基于北斗的管線安全預警系統的設計與實現

摘 ?要：本文闡述了基于北斗的管線安全預警系統的設計與實現，系統綜合了GIS空間分析、物聯網實時監測預警、管網專業模型和分析模型集成等技術，形成了六大模塊，即三維管網信息展示、城市管網信息展示、城市管網在線監控、城市管網安全預警、城市管網巡檢養護及城市管網應急指揮。該系統的構建可大幅提升防災能力，推進城市建設與數字化城市管理系統、智慧城市的融合。

關鍵詞：管網安全;北斗;智慧城市;管道安全預警

中圖分類號：TN913.8;TP277 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0086-02

Design and Implementation of Pipeline Safety Early Warning System Based on Beidou

GUO Yihan

（Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co.，Ltd.，Jinan ?250101，China）

Abstract：This paper describes the design and implementation of pipeline safety early warning system based on Beidou. The system integrates GIS spatial analysis，real-time monitoring and early warning of the internet of things，integration of pipe network professional model and analysis model. The system includes six modules：three-dimensional pipe network information display，urban pipe network information display，online monitoring of urban pipe network，urban pipe network security early warning，urban pipe network patrol maintenance and emergency command. The construction of this system can greatly enhance the disaster prevention ability and promote the integration with digital city management system and smart city.

Keywords：pipeline network security;Beidou;smart city;pipeline safety early warning

0 ?引 ?言

城市地下管線作為城市的“命脈”，是智慧城市建設的基礎，與公共安全和人民生活息息相關。城市地下管線埋藏復雜，管道管理困難，難以及時發出事故警報，并采取快速搶救，公共安全問題日益突出。其所帶來的影響強烈沖擊了公眾的心理底線，安全事件層出不窮。因此，急需采取更有效的手段，確保城市地下管線的有序建設和安全運行。

為加強地下管網的建設與監管，國家及地方密集發布了一系列關于地下管網的相關政策。結合北斗衛星導航系統的優勢，“基于北斗的管線安全預警系統”項目應運而生。

1 ?系統建設目標

基于北斗的管線安全預警系統通過使用GIS技術、物聯網技術、工作任務管理、通用框架等技術，以數據庫資源、方法模型和知識庫為基礎，以地理信息技術、大數據挖掘技術、空間模擬分析、數據表達為手段，通過對城市地下管線安全運營數據的收集、分析，為管線系統的良好運行制定輔助管理計劃，實現對管線運行設備的統一集中式管理、設備資源的協調和控制。該系統面向決策層、政府機構、管道管理和運營部門，可以提供管道運營決策服務。該系統基于共享服務平臺，為城市管理和安全決策提供幫助。

2 ?系統體系架構

北斗管道安全預警系統的總體框架分為五個層次，如圖1所示。

圖1中顯示的五個級別是：（1）用戶層。主要是系統的應用客戶端，包括工業PDA、手機、大屏、智能PC客戶端等。（2）應用層。包括系統的各類應用功能：動態監測、報警集中管理、應急聯動處理、智能分析、管道信息集成管理等。（3）數據層。數據是基于北斗的管線安全預警系統的血液，它主要包括實時數據庫、管道運行數據和基礎地理信息數據等。（4）網絡層。包括無線網橋、3G網絡、Wi-Fi、GPRS、WiMAX、衛星通訊、光纖等，為系統提供基礎的網絡支撐。（5）感知層。主要指的是在監測點投入建設的終端監測設備，如光纖檢測設備等，構成系統的主機、存儲、網絡等硬件平臺，以及將這些硬件整合成一套完整的系統所需的配套軟件。在此硬件環境下，提供數據的前端采集、物理存儲、計算服務、自動負載分配、數據冗余備份等基礎服務。

3 ?關鍵技術

3.1 ?科學分析模型和物聯網實時監測預警技術

通過科學分析模型，對地下管道危害進行識別和分類，并協助制定危險源的實時監測和控制計劃。通過物聯網和傳感器網絡技術，以及人工檢查和監督，提高管道數據監控的實時性和準確性。全面實施不同級別危險源的安全監控，可對主要危險源進行遠程實時監控，及時預警，事故等級輔助判斷，以及分析事后回放監測數據。

3.2 ?管線運營大數據挖掘技術

根據地下管網建立管線神經網絡模型，對管線運營過程中采集的實時監測歷史數據找出變化規律，分析管網運行中存在的安全問題，對管網進行優化，實現資源最優化配置，提高客戶滿意度。

3.3 ?管線死亡預警技術

在每條地下管線的生命過程中都有一個生命極限，在管線運營維護過程中由于管道腐蝕、重復性開挖等原因，管線整個生命過程提前終止，與管線既定的使用年限存在差別，給管線安全管理造成隱患，需要根據防腐檢測等數據重新分析管線剩余的運行周期，在管線運行周期即將結束時，發出報警，為管線管理企業決策部署提供支持。

3.4 ?光纖泄露檢測技術

將監測光纖沿管道布置，管道中的天然氣通常低于環境溫度。放置在管道外部的分布式溫度傳感系統可以檢測到溫度突然下降，發現泄漏并精確定位。通過光纖溫度傳感器即時監測溫度變化，利用在線監測系統，可以準確確定管道泄漏點和泄漏點的位置，實現天然氣管道泄漏的在線監測。

4 ?系統功能設計與實現

基于北斗的管線安全預警系統從功能性質來劃分，可分為六大模塊，模塊結構如圖2所示。

4.1 ?三維管網信息展示系統

該系統利用先進技術，如計算機圖形、數據庫、地理信息系統（GIS）、遙感（RS）和三維建模等。系統可以實現對地下管網及附屬設施等的三維立體展示以及查詢統計功能，使企業可以從整體情況中掌握區域和周邊特征的管道趨勢，管道附屬設施分布情況，并可以在三維虛擬場景下進行分析。系統包括工具、三維瀏覽、輔助量算、查詢定位、信息查詢、數據統計、工程分析、拓撲分析和數據導出模塊。

4.2 ?城市管網信息展示系統

城市管網信息展示系統實現了平臺相關數據的集成管理和應用。實現了管線數據、索引數據、地形數據等數據的統一管理。數據統一存放在服務器端;用戶通過Web瀏覽器訪問數據以進行地圖瀏覽和地圖打印服務。系統功能分為以下模塊，即視圖顯示、地圖定位、信息查詢、報表統計、輔助工具、決策分析和打印輸出。

4.3 ?城市管網在線監控系統

采用一體式監測設備或者其他設備和移動端設備，利用無線網絡、3G網絡、衛星通訊、光纖等傳輸方式，將監測現場情況，實時上報數據給監測中心，及時發現數據變化，識別隱患，實時預警。城市管網在線監測系統的主要功能包括實時監測和統計分析功能。包括燃氣管網監控接入，供水管網監控接入，供熱管網監控接入，排水管網監控接入等。

4.4 ?城市管網安全預警系統

系統實現了對地下管線的管理、預警以及調度，提升了企業對管線的整體管控能力，完善了管道安全系統，同時降低了企業的運營成本。該系統包括查詢位置，監控數據管理，隱藏危險分析和報告統計等模塊。

4.5 ?城市管網巡檢養護系統

該系統實現了管網的調度、預警和控制。系統包括服務端和移動端。服務器包括簡單檢查，檢查監控，檢查管理和異常管理等模塊。移動端使用北斗手持機，包括任務管理、地圖導航和隱患管理等模塊。

4.6 ?城市管網應急指揮系統

系統滿足了管道安全隱患排除和管道快速應急響應的需要，實現了實施人員、資源、設備和現場綜合控制管理，以及協助分析決策和指揮調度。系統綜合管道和周圍環境數據，危險源數據，監測數據等數據，完成整個事故處理流程（事故識別，事故分析，事故處理和事故匯總），并與城市應急指揮中心系統合作，啟動應急響應計劃，進行綜合處理。該系統包括隱患危險警告，計劃管理，應急資源和事故管理模塊。

5 ?結 ?論

系統在基于北斗的定位技術上實現隱患和防范措施管理、重大危險源監控預警、互動式巡檢等，并且在這些方面具有自己的特色，處于國內領先水平。然而，系統在管線死亡安全預警方面，對于管線的預警分析，有待進一步細化。

參考文獻：

[1] 王勇，汪娟娟，王皓.地下管線輔助決策支持平臺研究 [C]//江蘇省測繪學會2011年學術年會.江蘇省測繪學會2011年學術年會論文集.南京：《現代測繪》編輯部，2011：300-301.

[2] 張宏波，姜元軍，朱鈺卿，等.基于GIS的燃氣綜合管理應用系統研發與實現 [J].測繪與空間地理信息，2016，39（12）：158-160.

[3] 史美純.正元智慧燃氣統一管理平臺建設方案探討 [J].當代化工研究，2016（10）：151-152.

作者簡介：郭翌寒（1991.01-），女，漢族，山東菏澤人，畢業于武漢大學測繪工程專業，碩士研究生，研究方向：地下管網相關。