基于GIS的城市地下管網爆管應急系統

邵鑫+郭文杰+粘雅鑫+常懷珉+劉丹丹

摘要：城市地下供水管管道密密麻麻，有些地區供水管網老化嚴重極容易發生爆管，有時爆管事故發生以后，可能數日后才能被發現，有時甚至無法發現，這是因為爆管引起的漏水直接進入到附近的排水管渠而無法到達地面。由于維修的不及時導致許多水量白白浪費。本文研究目的就是借助網絡，云計算，智能傳感器等技術，實現供水管道的實時監控、供水趨勢預測、突發事件預警及應急處置等功能，有效地提升城市供水智能化管理水平，能及時發現爆管的位置并派相關人員進行維修。

關鍵詞：地下供水管；智能傳感器；GIS；智能水務

一、背景介紹

根據調查資料顯示，我國大部分城市供水管網的漏損率平均達20%左右。管網漏損率是指管網漏水量與供水總量之比，是衡量一個供水系統供水效率的指標，有些地方供水管網漏損率甚至高達40%左右，遠遠超過了國家要求控制在6%以下的標準。若以平均漏損率20%計算，中國水務企業一年的漏損水量為102億噸。若以每噸水的供水成本1.5元計算，每年因漏損造成的直接經濟損失為154億元。若以售水的每噸水價2元計算，則漏損水量的經濟損失高達200億元以上。此外有的供水工程管網穿越鐵路、高速公路，如果管道漏點不能及時發現和修復，將會造成道路損壞和安全問題，造成巨大的經濟損失。

二、城市供水管網爆管應急系統簡介

城市供水管網爆管應急系統[1]借助網絡、云計算，智能傳感器等技術，實現對供水管網的實時監控及時發現爆管點，使其在造成更大災害面前及時將其修復。并能有效地提升城市供水智能化管理水平，對供水趨勢進行預測。城市供水管網爆管應急系統主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分：水管網絡內的若干個傳感器、智能水表和智能閥門。軟件部分：中心電腦服務器。水管網絡內的若干個傳感器、智能水表和智能閥門全天候監控城市內來自所有自來水管線的信息并將這些信息輸到中心電腦服務器中，中心電腦服務器根據傳感器傳來的壓力、流量等數據并結合外部GIS信息（包括管材、管齡、埋設年代、季節等因素）對管道的實時監測。如果管道發生爆管可以及時發現，在其造成更大的損失之前及時指派專門人員對其進行排查將其修復。供水管道爆裂時，在爆裂處會產生壓力變化沿著水流向管道兩端傳播。在管道兩端安裝兩個傳感器實現對水壓的檢測，利用相關分析法對計算出爆裂信號到達兩個傳感器的距離差，就可以大致確定爆裂的位置。構建出城市供水管道爆管應急系統的初步模型后，隨著智能水務系統的運用，利用實際數據不斷驗證并修正預警模型，使得城市供水管網爆管應急系統不斷的改善和進步，最終達到較高的爆管預警準確性。從而實現實時監控、突發事件預警及應急處置、供水趨勢預測等功能[2]。

三、系統主要內容

系統開發共分為基礎地理信息管理模塊、地下供水管網布展示模塊、地下供水管網實時監控模塊、地下供水管網供水趨勢預測功能模塊、地下供水管網突發事件預警及應急處置功能模塊五個模塊。基礎地理信息管理模塊：基礎地理信息管理模塊主要包括地圖功能、查詢功能、量算功能等。主要有地圖的瀏覽與控制、地下管網的屬性信息、控件信息的查詢檢索、管網距離面積的量算等。

地下供水管網三維分布展示模塊[3]：地下管網三維分布展示模塊主要包含管線的分布的增強現實展示、管網附屬地物的模型瀏覽。主要有基于增強現實技術的地下管網三維分布展示。

地下供水管網實時監控模塊將水管網傳感器發送的水壓、流量數據即時的獲取，經過服務器計算將結果顯示在用戶界面上。

地下供水管網供水趨勢預測功能模塊：通過供水管網傳感器獲取水壓、流量數據，計算城市各個地方的用水情況，有助于水資源合理的調度。地下供水管網突發事件預警及應急處置功能模塊通過供水管網傳感器獲取水壓、流量數據，進行橫向縱向比較運算即時發現漏水點位置，起到預警的功能，并能夠在供水管爆管時，進行科學的應急處置。

四、增益效果

2007年，卡塔爾的供水管網漏損率為59.1%。為了應對國際重大賽事的需要，卡塔爾急需降低產銷差率，節約水資源，提高供水收益率。在運用智慧水務對漏損進行控制管理4年后，卡塔爾管網的漏失水量降至原來的一半，每年節約1400萬歐元。該國的水務公司也成為海灣地區運營效率最高的水務公司。另一個例子是英國的Anglian管網漏損管理。通過剖析水網建設維護中的問題，智慧水務解決方案幫助英國最大水務公司減少5%漏損，而自運行以來，每年解決約27000個漏點，達到了英國最低的漏損率水平，大幅度提高了運營效率。

五、結語

在“智慧水務”理念的引導下，水務集團的管理發生了變革，它們采用數據采集、傳輸等傳感設備在線檢測水務系統的運行狀態，并采用可視化的方式有機整合水務管理部門設施，形成“水務物聯網”。集團通過水務數字化管理平臺將海量數據進行及時分析與處理，即在各污水處理廠、泵站安裝數據采集前置機或數據采集DSP模塊，將自控系統中的生產運行數據通過3G網絡實時傳輸到集團總部，進行集中存儲和應用。通過對各類關鍵數據的實時監視和智能分析，再提供分類、分級預警，且利用短信、光、警報聲等通知相關負責人，同時給予相應的處理結果輔助決策建議，以更加精細和動態的方式管理水務運營系統的整個生產、管理和服務流程，使之更加數字化、智能化、規范化，從而達到“智慧”的狀態。總而言之，智慧水務已經成為水務管理的方向。不過，盡管智慧水務的建設收益前景可觀，其發展還需要克服許多障礙，例如一些公共數據資源如何有序開放和共享，監管部門之間的協調等。

參考文獻：

[1]楊斌，顧秀梅，武鋒強，張文君.基于GIS的城市地下管線綜合信息系統[J].科技導報.2011（12）

[2]張芳，朱合華，吳江斌.城市地下空間信息化研究綜述[J].地下空間與工程學報.2006（01）

[3]毛坤德，劉俊林，周圓.三維地下管網管理系統研究與開發[J]. 城市勘測.2007（06）

項目編號：2017cxcy268