魏昌盛，胡 亮，張著豪

(德陽市勘察測繪設(shè)計(jì)院，四川 德陽618000)

作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，地下管線是一個(gè)城市的生命線，智慧管網(wǎng)是智慧城市的基礎(chǔ)［1］。德陽市早在2011年就開始籌備地下管線平臺建設(shè)工作，目標(biāo)是建成二三維一體化的地下管線管理系統(tǒng)。經(jīng)過組織機(jī)構(gòu)的確立、普查隊(duì)伍的組建、實(shí)施方案的編寫、試驗(yàn)區(qū)測試、全面普查、系統(tǒng)編制、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，于2013年完成主城區(qū)110 km2的地下管線普查工作，包括電力、通信、排水、給水、燃?xì)獾?大類管線，管線總長度4460 km，并且開創(chuàng)性地以真三維的方式實(shí)現(xiàn)管線數(shù)字化，搭建了三維管線共享平臺，經(jīng)專家組評定達(dá)到國際先進(jìn)水平。該平臺作為“智慧德陽”的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)了“地下智慧”，通過后續(xù)工作，將實(shí)現(xiàn)城市面子和里子的共同智能化，為公眾服務(wù)。

該平臺的建成實(shí)現(xiàn)了德陽市地下空間的科學(xué)規(guī)劃、有序建設(shè)、合理利用，能夠促進(jìn)地下管線的安全保障，減少因管線破壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失及對生產(chǎn)、生活的影響。該平臺在治療“城市病”、提升城市化質(zhì)量等方面發(fā)揮了積極作用，為提高城市安全能力、應(yīng)急處理能力，促進(jìn)城市現(xiàn)代化發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

一、德陽智慧管線的特征

管線信息化是智慧管線的基礎(chǔ)，縱觀管線的發(fā)展歷程，地下管線的管理經(jīng)過紙質(zhì)檔案、數(shù)字檔案、數(shù)字化管理和智慧管線4個(gè)階段，在國家出臺《城市管線普查工作指導(dǎo)手冊》之前，大部分城市還采用的是紙質(zhì)檔案的管理模式，與城市管線的快速發(fā)展形成巨大反差，已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)智慧城市的同步發(fā)展。管線的智慧管理具備以下特征［2］:

1)智能感知:傳感器實(shí)時(shí)獲取管線的溫度、壓力、流量等狀況數(shù)據(jù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)加GPS定位的方式把數(shù)據(jù)傳輸回管線數(shù)據(jù)中心。

2)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián):使用光纖網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等高科技信息技術(shù)，把管線、系統(tǒng)、人有效地連接起來。

3)大數(shù)據(jù):支持包括管線數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的集成并實(shí)現(xiàn)挖掘提取。

4)決策分析:基于整合的大數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用GIS、云計(jì)算等分析工具，實(shí)現(xiàn)管線業(yè)務(wù)的決策分析。

二、德陽智慧管線的建設(shè)

1．地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)據(jù)層是智慧城市建設(shè)中非常重要的一環(huán)，起著基礎(chǔ)、支撐的作用［3］。要獲得能夠運(yùn)用于實(shí)際工作的管線系統(tǒng)，首先要進(jìn)行管線數(shù)據(jù)的普查建庫，獲得管線的空間位置、屬性信息及相關(guān)專業(yè)屬性信息。在“共建共享，分工維護(hù)”的原則下，德陽地下管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)由多個(gè)部門合力建設(shè)完成［4］。德陽市地下管線的數(shù)據(jù)大部分由專業(yè)管線探測單位對主城區(qū)全區(qū)域的管線進(jìn)行普查，獲得管線空間位置信息、管線屬性信息;其余部分由管線權(quán)屬單位、建設(shè)單位、管理單位等提供各自管線的專業(yè)屬性信息(如建設(shè)年代、使用年限、負(fù)載信息等)、管線專業(yè)部件和建構(gòu)筑物信息等。這樣，經(jīng)多方共建、多種管線資源整合建成的地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，管線基礎(chǔ)信息豐富。另外，在地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建成后，各管線部門要共同參與做好數(shù)據(jù)動態(tài)更新工作，確保數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性［4-5］。

除了管線數(shù)據(jù)，平臺還需要基礎(chǔ)地理信息作為背景，包括大比例尺DLG、影像DOM、地形DEM、地上三維模型、道路數(shù)據(jù)、POI等。平臺數(shù)據(jù)集成如圖1所示。

圖1 平臺數(shù)據(jù)集成

2．感應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)

在管線感應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)中，主要工作是在管線關(guān)鍵部位安裝智能傳感器，重點(diǎn)是獲取管線運(yùn)行負(fù)載信息及管線健康狀況，通過GPS和無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，對管線數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并且為系統(tǒng)分析功能提供支持。

無線射頻識別技術(shù)(RFID)具有無接觸和自動識別的優(yōu)勢，因此在當(dāng)前作為最主要的傳感技術(shù)被使用。德陽市主要運(yùn)用的專業(yè)管線部門包括自來水公司和天然氣公司，其余部分管線單位由于成本的原因尚未安裝，但作為長遠(yuǎn)發(fā)展及智慧管線的要求，傳感器的使用必將全面展開。新建管線或管線改造時(shí)主要方式有:使用配備有傳感器的管道;管線和傳感器分開埋設(shè)。

3．傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

包括有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)等通信設(shè)施的建設(shè)，設(shè)備有光纖寬帶、服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、防火墻等，把傳感器獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

4．管線信息平臺建設(shè)

建立管線信息管理共享平臺，實(shí)現(xiàn)各管線管理部門、檔案管理部門、權(quán)屬單位對管線數(shù)據(jù)的共建共享，保證數(shù)據(jù)的有效性。管線信息平臺包括地下管線三維展示系統(tǒng)(包括C/S和B/S兩種模式)、地下管線檔案管理系統(tǒng)、地下管線規(guī)管系統(tǒng)等。系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。管線三維效果如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)

圖3 管線三維效果細(xì)節(jié)展示

三、德陽市的智慧管網(wǎng)應(yīng)用

德陽對于建設(shè)地下管線信息化，初始目標(biāo)是建立二三維一體化的可視化管理平臺，為智慧德陽的建設(shè)服務(wù)，具體應(yīng)用如下。

1．管線三維可視化管理

通過德陽地下管線三維共享平臺，能夠加載航空影像、矢量地形、三維地上模型、POI等多維數(shù)據(jù)，地下管線以三維管線的形式進(jìn)行可視化展示，管線管理部門、規(guī)劃建設(shè)部門和管線權(quán)屬單位等就能夠直觀地查看地下管線的分布情況、管線與周邊建筑的空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)屬性查詢、分類統(tǒng)計(jì)、斷面分析、碰撞分析、爆管分析等功能［6-7］。各管線相關(guān)部門能夠通過專網(wǎng)接入和權(quán)限管理的方式，實(shí)現(xiàn)管線信息共享，也可更加高效地履行各自的管理職能。

對于管線的規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以先在二維平臺下設(shè)計(jì)，然后加入到三維平臺進(jìn)行三維模擬展示并且進(jìn)行與已有管線的間距分析，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到國家規(guī)定的安全間距，也能夠進(jìn)一步達(dá)到對地下空間的科學(xué)、合理的利用。根據(jù)這樣形成的設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行管道施工時(shí)，極大地避免了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，檔案管理部門可以4D的形式進(jìn)行管理，即在3D的基礎(chǔ)上配置時(shí)間序列的概念，通過管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)管線規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、更新的全生命周期管理，掌握每片區(qū)域管線的歷史變化情況，記錄城市地下的歷史變遷［8］。

2．實(shí)時(shí)感知管線運(yùn)行狀況

對不同管道安裝對應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備，如燃?xì)夤艿赖膲毫Ω袘?yīng)、熱力管道的溫度感應(yīng)等，系統(tǒng)操作人員通過感應(yīng)設(shè)備獲取的實(shí)時(shí)信息，全天候掌握管道的安全運(yùn)行情況，并及時(shí)采取防護(hù)措施，有效避免事故的發(fā)生。如德陽自來水公司在給水管道上安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力、水質(zhì)等重要信息，就能夠準(zhǔn)確判斷哪條管道有爆管或水質(zhì)污染，可以根據(jù)系統(tǒng)提示，找到最近的閥門，進(jìn)行處理。

在管線日常巡檢中，巡視人員可以使用隨身移動終端，對安裝有感應(yīng)設(shè)備的管線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。同樣可以依據(jù)管線系統(tǒng)后臺通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶幚砻畹街付ㄎ恢眠M(jìn)行處置。

3．管線事故的應(yīng)急指揮處理

通過管線普查數(shù)據(jù)的建庫入庫，獲得了管線的基本屬性信息，然后把數(shù)據(jù)分發(fā)給各權(quán)屬和管理單位，通過屬性編輯字段，對所屬管線的建設(shè)年代和使用年限進(jìn)行填寫，完善管線數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)能夠判斷哪些管線已經(jīng)年代已久需要更換，并且實(shí)時(shí)對管線的更換情況進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)還能夠通過設(shè)定的管線間距標(biāo)準(zhǔn)判斷高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，在圖上高亮顯示，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。更關(guān)鍵的是，可以使用爆管分析功能，對管線運(yùn)行中突發(fā)事故進(jìn)行輔助決策，如天然氣管道發(fā)生泄漏，通過傳感器的定位，分析出需要緊急關(guān)閉的閥門和處理的區(qū)域，能夠極大地減少損失。圖4為爆管分析功能的運(yùn)用。

圖4 爆管分析功能運(yùn)用

4．管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新

運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、傳感器技術(shù)和導(dǎo)航定位技術(shù)，把管道相關(guān)信息(主要是管道使用、健康等變化信息)，實(shí)時(shí)傳輸至系統(tǒng)后臺，數(shù)據(jù)庫中的信息也隨之更新。當(dāng)管線有新埋、改建或拆除時(shí)，通過竣工測量，獲得竣工成果進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新，同時(shí)通過新埋管線配置的傳感器對運(yùn)行過程中的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)獲取，從而實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)全方位更新，為以后工作提供服務(wù)。

四、結(jié)束語

德陽市人民政府在2015年3月出臺了《德陽市加強(qiáng)城鎮(zhèn)地下管線建設(shè)管理實(shí)施方案》，確立了以副市長為組長的工作小組，明確了從制度規(guī)章到技術(shù)資金多方面的保障。通過德陽市地下管線系統(tǒng)平臺的建設(shè)，并且加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器等新技術(shù)的使用，必將提高城市管線的管理和安全運(yùn)營水平，對城市地下空間的開發(fā)和利用更趨于有效和合理，提升城市綜合應(yīng)急、防災(zāi)能力，有效推動德陽整個(gè)城市向智慧的目標(biāo)發(fā)展。

［1］ 董紹環(huán)．城市地下綜合管線管理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［D］．青島:中國石油大學(xué)(華東)，2011．

［2］ 高鐵軍，吳立新．論城市管網(wǎng)智慧管理研究范疇與關(guān)鍵技術(shù)［J］．地理與地理信息科學(xué)，2011，4(8):19-23．

［3］ 王振源，段永嘉．我國智慧城市建設(shè)水平評價(jià)指標(biāo)研究［J］．云南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會科學(xué)版)，2013(6):144-149．

［4］ 鐘洪德，邱劍．淺談智慧地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)［J］．測繪通報(bào)，2013(S0):20-22．

［5］ 張丹．試論城市地下管線檔案管理與信息化建設(shè)［J］．檔案學(xué)研究，2008(3):18-20．

［6］ 龔建橋．三維地下綜合管線管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)［D］．武漢:華中師范大學(xué)，2012．

［7］ 黃來源，李軍輝，李遠(yuǎn)強(qiáng)，等．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市地下管線智能管理系統(tǒng)［J］．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012(4):62-65．

［8］ 張彥，趙東輝，張立偉．基于三維模式下城市地下管線管控一體化平臺功能設(shè)計(jì)［J］．科技與企業(yè)，2014(5):94-94．