亳州市地下管網安全運行監測平臺建設創新與實踐

劉 旭 朱建忠 孫 柏

（1.正元地理信息集團股份有限公司，北京 101300；2.正元地理信息智慧城市建設公司，北京101300）

城市地下管網作為城市基礎設施的重要組成部分，是城市生存和發展的基礎，也是城市規劃、建設、管理及運營的核心。由于缺乏有效的監管手段，導致地下管網的管理水平嚴重滯后于城市的擴張和發展速度，因管網引起的重大安全事故頻發，給城市管理和人們正常工作生活帶來了危險，影響了城市發展進程。為根除各類城市管網病，亳州市地下管網安全運行監測平臺建設基于物聯網的智慧管網管理新模式，全面提升地下管網的智能化監管水平，促進城市管網規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式發展，保證城市的高效運行與公共安全。

1 項目概況

根據2018年《關于進一步推進城市地下管網地理信息系統和安全運行監測系統建設的實施意見》文件的要求，為加快推進亳州市地下管網地理信息系統和安全運行監測系統建設，不斷提升城市地下管網智能化、精細化管理水平，減少地下管網安全事故發生，2019年10月亳州市啟動了地下管網安全運行監測平臺的建設工作。項目總投資超過4 000萬元，建設范圍約60 km2，按照“服務民生、務求實效、整合現有、提升能力、全面覆蓋、互惠共享、安全運行、信息可控、平臺開放、構架靈活、優化流程、管理創新”的原則開展建設，建設具有示范引領能力的智慧管網標桿，打造精細化、精準化的城市管理模式，形成智能、高效、聯動的公用設施建設、管理和應急模式。

城市地下管網作為“智慧亳州”的一部分，通過不斷提升城市管理模式，助力亳州市智慧城市建設。2020年10月，項目順利通過專家驗收，目前已正式投入使用。

（1）小區及背街小巷管網普查：根據亳州市對地下管線數據的具體需求，對未進行普查的小區及背街小巷管網進行補充普查探測，形成完備的地下管線數據庫，建立地下管線數據更新機制模式。（2）建設專業管線安全監測系統：智慧排水專項、智慧供水專項、智慧燃氣專項、智慧供熱專項等安全檢測系統。為亳州市管線管理工作提供科學的決策依據，實現定位管理精細化、安全監管綜合化、應急處置高效化、信息共享全面化。（3）建設城市地下管網前端感知系統：建設地下管網前端感知體系，包括供水、排水、燃氣、供熱等市政管網及附屬設施，進行重點區域物聯網設備的安裝部署，全面監測城市所有地下管網安全運行狀況。（4）建設綜合安全監測平臺和監管體系：構建亳州市綜合安全監管體制機制，建設綜合安全監測平臺，基于管線動態監測數據，全面、實時掌控管線運行狀態及管線工程，提升城市管線安全預警及應急處置能力。

2 項目建設

（1）建設思路。項目以地下管線“全業務覆蓋、全生命周期管理、全智能化運營”為主線，利用物聯網、大數據、云計算、空間地理信息集成、移動互聯網等新一代信息技術，聚焦地下管網運行安全治理，采用物探手段進行管線探測，開展隱患排查工作，明確地下管線的結構性隱患和危險源。通過智能傳感器、實時監測、自動控制等物聯網技術，構建管線綜合管理的動態監測網絡，實現對管線微觀運營狀態的感知，實現各類市政管線及其附屬設施的定位管理、監測預警、應急處置等管理服務功能。通過建設“智慧管網”，提升亳州市地下管網的智能化監管水平，推廣城市管網規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式，保證城市的高效運行與公共安全。

（2）項目架構。亳州市地下管網安全運行監測平臺涉及多個單位，在系統設計時注重開放性和兼容性，采用模塊式開發，支持多網絡、跨平臺、跨系統的應用。結合亳州市地下管網建設現狀，充分利用對已取得的成果，整合建設單位已有數據資源、應用系統、基礎軟硬件等條件，實現最大限度資源共享。根據亳州市管線建設及管理實際需求出發，構建亳州市地下管網安全運行監測平臺項目架構如圖1所示。

圖1 項目架構圖

3 項目創新點

（1）搭建地上一體化展示平臺。在地上數據建設方面，項目采用傾斜攝影航空測量，獲取亳州市主城區50 km2的地上建筑物三維模型，通過空三解算、多視角點云匹配、三角網構建、實景紋理貼面等步驟，最終生成三角格網的全要素場景模型。在地下數據展示方面，在二維管線普查數據的基礎上，利用參數化三維建模技術，開展了三維管線建模工作，形成地上地下二三維一體化展示及應用的基礎數據。三維應用系統中提供三維瀏覽、查詢定位、地形開挖、分析統計、結果輸出等功能，為相關部門提供完善的地下管線三維可視化信息管理。在三維可視化的管網數據中，系統提供了輔助分析、專題應用等分析功能，實現對決策基礎數據資源的數字化、可視化管理。通過三維GIS技術，將地圖元素和地下空間信息融入管理系統中，實現了城市決策信息資源的數字化和可視化[1]。

（2）物聯網數據統一接入平臺。亳州市地下管線智能化建設面臨多種多樣的物聯網感知設備，包括自建設備、已有設備。因此，需要建設統一的物聯網接入平臺，將多種接入手段整合利用，提供多協議適配，統一互聯、接入網絡，實現管線壓力、溫度、流量、位置狀態等信息感知以及各類設備的適配、安全接入和身份認證。在實際的應用中應解決多協議接入、大量連接、數據存儲、消息分發等問題，通過移動網絡、互聯網、專網將各類數據安全、穩定、可靠傳輸至數據中心[2]。地上一體化展示平臺如圖2所示。

圖2 地上一體化展示平臺

排水管網監測：建設8處道路積水點、10處河道水位監測站、40個窨井水位監測、3個河道水質監測站及14個泵站自控改造。供水管網監測：建設40套壓力監測點、15處流量監測點、20處供水水質監測站。燃氣監測：安裝35處調壓站監控、70個窨井有毒有害氣體監測，安裝1 000套井蓋報警觸發器。

項目運行期間，每日接收物聯網監測數據幾十萬條，物聯網接入平臺運行良好穩定。項目基于物聯網統一平臺開發的綜合管網監控預警系統，借助物聯網監測、大數據分析、挖掘技術、模型仿真模擬等先進技術，對城市地下管網進行綜合監管，實現對地下管網運行狀態的實時監測和監測數據的精準化分析，為管網的現狀分析、動態模擬、運行管理、風險分析、應急處置和科學化管理提供可靠的基礎數據和有效的監管手段，提升了亳州市城市管理綜合服務水平。

（3）實現了基于實時大數據的排水管網模型技術。項目建立了基于實時大數據的排水管網模型，實現了城市排水管網運行模擬和城市洪澇積水預測。在排水管網數據的基礎上，對管網數據進行深層次加工處理，結合水動力學參數的驗證，融合實時在線監測大數據（管網流量、窨井水位、河道水位等），建立排水管網水動力學模型，形成城市排水防澇設施數據管理與模擬分析系統，可完整模擬城市降雨徑流過程，模擬不同雨情情況下易澇點周邊區域積水情況，為改進行泄通道提供指導，減少或避免城市內澇的發生。

4 結語

亳州市地下管網安全運行監測平臺項目建設立足于解決地下管網管理現狀和管線安全管理核心需求，以管線的全生命周期管理和安全管理為核心，開展了相關應用的系統研究。項目集成應用物聯網、云計算、大數據、精確探測等先進技術，自主研發了管網綜合監管平臺和專項應用系統，實現了城市地下管網的智能化監管，提升了地下管線的智慧化管理，保障了城市地下管網安全、綠色、高效運行。