劉 旭 朱建忠 孫 柏

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

城市地下管網(wǎng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是城市規(guī)劃、建設(shè)、管理及運營的核心。由于缺乏有效的監(jiān)管手段，導(dǎo)致地下管網(wǎng)的管理水平嚴(yán)重滯后于城市的擴(kuò)張和發(fā)展速度，因管網(wǎng)引起的重大安全事故頻發(fā)，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(fā)展進(jìn)程。為根除各類城市管網(wǎng)病，亳州市地下管網(wǎng)安全運行監(jiān)測平臺建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧管網(wǎng)管理新模式，全面提升地下管網(wǎng)的智能化監(jiān)管水平，促進(jìn)城市管網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新理念和新模式發(fā)展，保證城市的高效運行與公共安全。

1 項目概況

根據(jù)2018年《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)城市地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)和安全運行監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的實施意見》文件的要求，為加快推進(jìn)亳州市地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)和安全運行監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，不斷提升城市地下管網(wǎng)智能化、精細(xì)化管理水平，減少地下管網(wǎng)安全事故發(fā)生，2019年10月亳州市啟動了地下管網(wǎng)安全運行監(jiān)測平臺的建設(shè)工作。項目總投資超過4 000萬元，建設(shè)范圍約60 km2，按照“服務(wù)民生、務(wù)求實效、整合現(xiàn)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(gòu)架靈活、優(yōu)化流程、管理創(chuàng)新”的原則開展建設(shè)，建設(shè)具有示范引領(lǐng)能力的智慧管網(wǎng)標(biāo)桿，打造精細(xì)化、精準(zhǔn)化的城市管理模式，形成智能、高效、聯(lián)動的公用設(shè)施建設(shè)、管理和應(yīng)急模式。

城市地下管網(wǎng)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(shè)。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(qū)及背街小巷管網(wǎng)普查：根據(jù)亳州市對地下管線數(shù)據(jù)的具體需求，對未進(jìn)行普查的小區(qū)及背街小巷管網(wǎng)進(jìn)行補充普查探測，形成完備的地下管線數(shù)據(jù)庫，建立地下管線數(shù)據(jù)更新機(jī)制模式。（2）建設(shè)專業(yè)管線安全監(jiān)測系統(tǒng)：智慧排水專項、智慧供水專項、智慧燃?xì)鈱ｍ?、智慧供熱專項等安全檢測系統(tǒng)。為亳州市管線管理工作提供科學(xué)的決策依據(jù)，實現(xiàn)定位管理精細(xì)化、安全監(jiān)管綜合化、應(yīng)急處置高效化、信息共享全面化。（3）建設(shè)城市地下管網(wǎng)前端感知系統(tǒng)：建設(shè)地下管網(wǎng)前端感知體系，包括供水、排水、燃?xì)狻⒐岬仁姓芫W(wǎng)及附屬設(shè)施，進(jìn)行重點區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安裝部署，全面監(jiān)測城市所有地下管網(wǎng)安全運行狀況。（4）建設(shè)綜合安全監(jiān)測平臺和監(jiān)管體系：構(gòu)建亳州市綜合安全監(jiān)管體制機(jī)制，建設(shè)綜合安全監(jiān)測平臺，基于管線動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面、實時掌控管線運行狀態(tài)及管線工程，提升城市管線安全預(yù)警及應(yīng)急處置能力。

2 項目建設(shè)

（1）建設(shè)思路。項目以地下管線“全業(yè)務(wù)覆蓋、全生命周期管理、全智能化運營”為主線，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、空間地理信息集成、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，聚焦地下管網(wǎng)運行安全治理，采用物探手段進(jìn)行管線探測，開展隱患排查工作，明確地下管線的結(jié)構(gòu)性隱患和危險源。通過智能傳感器、實時監(jiān)測、自動控制等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建管線綜合管理的動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對管線微觀運營狀態(tài)的感知，實現(xiàn)各類市政管線及其附屬設(shè)施的定位管理、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處置等管理服務(wù)功能。通過建設(shè)“智慧管網(wǎng)”，提升亳州市地下管網(wǎng)的智能化監(jiān)管水平，推廣城市管網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)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(gòu)。亳州市地下管網(wǎng)安全運行監(jiān)測平臺涉及多個單位，在系統(tǒng)設(shè)計時注重開放性和兼容性，采用模塊式開發(fā)，支持多網(wǎng)絡(luò)、跨平臺、跨系統(tǒng)的應(yīng)用。結(jié)合亳州市地下管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，充分利用對已取得的成果，整合建設(shè)單位已有數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用系統(tǒng)、基礎(chǔ)軟硬件等條件，實現(xiàn)最大限度資源共享。根據(jù)亳州市管線建設(shè)及管理實際需求出發(fā)，構(gòu)建亳州市地下管網(wǎng)安全運行監(jiān)測平臺項目架構(gòu)如圖1所示。

圖1 項目架構(gòu)圖

3 項目創(chuàng)新點

（1）搭建地上一體化展示平臺。在地上數(shù)據(jù)建設(shè)方面，項目采用傾斜攝影航空測量，獲取亳州市主城區(qū)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(wǎng)構(gòu)建、實景紋理貼面等步驟，最終生成三角格網(wǎng)的全要素場景模型。在地下數(shù)據(jù)展示方面，在二維管線普查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用參數(shù)化三維建模技術(shù)，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(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三維應(yīng)用系統(tǒng)中提供三維瀏覽、查詢定位、地形開挖、分析統(tǒng)計、結(jié)果輸出等功能，為相關(guān)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(wǎng)數(shù)據(jù)中，系統(tǒng)提供了輔助分析、專題應(yīng)用等分析功能，實現(xiàn)對決策基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的數(shù)字化、可視化管理。通過三維GIS技術(shù)，將地圖元素和地下空間信息融入管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)了城市決策信息資源的數(shù)字化和可視化[1]。

（2）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入平臺。亳州市地下管線智能化建設(shè)面臨多種多樣的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，包括自建設(shè)備、已有設(shè)備。因此，需要建設(shè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)接入平臺，將多種接入手段整合利用，提供多協(xié)議適配，統(tǒng)一互聯(lián)、接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)管線壓力、溫度、流量、位置狀態(tài)等信息感知以及各類設(shè)備的適配、安全接入和身份認(rèn)證。在實際的應(yīng)用中應(yīng)解決多協(xié)議接入、大量連接、數(shù)據(jù)存儲、消息分發(fā)等問題，通過移動網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、專網(wǎng)將各類數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、可靠傳輸至數(shù)據(jù)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(wǎng)監(jiān)測：建設(shè)8處道路積水點、10處河道水位監(jiān)測站、40個窨井水位監(jiān)測、3個河道水質(zhì)監(jiān)測站及14個泵站自控改造。供水管網(wǎng)監(jiān)測：建設(shè)40套壓力監(jiān)測點、15處流量監(jiān)測點、20處供水水質(zhì)監(jiān)測站。燃?xì)獗O(jiān)測：安裝35處調(diào)壓站監(jiān)控、70個窨井有毒有害氣體監(jiān)測，安裝1 000套井蓋報警觸發(fā)器。

項目運行期間，每日接收物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)幾十萬條，物聯(lián)網(wǎng)接入平臺運行良好穩(wěn)定。項目基于物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一平臺開發(fā)的綜合管網(wǎng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，借助物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析、挖掘技術(shù)、模型仿真模擬等先進(jìn)技術(shù)，對城市地下管網(wǎng)進(jìn)行綜合監(jiān)管，實現(xiàn)對地下管網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化分析，為管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析、動態(tài)模擬、運行管理、風(fēng)險分析、應(yīng)急處置和科學(xué)化管理提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有效的監(jiān)管手段，提升了亳州市城市管理綜合服務(wù)水平。

（3）實現(xiàn)了基于實時大數(shù)據(jù)的排水管網(wǎng)模型技術(shù)。項目建立了基于實時大數(shù)據(jù)的排水管網(wǎng)模型，實現(xiàn)了城市排水管網(wǎng)運行模擬和城市洪澇積水預(yù)測。在排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次加工處理，結(jié)合水動力學(xué)參數(shù)的驗證，融合實時在線監(jiān)測大數(shù)據(jù)（管網(wǎng)流量、窨井水位、河道水位等），建立排水管網(wǎng)水動力學(xué)模型，形成城市排水防澇設(shè)施數(shù)據(jù)管理與模擬分析系統(tǒng)，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(qū)域積水情況，為改進(jìn)行泄通道提供指導(dǎo)，減少或避免城市內(nèi)澇的發(fā)生。

4 結(jié)語

亳州市地下管網(wǎng)安全運行監(jiān)測平臺項目建設(shè)立足于解決地下管網(wǎng)管理現(xiàn)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(guān)應(yīng)用的系統(tǒng)研究。項目集成應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、精確探測等先進(jìn)技術(shù)，自主研發(fā)了管網(wǎng)綜合監(jiān)管平臺和專項應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)了城市地下管網(wǎng)的智能化監(jiān)管，提升了地下管線的智慧化管理，保障了城市地下管網(wǎng)安全、綠色、高效運行。