智慧城市地下三維管網監測預警系統研究
——以保定市為例

范　瑜，李敬怡，田海程，李炎萍，魏　暢，吳國棟河北金融學院，河北保定　071051

?

智慧城市地下三維管網監測預警系統研究
——以保定市為例

范瑜，李敬怡，田海程，李炎萍，魏暢，吳國棟
河北金融學院，河北保定071051

摘要城市地下管線涵蓋了給水、排水、燃氣、電力、通信等市政管線，是城市的“生命線”。但是近年來，管線破裂導致火災、爆炸、地陷等事故屢見不鮮，由于地下管線管理不善造成的災害嚴重影響了人民群眾生命財產安全和城市運行秩序，因此地下管線管理引起國家和政府高度重視。本文依據我國的基本國情，探索并研發新型地下三維管網監控預警系統，創造經濟價值、實現社會價值。

關鍵詞地下三維管網；信息系統；監控預警

指導教師：馬一寧，講師，河北金融學院財會教研室，研究方向為財務管理。魏曉光，講師，河北金融學院信息管理與工程系，研究方向為信息挖掘。

1　研究背景

近年來，隨著城市快速發展，地下管線建設規模不足、管理水平不高等問題凸現，其安全事故引發的次生災害屢見不鮮，據城市規劃協會對地下管線事故統計報告顯示我國典型事故高達38例，直接造成經濟損失數十億元；同時，通過2015年10月中國經濟社會論壇數據顯示，全國近60%的城市從未開展地下管網普查，近70%的城市沒有建立地下管網綜合管理信息系統。河北省當前僅有不超過5家企業從事地下管線信息化系統研發，80%的企業大多為人工設計，少數采用二維平面設計，而地下三維管線信息化系統的市場占有率不超過32%，由此可見，地下三維管線監控預警系統市場基本處于空白狀態。

面對當前城市地下管線發展存在的問題，建立科學、可視、高效、智能的地下信息管理系統，是城市規劃、建設和管理的現實需要。監控預警系統結合獨有的信息系統將有助于降低河北省乃至全國管網事故率，避免重大事故發生，更適合當下和未來很長一段時間的發展趨勢，有著良好的發展前景。

2　地下三維管線預警信息系統概述

2.1工作流程

本系統在地下管線管理數據存儲模型的基礎上通過監測功能，實現對地下管線指標數據的實時刷新顯示，并以表格、圖形以及地圖標注的形式展現給用戶。其運作流程為（如圖1）：通過數據服務中心對監控工廠的實時監控，并利用管道的瞬時流量、壓力及溫度作為監測條件，來判斷管道是否破裂，如果發生異常，則會通知管理者，管理者收到信息后，可以登陸相關客戶端或者App，及時進行相應的處理，同時對異常數據進行分析，找到可能引起爆管點的范圍，并在地圖閃爍定位，從而為管網系統的管理決策提供實用的可視化結果。

圖1

圖2

2.2核心技術

結合上述系統運作流程，本系統主要利用Arc Engine平臺，采取三層體系結構，提供了包括空間三維分析、地下管線數據統計等工具，實現了視圖顯示、地圖定位、數據統計與管理、信息查詢、空間三維分析與決策、管線地形編輯等功能，為設計、規劃、建設、管理等決策提供了科學的依據，其核心技術如下。

2.2.1數據庫及數據服務中心

數據服務中心作為本系統的支柱，擁有豐富的數據資料，可分為本地、遠程及客戶端數據庫等，通過豐富的數據庫，監測管道相應的數據壓力以及溫度等變化，并及時進行統計與分析，同時將數據返回到數據中心，最終以表格、圖形等方式反饋給使用者的客戶端或者手機App端，從而實現對該區域內地下管線的預警與監控，如圖所示。

2.2.2爆管關閥功能分析

監控者登陸監控預警系統后，可以利用爆管關閥功能進行分析，將系統中相應的高亮度的閥門點進行關閉，以此進行實地相應的開挖、維修及控制，如圖所示。

圖3

2.2.3火災搶險功能分析

當火災事故發生時，系統可自動搜索得到距起火點任意范圍內所有消防設施，并確定救災最佳路徑，使直接損失降到最低，如圖所示。

2.2.4范圍拆遷分析

在爆管關閥、火災搶險的分析處理后，可以利用范圍拆遷功能在如下圖區域的相關綜合分析，確定因拆遷而受影響的建筑物、綠地、管線等，并計算出相應的面積以及受影響的長度、個數，形成相應的圖示，運用于現場施工或者提交相應政府部門，以此來確保管網建設的安全性及有效性，為城市拆遷提供便利，降低成本，如圖所示。

圖4

圖5

3　可行性分析

3.1先進的預警監控技術

通過相關調查及研究發現，目前河北省乃至全國管網建設系統在三維基礎上擁有監控功能的系統基本處于空白階段，因此，我們提出較為先進的監控預警技術，不僅解決了二維所不能解決的問題，同時也能及時地對管網系統進行監控，為我國管網建設的社會及經濟方面起到重要的作用。

3.2節約經濟建設成本

一方面，由于紙質文件數量巨大難以管理分類，二維系統計算分析復雜并且需要人工輔助，所以需要花費大量的人力物力進行信息確定；另一方面，紙質試圖和二維平面效果，不利于深入分析垂直空間結構，易造成信息偏差，使正常的管線遭到破壞，造成不必要的損失。而地下管線監控預警系統依托三維管線信息系統，在完成管線統計、管線數據分析基礎功能上，進一步實現了基于管線歷史數據的管線監控預警等功能，節約建設成本，解決當前存在的問題。

3.3提高城市管理的效率

本系統突破傳統地下管線管理系統數據資料來源不明確、精度不可靠、分類統計檢索速度慢等問題，提出了包括火災搶險分析、爆管關閥分析、范圍拆遷分析等核心功能，并建立了相應的大數據庫。在實現數據統計的時效性、合理性的同時，還避免和遏制了火災、爆管等相關災害事故的發生，生成科學可靠的解決方案，在與三維管線信息系統有機結合的基礎上，進一步進行實時監控，豐富系統的綜合實踐能力。

3.4系統可操作性強

本系統在現有二維系統技術基礎上，結合二維和三維系統的混合型GIS建模方法，實現系統的三維立體效果，并擁有先進的實時監控程序。目前三維技術分析系統是當下的研究重點，監控預警系統更為實時熱點，并且在未來很長一段時間內依然是主流研究對象，最終占據市場應用模式和服務平臺。

參考文獻

［1］王國牛.城市三維管網建庫及高效可視化［J］.測繪科學，2015（4）.

［2］段雙全，陳建軍，徐秀川.城市地下管網三維信息管理系統設計與實現［J］.測繪地理信息，2015，40（2）：20-22.

［3］張翔，王方雄，崔羽.城市三維管網地理信息系統的設計與開發［J］.測繪地理信息，2015，40（2）：17-19.

［4］蔡岷.GIS技術在地下綜合管線系統中的應用［D］.大連：大連理工大學，2015.

［5］鄭春梅.城市管網空間信息共享與服務平臺關鍵技術研究［D］.北京：中國地質大學，2014.

［6］陳玉龍.地下管網三維建模技術的研究與實現［D］.北京：北京建筑大學，2014.

［7］陶迎春，鄭國江，楊伯鋼.三維城市地下管網規劃輔助系統研究［J］.測繪通報，2013（10）：95-98.

［8］姜露露.城市三維地下管線規劃管理信息系統設計與實現［D］.長春：吉林大學，2013.

中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0140-02

基金項目：河北金融學院大學生科學研究；項目名稱：智慧城市地下三維管網監控預警系統研發與推廣；項目編號：DXSKYY2015001。

作者簡介：范瑜，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為會計學。李敬怡，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為財務管理學。田海程，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為會計學。李炎萍，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為會計學。魏暢，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為財務管理學。吳國棟，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為財務管理學。