伊春供水管線智能巡檢系統研究

張紹璐 趙希奇

(1.哈爾濱市政府投資工程項目服務中心，黑龍江 哈爾濱 150000;2.哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

隨著我國現代化城市發展的速度逐步提升，城市供水服務的各項需求逐年提高，加之我國總體水資源的短缺，環保意識低導致的水污染嚴重，水資源利用率低，因供水管道滲水漏水等情況的出現，使城市供水安全和供水質量都面臨著嚴峻挑戰[1]。為進一步改善伊春市的用水質量，降低供水管道的漏水率，保障當地居民的生活及其他用水需求，滿足伊春市的工業生產正常進行，解決特殊地理環境無法巡檢、人耗及能耗成本高等現狀，從供水管線巡檢應用服務為切入點，整合水務資源、優化生產調度、降低管網漏損、聯動安全應急、改善營收服務，通過大數據分析為城市及供水行業管理者提供決策支撐[2]，創新供水管理、運營、服務模式[3]，推進伊春市供水行業健康有序的發展。

1 系統需求分析

為解決目前伊春市管線巡檢維修業務處理過程中存在的“經驗主義”、人工巡檢不到位、無法準確定位管線位置、維修數據保存不準確不完整、業務流程(工單派發、巡查、反饋、監督、歸檔)繁瑣、流轉緩慢等問題[4]，需要通過PC端與手持終端相結合的手段，采用移動端的巡檢方式通過三維GIS服務可以實現巡查人員進行精準定位、巡檢任務接收、查看、地下管線屬性信息編輯、拍攝圖片或者視頻上報巡檢事件、巡檢路線規劃等，并將巡檢信息上報應急指揮中心，滿足監督人員遠程監督指揮(人員管控、指揮調度、計劃制定等)的需求，實現主城區巡檢人員的定位精度達到2 m以內，周邊區域巡檢人員定位精度4 m以內；此外，由于伊春支線在偏遠山區，不便于人工巡檢，需充分利用已建監控設備，通過對無人機的軌跡控制及定點懸停，對管線延展方向的明漏、地表塌陷、設施損壞等地上情況進行細微的巡視檢查，并配合衛星遙感以月度周期性的宏觀地勢監測變化對比分析，若發現異常可以派出無人機進行詳查，在無人巡檢的情況下全面掌控管線的運行情況。

2 城建區管線巡檢

城建區的管道智能巡檢主要由巡檢人員監控、巡檢計劃制定、三維GIS服務、巡檢事件上報、一鍵報警等11個功能模塊組成。

2.1 服務端

服務端的設計主要是為了實現向移動端發送任務，查看巡檢人員上報的巡檢事件，清晰巡檢軌跡，可以對巡檢人員實現實時定位等功能。可以使管理人員更清楚巡檢工作人員的工作進程。其主要功能有外勤人員監控、制定巡檢計劃、巡檢上報事件查看等8個功能模塊。

1)外勤人員監控。

通過系統的定位功能，可以清楚的查看到巡檢人員所在的位置信息，還可以查看一定時間段巡檢人員的巡檢軌跡，判定巡檢人員是否恪盡職守，有無偏離工作任務和工作路線等情況。這些都可以在二維GIS地圖上實現可視化監督，可以回放巡檢人員的巡檢路線，使監督巡檢人員的工作得到有效的提升。

2)巡檢計劃制定。

系統可在地圖上設置巡檢核查點、重要設施查核點等，明確了巡檢任務類型、任務內容、開始及完成時間等信息，并指定外勤人員后自動生成每天的巡檢任務。通過審核的巡檢計劃下發到外勤人員，外勤人員攜帶智能終端，按照巡檢計劃完成巡檢工作。并提供動態調整工具，保證巡檢過程的完整性，且計劃調整結果與智能終端信息實時同步，保證巡檢計劃的執行力度及內容的準確性。此外，通過GIS服務實現可視化巡檢路線規劃(避免漏檢、重復檢查等情況)的功能，給出最合理的巡檢路線。

3)巡檢上報事件查看。

管理人員可以在服務端實時查看巡檢人員的工作動態、工作內容、工作結果。如巡檢人員的巡檢時間，巡檢路線，巡檢長度，對巡檢結果的上報中有哪些巡檢故障，存在哪些隱患信息，巡檢工作的完成情況等。

4)指揮調度。

服務端可以實時接收到手持終端上報的信息，包括巡檢人員在巡檢過程中上傳的巡檢結果，根據查看上傳的文字，圖片，空間位置等信息，來協助快速定位。并根據巡檢人員所在的位置，直接在電子地圖上進行查看，通過無線對講、發送消息等方式下達任務，實現對巡檢人員工作上的指揮和調度，提高工作效率和質量。

并且可以接收展示社會公眾通過微信平臺或熱線上報的事件信息，統一進行任務的派發調度管理；根據問題的不同，分析問題的處理方式，并根據解決問題的辦法和流程，把任務下發給相對應的部門進行處理。

5)工作督辦。

當巡檢、維修任務派發后，系統自動進行時效計時，若在規定時間內外勤人員沒有完成相應任務，系統對移動端進行督辦提示(距離時間差3 h進行)。

時效計時的規則如下：

a.巡檢任務派發后，需10 h內完成；b.供水管道漏水維修，24 h內完成修復；c.爆管事故維修，維修人員需在4 h內止水并開始搶修，修復時間須符合下列要求：管道直徑DN不大于600 mm的管道24 h;管道直徑大于600 mm，且不大于1 200 mm的管道36 h;管道直徑大于1 200 mm的管道48 h。

此外，冬季、汛期等特殊時期系統自動進行相關巡檢維護信息的提示(如防凍保護、防汛保護等)，提前進行相應的措施的制定。

6)自動生成日志。

可以根據巡檢人員上傳的巡檢時遇到的問題、問題處理的方法、進程及結果等詳細信息，自動生成工作日志。

7)工作評價。

可以在任何時間段對某一個或者所有的巡檢人員進行工作統計，可以清楚的了解到巡檢人員報告的事故數量、按時完成任務的比率、了解和維護管道網絡路徑的長度及累計的休班時間、離線時間等，為對巡檢人員的工作評價提供可靠的依據和準確性。

8)統計分析。

以歷史數據為基礎，系統可自動生成巡檢日報和各類圖表(如年度故障趨勢圖、故障類型分析圖、高發管段柱狀圖等)，根據對圖標進行分析，再加以統計，能夠清楚巡檢人員在工作時的巡檢情況、遇到了哪些隱患、對隱患及現有問題的處理情況。

2.2 移動端

移動端針對出外勤的巡檢及維修設計的，功能模塊主要有三維GIS服務、巡檢事件上報、巡檢任務管理等組成，這些功能模塊的主要功能體現在可以實現接收上傳的巡檢任務信息，查看巡檢人員上傳的所拍攝的圖片或者視頻，巡檢計劃的安排，并能夠查看地下管線的路由及屬性等信息。

1)三維GIS服務。

巡檢人員通過使用移動終端自帶的GPS功能，可以清楚地看到自己在電子地圖上所在的位置，還可以在電子地圖上查找所需的相關信息，并進行瀏覽和測量等其他操作。同時，可以通過調整地圖透明度的功能，將地面設置為透明，巡檢人員對自己所處位置下方的管線的分布和路由信息一目了然，使巡檢人員精確的了解到問題的所在及解決辦法，避免了巡檢人員在工作上出現不必要的錯誤，為巡檢工作提高了效率，增加了巡檢的準確性。

通過三維GIS服務還可以實現手持終端的在線編輯功能，有權限的巡檢人員可在地圖上對管線、閥門、附屬物等巡檢對象進行實時在線編輯上報，提升反饋結果的精準性。

2)巡檢任務管理。

巡檢人員根據服務端上的管理人員制定的巡檢計劃進行工作，管理員可以用終端向巡檢人員發送工作任務，讓其按照計劃的巡檢線路進行檢驗工作。移動終端所具備的GPS功能，能夠對巡檢人員在工作時進行實時定位，當巡檢人員偏離預先計劃的巡檢路線時，移動終端會對其發出報警聲，以進行提示。手持的智能終端設備可以和后臺的服務器進行連接，及時的更新巡檢人員的工作進度，根據進度再下達最新的檢查任務指令，并實時提醒。下達的工作任務會以列表或者圖形兩種方式進行展示，以協助巡檢人員了解有關巡檢工作的詳細資料。

3)巡檢事件上報。

如果巡檢人員在巡檢過程中發現了故障及隱患，可以在智能終端找到相應的工作模塊，對巡檢到的現場情況進行上報，并可以記錄維修過程中發現的問題，處理的結果等信息，實時報告圖文并進行跟蹤。上報的信息內容包括存在的問題屬于哪一類，在什么地點，實時照片，并標記其坐標信息等，管理人員根據在服務端接收到的隱患報警信息自動進行分類和歸檔(分類包括：明漏、地面塌陷、水池污染、管網附件缺失、閥門井室、地上設施、違章用水等幾方面)；同時，系統自動生成時間，方便管理人員的監督，也為后期的績效考核提供數據依據。實現故障隱患從發現到任務調度、現場處理、維修完成、信息歸檔的全程跟蹤質量管理。

4)工作打卡。

外勤人員可以在移動終端上進行遠程簽到打卡，系統會自動保存外勤人員簽到打卡時的位置信息和簽到打卡的時間，這樣的管理方式既可以節約外勤人員的交通時間，提升工作時間，又方便了管理人員的管理。

5)一鍵報警。

遇到危險情況時，巡檢人員可以通過“一鍵報警”按鍵來進行緊急情況報警，服務端及時發現報警信息，并及時精確定位遇險位置。

6)掃碼識別。

在需要重點巡檢的區域和設備，可以設置電子標簽/二維碼，通過對其掃描所得到的數據與數據中心的數據進行匹配，了解當前區域/設備的狀態是否正常，檢查時需要注意哪些事項，能夠讓巡檢人員判斷出此區域/設備的當前運行狀態是否正常。

3 山區長輸管線巡檢

針對伊春市的實際(近45 km的山區管道)情況，管道布設在偏遠山區，工作環境相對惡劣，山區的智能巡檢主要采用無人機、衛星遙感以及在線監控相結合的方式完成山區管線的巡檢工作。通過衛星遙感影像宏觀的對地勢、地面附屬信息變化進行對比分析，并配合無人機對管線延展方向的明漏、地表塌陷、違規施工、設施損壞等地上情況進行細微的巡視檢查；衛星遙感影像每月更新一次，無人機常規巡飛一周一次；當影像分析出問題時，指揮中心可派出無人機進行詳細排查。暗漏則通過在井室布設水位、壓力、溫度等前端采集設備，對井室情況進行遠程監控，實現在無人巡檢的情況下全面掌控管線的運行情況，提高效率和節約開支成本。山區管道智能巡檢由遙感影像對比分析、無人機巡檢、供水井室監控3個功能模塊組成。

3.1 遙感影像對比分析

通過歷史斑圖的疊加處理，系統自動分析供水管道通道周邊地勢、地貌、施工等宏觀的變化情況，并通過高亮的方式進行具體位置的圈框標注；可視化的對整個供水管網進行宏觀的監測，快速的對變化區域進行定位。

3.2 無人機巡檢

1)精細巡查。

當通過遙感影像分析出變化區域后，系統對問題區域進行坐標識別定位，并自動派出無人機執勤(可搭載高清可見光攝像機或紅外熱像儀)，根據系統分析規劃出的最佳巡飛路徑對現場情況進行詳細的巡查(可在泵站、閥井等處懸停降高精確監測)。

2)影像拼接。

通過數據鏈將視頻實時傳到地面站，并采用圖像拼接技術對可見光圖像進行處理(200張圖像可在2 h內完成)，生成供水管道沿線全圖，展現全貌。

3)重點目標監測識別。

采用目標識別技術，對可見光圖像、視頻進行處理，精確監測泵站、閥室、管道明漏以及重點設施的缺損情況。

3.3 供水井室監控

對井室水位、壓力、流量的實時在線監測，并通過夜視攝像頭進行輔助監控；若發現問題(泄露、設備異常、水力平衡等)可通過遠程控制實現電磁閥、閥域、攝像頭等設備的調控，實現供水井室的無人化巡檢。

通過無人化的巡檢，若發現問題則外勤人員需進行實地的勘定和維修，流程及功能和城建區管線巡檢相同。

4 結語

城市供水安全現狀不僅影響著現代化城市的安全，也對現代化城市的防災體系起著至關重要的作用。本文結合伊春市供水公司的巡檢業務痛點，設計了城建區及山區兩種不同情況下的供水管線智能巡檢系統，通過該系統進行巡檢能迅速采集和處理大量信息，對可能發生的安全隱患進行及時的分析預警，減少發生重大事故的概率，在發生意外情況時，可以根據意外位置進行定位，制定應急預案，并及時采取措施，防止事故嚴重性的擴大化，提高水源、水廠及管網的安全運行水平。此外，對于影響供水系統正常運行的各類事故和突發事件，制定應急預案管理體系，全面加強安全保障體系和應急系統的建設。