基于北斗的地下管網監測預警關鍵技術及應用

摘 要：針對城市建設中經常出現挖損管線、管線老化泄露等情況，政府管理部門迫切需要一種手段，將城市中所有地下管網管理起來，本文基于北斗衛星導航系統、地理信息系統、物聯傳感、移動通信等技術，進行地下管網監測預警關鍵技術研究，在頻發人員傷亡的排水防澇、燃氣泄漏領域，部署探測、監測、預警等各類型北斗終端，實現城市重點區域排水和燃氣管網探測、監測和預警，有效減少地下管網事故，力促北斗導航服務模式和產品創新，提升地下管網監測預警水平方面做出實踐。

關鍵詞：北斗 地下管網安全 監測預警

中圖分類號：F291.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0071-02

城市地下管線是城市的“生命線”[1]，關乎公共安全與人民生命，是智慧城市建設的基礎。城市地下管線深埋于地下，難以管理，難以對事故及時預警、快速應急救援，衍生的城市洪澇、破管火災和爆炸、道路坍塌等次生災害層出不窮，強烈沖擊了公眾的心理底線。2009年至2013年直接產生死傷的管線事故達27起，死亡117人[2]，并呈逐年增多的趨勢，亟需采用先進技術手段，加強城市地下管線管理，確保城市地下管線建設的有序進行和城市地下管線的安全運行。

1 北斗衛星導航系統介紹

定位技術和通訊技術是實現地下管網智能化不可或缺的技術。北斗衛星導航系統是中國自主研發建立的全球衛星導航定位系統，是繼GPS和GLONASS之后第三個成熟的衛星導航系統，致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務。北斗導航終端與GPS和GLONASS相比，優勢在于短信服務和導航結合，增加了通訊功能，全天候快速定位，極少的通信盲區。

2 基于北斗的管網監測涉及的關鍵技術

通過對國內外管線預警服務的相關理論與技術方法進行分析，本文提出基于北斗的數據采集與傳輸、面向管線的多源數據融合技術、基于北斗和GPS組合定位的智慧管網監測技術、面向管網的信息挖掘技術、基于語義的管網線據抽取技術等關鍵技術，有助于全面整合各類地下管線數據和地理空間信息，在線感知地下管線“健康狀況”，遠程診斷功能及時排除地下管網的安全隱患。

2.1 攻克基于北斗的數據采集與傳輸技術難題，解決數據獲取問題

利用北斗衛星導航系統的導航定位功能和短報文通信功能，研究高動態信號發射與接收關鍵技術，提高北斗移動終端的應急通信能力，進行地下管網野外數據采集和傳輸，實現地下管網指揮中心對北斗終端的位置、狀態監視以及指揮調度功能。

2.2 攻克面向管網的多源數據融合技術難題，解決不同數據源融合問題

研究管網空間信息狀態、表現形式、類型及格式、標準、所處環境等，解決多源數據的整合共享關鍵技術，建立集中和分布相結合的管網數據資源中心，滿足綜合和專業應用。

2.3 攻克基于北斗的智慧管網監測技術難題，解決管網監測預警問題

研究面向管網的北斗/GPS組合定位、通信技術，實現管網的精確定位、實時監測和預警預報，實現管網運行狀況的實時監測和預警預報，對城市防洪排澇、燃氣泄漏等事故形成有效預警能力。通過對敏感區域、重點管線設施運行狀態進行實時監控，對管網安全進行智能監管，為城市公共安全管理提供基礎保障，推進地下管線運行管理向智慧化提升。

2.4 攻克面向管網的信息挖掘技術難題，解決管網深層次決策問題

研究面向管網的信息挖掘與建模技術，設計基于管道歷史失效數據和管道屬性等信息的管網失效概率預測模型，定量預測不同管段的失效概率，確定漏失重點監測區。

2.5 攻克基于語義的管線數據抽取技術難題，解決數據共享交換問題

研究專業管線數據和綜合管線數據的特點，采用對比分析、歸納總結、語義映射、數據抽取等方法，通過語義共性和個性分析、規則建立與表達、語義映射、數據抽取，實現專業管線數據向綜合管線數據的抽取。

3 北斗在地下管網監測中的應用

從城市地下管網安全運行和應急管理工作迫切需要、領導和公眾廣泛關注、基礎好、見效快的角度出發，將地下管網監測關鍵技術研究成果，應用到頻發人員傷亡的排水防澇、燃氣泄漏等典型領域，在全面掌握地下綜合管網、排水管網、燃氣管網等數據基礎上，提高地下管網安全監測管理水平和應急處置能力。

3.1 排水防澇智慧管控推廣應用

城市排水管網是現代化城市不可缺少的重要基礎設施，是城市水污染防治和城市排漬、排澇、防洪的骨干工程，是衡量現代化城市水平的重要標志之一，是改善城市投資環境的重要環節。對城市排水設施的污水和雨水等管線進行監測管理，是保障城市排水設施正常維護和安全運行，加強城市排水設施有償使用管理，促進城市水環境改善的必要和有效手段，科學組織排水管線及污染源調查，對加強城市排水污染源整治具有十分重要意義。

排水防澇智慧管控對城區排水窨井、隧道、重點內澇區域部署北斗通信終端和雨量計、流量計、水位計等傳感設備以及攝像頭等監控設備，全面、實時地獲取雨量、水位等關系排水防澇運行體征信息，實時掌握排水防澇設施運行狀態；利用北斗RTK接收機、北斗手持機、管線探測儀、全站儀等設備，進行排水管線普查，在摸清排水防澇設施現狀基礎上，建立面向普查、維護、監測、評估、應急、共享為一體的排水防澇智慧管控系統，構筑排水防澇一體化技術架構的數據更新、管理、應急和服務體系，為城市排水防澇提供全方位技術支撐，提高開發區城市防災減災能力和安全保障水平。同時，對排水管網的實時監控， 監督監管污水任意排放， 對保護生態環境具有重大意義。

3.2 燃氣泄漏智慧監控推廣應用

隨著城市燃氣管網結構密集程度的提高，加上由于鋪設年代不一，施工水平差異，燃氣設施的安全運行保障工作量和技術要求也隨之提高。對城市天然氣的運行、調度、安全、應急管理，急需與時俱進，基于現代科技手段建立起城市燃氣智慧監控體系，提高燃氣安全、運營、服務、應急的智能化水平，提升政府對城市天然氣供應建設、運行的監管能力水平，提高有效預防和應對各類突發事件的能力，有助于以符合天然氣利用發展需要，降低燃氣設施和管道受到意外損害風險，減少突發事件發生幾率，為城市環境保護和經濟、社會發展保駕護航。

燃氣泄漏智慧監控運用部署北斗終端和多功能監測儀、紅外甲烷檢測儀、攝像頭等物聯傳感設備，監測城區內的燃氣管道，穿（跨）越鐵路、高速公路、河流、橋梁、學校、醫院、酒店及人口密集區的燃氣管道運行情況，全面、實時地獲取燃氣泄漏等信息，感知城市燃氣力管網流量、壓力、溫度和泄漏等運行數據，采用可視化方式進行有機整合，形成“城市燃氣物聯網”，將海量燃氣信息進行實時分析、處理、挖掘和輔助決策，實現城市燃氣管線的實時監測，避免安全隱患的發生，對燃氣泄漏等事故形成有效預警能力。

4 結語

該文將創新地下管網安全管理和預警運行模式，實現“管理、服務、應急”三位一體，以及北斗定位與精細化管理、應急救援以及衍生災害及處置四個層面有機結合，從“被動安全”上升為“主動安全”，力求“本質安全”，進一步提高地下管網安全監測管理水平和應急處置能力，這是避免災害發生，降低災害危害的重要防線，實現早期發現、早期處置，降低應急處置成本，提高應急防范能力的有效途徑。

參考文獻

[1]黃來源.物聯網技術[J].物聯網技術，2012（4）：62-65.

[2]彭利國.生命線、生病線、奪命線.中國城市地下管線事故報告[N/OL].南方周末網，2013-12-20 http：//infzm.com/content/96831