地下管線建設管理實施方案》，確立了以副市長為組長的工作小組，明確了從制度規(guī)章到技術資金多方面的保障。通過德陽市地下管線系統(tǒng)平臺的建設，并且加強物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器等新技術的使用，必將提高城市管線的管理和安全運營水平，對城市地下空間的開發(fā)和利用更趨于有效和合理，提升城市綜合應急、防災能力，有效推動德陽整個城市向智慧的目標發(fā)展。

［1］ 董紹環(huán)．城市地下綜合管線管理信息系統(tǒng)研究與實現(xiàn)［D］．青島:中國石油大學(華東)，2011．

［2］ 高鐵軍，吳立新．論城市管網(wǎng)智慧管理研究范疇與關鍵技術［J］．地理與地理信息科學，2011，4(8):19-23．

［3］ 王振源，段永嘉．我國智慧城市建設水平評價指標研究［J］．云南民族大學學報(哲學社會科學版)，2013(6):144-149．

［4］ 鐘洪德，邱劍．淺談智慧地下管線信息系統(tǒng)建設［J］．測繪通報，2013(S0):20-22．

［5］ 張丹．試論城市地下管線檔案管理與信息化建設［J］．檔案學研究，2008(3):18-20．

［6］ 龔建橋．三維地下綜合管線管理系統(tǒng)關鍵技術研究與實現(xiàn)［D］．武漢:華中師范大學，2012．

［7］ 黃來源，李軍輝，李遠強，等．基于物聯(lián)網(wǎng)技術的城市地下管線智能管理系統(tǒng)［J］．物聯(lián)網(wǎng)技術，2012(4):62-65．

［8］ 張彥，趙東輝，張立偉．基于三維模式下城市地下管線管控一體化平臺功能設計［J］．科技與企業(yè)，2014(5):94-94．