GIS 在供熱管網中的建設與應用

賈華峰，田 靜*，宮 龍

（1. 正元地理信息集團股份有限公司，山東 濟南 250101）

以GIS為平臺的管線系統既有面向所有管線由行業主管部門規劃局或建設局等開發使用的綜合管線管理系統[1]，也有面向單一管線由管線業主單位開發使用的專業管線管理系統，而供熱管線是專業管線中的重要類型[2]。目前已有不少地區進行了供熱管網地理信息的建設，但大多是對靜態管線的查詢、管理、分析等[2-3]。李明[4]等通過智慧熱網監控現有管線的熱力平衡來達到節約能耗的目標；謝惠君[5]等將數據采集與監視控制（SCADA）系統與GIS相結合，實現了對現有供熱過程參數的全面實時監控。隨著城市的發展，每年都有新的供熱管線鋪設；且隨著時間的推移老舊管道面臨老化的問題，因此本文根據供熱公司的實際業務需求建設了供熱管網GIS。

系統采用ArcGIS 平臺、Oracle11 數據庫，通過Web Service實現服務器與客戶端的數據交互。系統實現了對熱力管線和設施的查詢、統計，新建、改建管網數據的審核入庫，移動端巡檢拍照上報，焊口點定位、拍照上傳等管線工程管理的建設；同時可對接熱源監控系統、換熱站監控系統、用戶計量系統等，將各個孤立的數據聯系起來，在供熱管網地理信息平臺上進行展示，有利于分析水力平衡、熱損情況，從而達到節能的目標。

1 系統架構

系統采用面向服務體系架構（SOA），基于Web服務實現空間信息資源共享以及跨平臺異構多源數據的訪問和互操作；全面支持OGC 標準接口，行業標準、國家測繪地理信息局標準以及擴展的SOAP 和REST協議的服務接口。總體架構如圖1所示。

圖1 供熱管網GIS總體架構

1）數據層是平臺的基礎和核心，主要包括電子地圖和瓦片數據等基礎地理信息數據、熱力管線發布數據以及各種元數據，采用Oracle 11g 關系型數據庫實現系統管線數據的高效存儲和管理。

2）引擎層是系統服務層的底層，包括系統采用的GIS 引擎、空間數據庫引擎、瓦片地圖引擎等，是連接數據層和服務層的中間層。

3）服務層主要實現對系統訪問用戶的安全認證、各種發布服務的管理以及用戶操作的日志記錄等，并為應用層提供數據發布服務、功能服務等支撐。

4）應用層是基于系統接口建立的管線信息瀏覽與查詢系統，主要為系統用戶提供數據瀏覽、信息查詢與統計、實時監測、進度管理、日志查詢等功能，從而實現與換熱站監控系統、室溫監控系統等的集成。

5）標準規范制度和安全保障體系。建立的各類標準體系和制定的各項安全措施是實現系統正常運行必不可少的前提和保障。

2 系統特點

2.1 供熱管網數據特點

供熱管網數據的特點包括：①熱力管網包括水線（熱水）和汽線（蒸汽）兩類，其中水線又分為供水管和回水管，二者并行分布；②熱力管網分為一次網和二次網，二者通過換熱站進行熱量交換，一般市政管網中的熱力管網只包含一次網；③供熱管線設備種類多，根據設施屬性分為閥門、補償器、熱源、換熱站、檢修井、支架、堵頭、計量表、普通點等九大類；④供熱系統運行的五大環節依次為熱源、一次網、換熱站、二次網、熱用戶。

2.2 系統集成特點

1）具備當前管線系統的基本GIS功能，同時能實現對新建、改建管網的審核更新。管理者可從地圖中查看對比管線更新前后的位置分布，從而準確審核是否通過。

2）集成了SCADA 系統的供熱過程監測數據，使只有文字報表的監控系統數據能在GIS 中進行直觀的空間位置展示。

3）采用移動GIS實現巡檢隱患及時上報。在巡檢過程中對系統中未錄入的數據進行拍照說明，通過高精度定位設備上報位置信息；同時在服務端可查看、審核移動端上報的信息圖片。

4）移動端依托高精度定位設備，對管線施工過程中的焊口點進行拍照、定位上傳；服務端實現管線施工過程中影像資料的管理，為日后管線的安全運行和管線搶修提供準確的位置、圖片等資料信息。

2.3 部署特點

移動端的巡檢、焊口點拍照定位上傳，需在公網環境下進行；而供熱管網數據和業務數據因具有保密性，必須在內網發布。為了將公網運行的移動端數據接入內網，系統建立了連接內外網的中間網服務器。中間網服務器具有公網IP地址，移動端將拍攝的照片上傳至中間網服務器，再通過FTP和消息隊列將移動端上傳的數據同步到內網數據庫中。

3 系統實現

3.1 技術路線

1）整理已有的供熱管線探測數據，并對管線數據進行質檢。對于質檢不合格的管線數據，將其反饋給探測單位進行修改；質檢合格的管線數據則進行入庫處理。入庫后的管線數據和對接的地形、影像服務將作為供熱管網GIS 中的基礎數據。通過該流程可對補測的管線數據進行動態更新，保障系統數據的現勢性。

2）對于熱源、換熱站、用戶計量等監測數據，采用壓力傳感器、溫度傳感器、流量計等數據采集終端，通過GPRS/4G 網絡實現數據的傳輸，在SCA?DA 中實時監控，最終在供熱管網GIS 中實時展示監測數據。

3）管理人員在巡檢養護系統的服務端規劃并下發巡檢任務點，巡檢人員在移動終端獲取巡檢任務，并通過GPS實現任務點的定位。同時，巡檢員還可對發現的隱患事故進行上報，方便管理者及時對隱患信息做出反應。

4）管線施工人員利用移動終端和高精度定位盒子采集管線焊口點、管線設施等關鍵點的基礎信息和位置信息，并通過4G 網絡上傳至中間網服務器；再由中間網服務器通過FTP和消息隊列傳輸到內網，從而展示在焊口定位工程管理系統中，實現市政管線工程施工影像的過程管理。系統實現的總體技術路線如圖2 所示。

圖2 總體技術路線圖

3.2 系統功能

1）供熱管網GIS實現了視圖瀏覽、查詢定位、統計出圖等基本功能；可與熱源、換熱站等在線監測系統進行對接，在系統中實時展示監測數據；可錄入通過審核的新建、改建、廢棄的管線信息，實現管網數據的動態更新；可集成展示移動端巡檢和焊口點定位上傳的數據信息。某個換熱站實時監測數據的展示界面如圖3所示。

圖3 換熱站實時監測界面

2）巡檢養護系統采用圖示化管理，服務端主要由系統管理人員使用，為巡檢管理提供計劃、決策與支持；移動終端由巡檢人員使用，主要完成周期性的巡檢任務和臨時巡檢事故的上報處置。為供熱行業量身定制的巡檢養護系統，能有效滿足供熱管理部門對設施的巡視檢查、隱患事故匯報，巡檢人員的任務監管、實時跟蹤和調度派工等信息化管理方面的需求。系統包括地圖展示、巡檢監控、巡檢管理、位置上報、常規巡檢、巡查上報、巡檢統計等功能模塊。

3）焊口定位工程管理系統同樣采用圖示化管理，服務端主要由項目負責人使用，可進行項目管理、部門管理、人員管理、角色管理、任務單管理、任務進度監控、統計分析、審核、向移動端推送項目等；移動終端由項目施工過程中涉及的全部人員使用（施工員、監理、項目經理、領導等），主要實現項目加載、任務點拍照、任務單維護、項目信息查看、項目統計、工程工序管理拍照、依托高精度定位設備實現的厘米級高精度定位上傳、審核等功能。系統將管線焊口、管線設施的安裝照片以及管線設施的基礎信息通過高精度定位設備上傳，實現供熱管網市政基建工程施工影像的過程管理，解決了管線施工過程中資料不全，管線焊口、設施等關鍵點信息缺失等問題，為日后的供熱管網安全運行和供熱管網搶修提供了數據基礎。

4 結 語

供熱管網GIS 的建設，使得供熱公司對于供熱管網具備了較高層次的信息化管理水平，方便系統維護與數據更新。與已建立的各種業務系統關聯起來，在地圖上直觀展示實時監測數據，突破了供熱行業自動化控制系統可視化管理的概念。移動端依托高精度定位設備實現的定位、拍照上傳，并在服務端展示管理，實現了管網建設工程影像的過程管理，有效解決了施工現場無監管、資料缺失等問題，為日后管線運行和設備搶修提供了準確的資料位置信息。系統還提供了標準化接口，可實現信息資源整合與共享。