李士武 劉 旭 陳曉爽

（正元地理信息集團股份有限責任公司，中國 北京 100000）

0 前言

當前，在城市現(xiàn)代化建設工作中，城市的地下空間開發(fā)與利用得到了越來越多人的關注。因為在當前的城市發(fā)展建設中，給排水系統(tǒng)、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視以及工業(yè)等諸多部門的管線及其附屬設施都被設置在地下，可以說，城市地下管網系統(tǒng)是保障一個城市運行最重要的基礎設施和“生命線”，與廣大市民日常的生活及工作息息相關。 隨著技術的發(fā)展，基于物聯(lián)網和GIS 技術的城市地下管網三維實時監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。

1 物聯(lián)網與GIS 技術概述

1.1 物聯(lián)網技術概述

物聯(lián)網（Internet of Things）是一個動態(tài)的全球網絡基礎設施，是基于互聯(lián)網技術，借助現(xiàn)代智能感知技術、無線通信技術等實現(xiàn)對物品的自動識別及信息的互聯(lián)共享。 在物聯(lián)網中，每一個物品都有著自己的位置， 這個位置是傳感信息和執(zhí)行信息的重要內容，如果在物聯(lián)網中缺少了位置信息，就會影響到事情的處理，導致信息雜亂無序，無法及時有效的進行處理和響應。此外，在物聯(lián)網中，因為傳感器采集到的信息數據量較大，類型較為復雜，且具有高度的動態(tài)性和時空特性，因此對數據的存儲預處理要求極高。

1.2 GIS 技術概述

GIS 技術是一種立足于地理科學的具有較高綜合性的技術。在實際運用中，該技術可以借助現(xiàn)代電子信息技術，建立某一區(qū)域的地理空間數據庫，并對該區(qū)域的實際地理狀況進行實時的模擬。 目前，GIS 技術已經被廣泛應用于航空航天、軍事以及建筑等領域。在城市發(fā)展建設中，隨著地下管網建設的不斷推進，GIS 技術也被廣泛應用到城市地下管網的實時監(jiān)控當中。

2 當前我國城市地下管網建設中存在的瓶頸分析

2.1 更新修復工作不力

隨著城市的發(fā)展，很多城市的道路交通系統(tǒng)、地面建筑布局都發(fā)生了巨大的變化， 而城市早期修建的地下管網系統(tǒng)，在結構安排上無法與之相匹配，部分城市還存在著地下管網嚴重老化而出現(xiàn)攬水的現(xiàn)象， 甚至還有的城市地下管網經常發(fā)生爆裂現(xiàn)象， 使得城市道路出現(xiàn)嚴重的“拉鏈”問題。而且，這些問題還嚴重影響到城市的排水安全， 一旦發(fā)生特大強降雨或持續(xù)性極端天氣，這些城市就會發(fā)生嚴重的內澇現(xiàn)象，出現(xiàn)“看?！钡臓顟B(tài)。根據統(tǒng)計數據顯示，近年來，我國有多個省區(qū)市發(fā)生洪澇災害，受影響的人口超過千萬人，特別是今年雨季，受到持續(xù)強降雨和上游來水疊加影響，南方多個省市發(fā)生內澇災害，受災人口超過千萬。

2.2 污水管網質量不高

城市污水管網是地下管網系統(tǒng)重要的組成部分。當前，我國很多城市的地下污水管網在質量方面參差不齊，很多污水管網的管材質量存在著問題，導致在運行中頻頻發(fā)生管線破漏的現(xiàn)象，一旦發(fā)生污水管線破漏，就會導致污水進入城市的河水、地表水及地下水當中，造成清污混雜，不但會污染城市清水系統(tǒng)，還會造成城市土壤污染，形成城市黑臭水體。 甚至有時候，污水管網破裂，還會發(fā)生污水帶走大量土壤泥沙導致城市地面出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象，嚴重威脅城市居民的生命和財產安全。

2.3 管理單位缺乏有效的協(xié)調

在城市地下管網建設過程中，大多數的管線系統(tǒng)都是循著城市的路網進行設計的，隨著城市建設的快速發(fā)展，給排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視以及工業(yè)等地下管網權屬單位存在著明顯的各自為政的現(xiàn)象，缺乏統(tǒng)籌管理。在施工過程中，部分權屬單位的管線敷設工作沒有與城市道路建設工作同步進行，導致城市道路被反復開挖，出現(xiàn)嚴重的“馬路拉鏈”現(xiàn)象， 不僅影響到了城市的面貌以及市民的正常生活，同時也造成了嚴重的資源浪費現(xiàn)象，甚至有時候還會危害到城市道路及地下管線的安全運行，導致出現(xiàn)路面塌陷或者管道破裂等事故，為人民群眾的生命和財產安全帶來威脅。

3 基于物聯(lián)網與GIS 技術的城市地下管網三維實時監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 城市地下管網三維實時監(jiān)控系統(tǒng)的目標介紹

當前我國城市地下管網三維實時監(jiān)控系統(tǒng)的目標，是進一步增強城市的地下管網建設能力，能夠全面、翔實地掌握地下管網的屬性信息情況，高效、準確地管理城市地下各種不同類型的管線，進而構建出兼具安全、可行及實用等特點的信息化管控系統(tǒng)。 利用該監(jiān)控系統(tǒng)， 城市職能部門工作人員可以實時查看、統(tǒng)計、搜索并分析相關的地下管線信息，同時能夠完成相關信息的輸入與編輯、改進與更新等操作，從而提高對城市不同管線信息的額管理監(jiān)控效果，增強城市對于災害的防控與救援工作服務質量，并最終達到自動化管控管網運行的設計、分析以及維護的效果。

3.2 城市地下管網三維實時監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析

基于城市地下管網三位實時監(jiān)控系統(tǒng)的目標，其功能主要體現(xiàn)在如下幾個方面：首先，監(jiān)控地下管網的連通性，并就其連通性進行分析的功能；其次，監(jiān)控城市地下管網的爆管等災害問題， 并及時進行處理。在遇到城市地下管網出現(xiàn)爆管等事故時，工作人員可以借助三維實時監(jiān)控系統(tǒng)， 對于需要緊急關閉的閥門、管線以及遭受干擾的用戶信息加以分析，為具體搶修工作提供準確的數據支持；最后，還要對各種管線的橫截面進行監(jiān)控并分析，全面監(jiān)控相關管線的埋深以及各種不同類型管線之間存在的位置關聯(lián)。

3.3 物聯(lián)網與GIS 技術的城市地下管網三維監(jiān)控系統(tǒng)的構建

在構建基于物聯(lián)網和GIS 技術的城市地下管網三維監(jiān)控系統(tǒng)時， 采用了基于SOA 框架技術的微服務架構，其設計兼顧技術框架與規(guī)劃業(yè)務框架，符合當前城市管網三維可視化管理及物聯(lián)網集成技術的需求。 其系統(tǒng)架構圖如圖1 所示。

圖1 基于物聯(lián)網和GIS 技術的城市地下管網三維監(jiān)控系統(tǒng)整體架構圖

在設計過程中，三維實時監(jiān)控系統(tǒng)的框架采用了分層化的設計，第一層為應用層，主要包括三維漫游、管網屬性查詢、事故應急、輔助決策、信息共享以及實時監(jiān)測信息查詢等信息化應用軟件； 第二層是平臺層，包括軟件支撐和數據中心層，其中軟件支撐負責信息系統(tǒng)基礎、通用以及專業(yè)業(yè)務的協(xié)同運行、相關數據的專業(yè)處理與應用，是整個信息系統(tǒng)運行的技術核心。 而綜合數據中心則是整個信息系統(tǒng)的資源核心，由業(yè)務數據、基礎地理信息數據、檔案數據以及元數據等組成；第三層是網絡層，是提供感知信息傳輸的網絡途徑，主要包括通信網、互聯(lián)網和物聯(lián)網；第四層是感知層， 制信息采集的主要渠道， 利用GPS、RFID、傳感器等信息感知設備進行信息的采集。

4 結語

綜上所述，在我國城市化建設的過程中，為了更好地實施智慧城市的建設，地方政府應積極開展基于物聯(lián)網和GIS 技術的城市地下管網三維監(jiān)控系統(tǒng)的構建，促使城市地下各類型的管網從外業(yè)采集到內頁數據處理以及系統(tǒng)管理的自動化。 其中物聯(lián)網為GIS技術進行數據的采集和處理，而GIS 技術則為物聯(lián)網提供了分析和展示，實現(xiàn)了對城市地下管網的動態(tài)監(jiān)控，對潛在的事故危險及時預警定位，從而有效提高城市地下管網這一生命線的公共安全應急能力，促進城市的健康發(fā)展。