焦鵬 劉永超

【摘要】隨著智能化應(yīng)用的興起，現(xiàn)代城市的發(fā)展從信息化逐漸向智能化演進(jìn)。在智慧城市時代，運用現(xiàn)代化的技術(shù)手段，可以有效解決由于人口密度增加而帶來的諸多問題。地下管線信息系統(tǒng)作為智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)，需要通過信息化手段進(jìn)行管理，實現(xiàn)信息實時交互，確保地下管線的安全運行。因此，本文對智慧地下管線信息系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行研究，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】智慧城市;通信管線;信息;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）015-047-03

Abstract： With the rise of intelligent application， the development of modern cities has gradually evolved from informationization to intelligence. In the era of smart city， many problems caused by the increase of population density can be effectively solved by using modern technical means. Underground pipeline information system， as an important foundation for the development of smart city， needs to be managed by means of information technology to realize real-time information interaction and ensure the safe operation of underground pipelines. Therefore， this paper studies the design of intelligent underground pipeline information system， trying to provide effective feasible suggestions.

Keywords： Smart city; Communication pipeline; Information; system design

智慧城市（Smart City）作為新一代信息技術(shù)支撐、知識社會創(chuàng)新2.0環(huán)境下的城市形態(tài)，主要是依托于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，對城市規(guī)劃、建設(shè)、生產(chǎn)、生活等內(nèi)容進(jìn)行智能化管理，實現(xiàn)城市資源的優(yōu)化配置的同時，讓城市運轉(zhuǎn)的更加高效和敏捷。地下管線作為智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著信息傳輸、能源輸送等關(guān)鍵工作，同時也是城市生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。地下管線的“智慧化”管理對于智慧城市的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，可以滿足決策、管理部門和施工單位的需求已經(jīng)成為智慧城市發(fā)展的首要問題。下面就對一種智慧地下管線信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行深入分析。

1. 地下管線信息系統(tǒng)設(shè)計思路

1.1 地理信息技術(shù)

地下管線信息系統(tǒng)是城市規(guī)劃、建設(shè)、發(fā)展的重要基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)為載體，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）為平臺的應(yīng)用型技術(shù)系統(tǒng)。GIS主要是一種輔助支持系統(tǒng)，可以存儲和處理地理信息代碼，根據(jù)地理坐標(biāo)對地下管線進(jìn)行管理、檢索、評價、分析等處理，提供決策支持、動態(tài)模擬、統(tǒng)計分析、預(yù)測預(yù)報等服務(wù)。通過GIS技術(shù)可以實現(xiàn)地下管線的可視化管理，以三維模型的方式將地下管線及其他設(shè)備運行的數(shù)據(jù)以更加直觀的方式進(jìn)行顯示，發(fā)掘隱藏在數(shù)據(jù)之中的各種潛在聯(lián)系，為智慧城市提供數(shù)據(jù)支持。GIS結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

GIS結(jié)構(gòu)主要由空間數(shù)據(jù)采集、編輯、存儲管理、查詢分析、輸出表示五個子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集模塊是對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成計算機可處理的形式。數(shù)據(jù)采集方法包括地圖信息數(shù)字化處理、地下管線空間測量數(shù)據(jù)、位置坐標(biāo)顯示以及錄入等功能;數(shù)據(jù)編輯是指對地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)有的地理信息軟件工具進(jìn)行編輯;數(shù)據(jù)存儲管理百科地理目標(biāo)的空間位置與形狀信息，空間屬性和關(guān)系信息，這些數(shù)據(jù)可以有效描述地下管線空間環(huán)境;查詢分析是GIS系統(tǒng)的主要功能，對單幅或者多幅專題圖像進(jìn)行分析處理;輸出模塊是將GIS系統(tǒng)內(nèi)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后以更加直觀的形式進(jìn)行輸出，內(nèi)容更包括地下管線的空間信息和影像資料等。

1.2 地下管線系統(tǒng)功能劃分

地下管線系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對管線的坐標(biāo)信息、屬性信息以及埋設(shè)方式進(jìn)行集中管理。地下管線信息系統(tǒng)以管線的為基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)生成數(shù)字地圖，以空間信息數(shù)據(jù)和屬性信息數(shù)據(jù)為資源，通過數(shù)據(jù)庫提供管理、查詢、統(tǒng)計以及分析功能，從而為智慧城市的規(guī)劃、管理提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。城市地下管線信息系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、快速的提供管線運行的狀態(tài)信息，并且可以給用戶提供查詢、分析等操作，為智慧城市的發(fā)展、預(yù)測、規(guī)劃、管理提供可靠依據(jù)。

地下管線系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的分析處理。地下管線包括電力、通訊、燃?xì)?、熱力排污水等管道，對于這些管線的管理和維護(hù)需要強大的數(shù)據(jù)處理功能做支撐，各種地下管線的不同空間位置在GIS系統(tǒng)中以不同的地理特征進(jìn)行表述，構(gòu)成地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息網(wǎng)。地下管線不僅數(shù)據(jù)量大，內(nèi)容也較為復(fù)雜，各類型的管線構(gòu)成三維立體空間結(jié)構(gòu)，可以使用GIS技術(shù)進(jìn)行建模處理。

2. 地下管線信息系統(tǒng)的設(shè)計

地下管線信息系統(tǒng)的設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計、傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、管線信息管理系統(tǒng)設(shè)計四個部分。通過智慧地下管線信息管理系統(tǒng)，全面實現(xiàn)了地下管線的智能化和自動化管理，有助于避免市政建設(shè)過程中道路的多次開挖，而且還可以避免城市建設(shè)過程中出現(xiàn)的事故隱患，提高管線工程規(guī)劃設(shè)計、施工與管理的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。下面就對地下管線信息系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)分析：

2.1 地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包含管線空間位置信息、管線屬性信息、管線結(jié)構(gòu)信息，是構(gòu)建智慧管線信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。在建立地下管線地理信息數(shù)據(jù)庫后，應(yīng)用GIS技術(shù)分析配合專業(yè)算法，可以動態(tài)模擬地下管道空間內(nèi)溫度、壓力、密度、流量等參數(shù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息判斷地下管線運行狀況。地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立后需要各部門通力合作，做好管線數(shù)據(jù)的動態(tài)更新共組，確保地下管線數(shù)據(jù)的真實性和有效性。此外，數(shù)據(jù)庫建立過程中，需要GIS技術(shù)作為支撐，包括：圖層管理、圖文互查、條件查詢等功能實現(xiàn)地下管線的可視化管理。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

智慧地下管線信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能主要通過智能傳感器收集地下管線運行的各種數(shù)據(jù)信息，并且將其傳遞給上層設(shè)備，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。地下管線智能傳感器主要承擔(dān)檢測任務(wù)，具有管線數(shù)據(jù)信息的采集、處理以及傳輸功能，可以和多個傳感器共同組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)地下管線運行的實際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集。智能傳感器能夠完成多參數(shù)混合測量，這對于復(fù)雜的地下管線網(wǎng)絡(luò)有著非常重要的意義，智能傳感器中具有微處理器，使得智能化傳感器可以更加方便對多種信號進(jìn)行實時處理。借助地下管線信息系統(tǒng)強大的空間數(shù)據(jù)庫可以將城市的基礎(chǔ)地理信息、各種管線、管線空間信息以及復(fù)雜的屬性信息一體化存儲、分類、分層進(jìn)行管理。同時，智能化傳感器靈活的配置功能能夠?qū)崟r處理大量的數(shù)據(jù)信息，可以根據(jù)不同領(lǐng)域的需要對其分類整理，并進(jìn)行傳出，便于日后進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

2.3 傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

智慧地下管線信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸包括有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩種方式。將智能傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸至上層控制單元。傳感器與上層控制單元通過數(shù)據(jù)通信接口相聯(lián)，通過該接口可以直接與所屬計算機控制系統(tǒng)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和信息交換。

2.4 管線信息管理系統(tǒng)設(shè)計

智慧地下管線信息管理系統(tǒng)采用輕量化設(shè)計，主要對已有管線表、管點表數(shù)據(jù)提供自動三維建模、可視化瀏覽及分析應(yīng)用，適合于智慧城市地下管線數(shù)據(jù)信息的快速應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建，也可以作為三維子模塊與現(xiàn)有管線系統(tǒng)配合使用。該系統(tǒng)采用BS架構(gòu)，部署方便，可以無縫融入智慧城市的綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，并且可以通過約定接口交互數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)儀表仿真監(jiān)控，并且實現(xiàn)擴展物聯(lián)網(wǎng)等功能。

3. 智慧地下管線信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用

地下管線是智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在城市發(fā)展過程中城市地形、地貌、規(guī)劃布局不斷發(fā)生變化，新老城區(qū)的改建、大型商圈和住宅的新建以及其他公共設(shè)施的不斷增加，給地下管線管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。地下管線信息系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立地下管線信息管理分析系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享，實現(xiàn)對城市基礎(chǔ)設(shè)施的精準(zhǔn)管理、動態(tài)監(jiān)控和高校維護(hù)。通過智能化的管理，最大限度地確保地下管線安全、平穩(wěn)運行。

3.1 可視化管理

智慧地下管線信息系統(tǒng)通過智能傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)三維地理環(huán)境的構(gòu)建和地下地上一體化瀏覽、查詢、統(tǒng)計、分析和輔助決策，包括地形地貌、道路、地名，以及城市地上地下三維空間的構(gòu)建。通過計算機可以瀏覽三維地下管線，直觀了解地下管線分布情況和他們之間的空間位置關(guān)系。便于城市管理者直觀的觀察地下管線的分布情況、運行狀態(tài)、管線部件的結(jié)構(gòu)樣式，并且可以提供管線縱橫斷面、碰撞分析等功能。借助地下管線信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能和三維顯示功能，實現(xiàn)管線信息的資源共享，規(guī)避施工風(fēng)險，通過不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大限度地開發(fā)利用地下空間資源。

3.2 管線運行狀態(tài)實時監(jiān)控

智慧地下管線信息系統(tǒng)可以對管線運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。分布于管線上的傳感器可以有效采集管線運行狀態(tài)信息，并將其上傳至控制中心，實時掌握管線的運行狀況，對故障隱患進(jìn)行有效排查。尤其對于一些高危管道，可以通過傳感器準(zhǔn)確捕捉管道有無破損、漏氣以及銹蝕等現(xiàn)象，及時有效的進(jìn)行維護(hù)，降低故障造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。此外，在日常維護(hù)過程中，還可以連接移動終端獲取地下管線傳感器發(fā)送的管線狀態(tài)信息，通過移動終端進(jìn)行遠(yuǎn)程定位和檢測，降低人工作業(yè)的風(fēng)險。

3.3 故障應(yīng)急處理

智慧地下管線信息系統(tǒng)可以快速有效的對地下突發(fā)事故進(jìn)行應(yīng)急處理，對重大時間的響應(yīng)速度和處理能力是城市智慧化管理過程中的核心。智慧地下管線信息系統(tǒng)的重要作用在于，可以對管線的故障進(jìn)行及時預(yù)警，并啟動故障分析功能，通過智能傳感器準(zhǔn)確快速的對故障地點進(jìn)行定位，確定故障類型，通過聯(lián)動裝置關(guān)閉各種閥門，將故障損失降到最低。

3.4 管線運行數(shù)據(jù)實時更新

智慧地下管線信息系統(tǒng)借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將地下管線數(shù)據(jù)信息實時傳遞給控制中心，并且在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行動態(tài)更新。管線增加、拆除或者其他變動信息都可以在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查詢。通過信息共享平臺，地下管線管理單位可通過瀏覽器對地下管線進(jìn)行瀏覽、查詢、統(tǒng)計，隨時掌握地下管線信息，同時可通過網(wǎng)絡(luò)平臺上傳最新的竣工數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。

4. 總結(jié)

綜上所述，智慧城市主要是通過現(xiàn)代化技術(shù)，運用感知、遙感以及無線通信等方式實現(xiàn)萬物互聯(lián)。借助地下管線信息系統(tǒng)強大的三維空間運算能力以及網(wǎng)絡(luò)分析功能可以方便的對管線及其他設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)模擬，從而實現(xiàn)了地下管線及其他設(shè)備的實時監(jiān)控，對一些的突發(fā)事故可以做出緊急處理，同時能夠更加合理、科學(xué)的進(jìn)行地下管線的規(guī)劃和輔助設(shè)計。最大限度地整合和利用城市信息資源，是提升城市智慧化水平，推進(jìn)社會和諧發(fā)展以及提升人們生活品質(zhì)的有效途徑。

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