基于GIS的城市地下管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)

邵鑫+郭文杰+粘雅鑫+常懷珉+劉丹丹

摘要：城市地下供水管管道密密麻麻，有些地區(qū)供水管網(wǎng)老化嚴(yán)重極容易發(fā)生爆管，有時(shí)爆管事故發(fā)生以后，可能數(shù)日后才能被發(fā)現(xiàn)，有時(shí)甚至無法發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)楸芤鸬穆┧苯舆M(jìn)入到附近的排水管渠而無法到達(dá)地面。由于維修的不及時(shí)導(dǎo)致許多水量白白浪費(fèi)。本文研究目的就是借助網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算，智能傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供水管道的實(shí)時(shí)監(jiān)控、供水趨勢(shì)預(yù)測(cè)、突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置等功能，有效地提升城市供水智能化管理水平，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)爆管的位置并派相關(guān)人員進(jìn)行維修。

關(guān)鍵詞：地下供水管；智能傳感器；GIS；智能水務(wù)

一、背景介紹

根據(jù)調(diào)查資料顯示，我國(guó)大部分城市供水管網(wǎng)的漏損率平均達(dá)20%左右。管網(wǎng)漏損率是指管網(wǎng)漏水量與供水總量之比，是衡量一個(gè)供水系統(tǒng)供水效率的指標(biāo)，有些地方供水管網(wǎng)漏損率甚至高達(dá)40%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國(guó)家要求控制在6%以下的標(biāo)準(zhǔn)。若以平均漏損率20%計(jì)算，中國(guó)水務(wù)企業(yè)一年的漏損水量為102億噸。若以每噸水的供水成本1.5元計(jì)算，每年因漏損造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為154億元。若以售水的每噸水價(jià)2元計(jì)算，則漏損水量的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億元以上。此外有的供水工程管網(wǎng)穿越鐵路、高速公路，如果管道漏點(diǎn)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，將會(huì)造成道路損壞和安全問題，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

二、城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)簡(jiǎn)介

城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)[1]借助網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算，智能傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)爆管點(diǎn)，使其在造成更大災(zāi)害面前及時(shí)將其修復(fù)。并能有效地提升城市供水智能化管理水平，對(duì)供水趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分：水管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的若干個(gè)傳感器、智能水表和智能閥門。軟件部分：中心電腦服務(wù)器。水管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的若干個(gè)傳感器、智能水表和智能閥門全天候監(jiān)控城市內(nèi)來自所有自來水管線的信息并將這些信息輸?shù)街行碾娔X服務(wù)器中，中心電腦服務(wù)器根據(jù)傳感器傳來的壓力、流量等數(shù)據(jù)并結(jié)合外部GIS信息（包括管材、管齡、埋設(shè)年代、季節(jié)等因素）對(duì)管道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如果管道發(fā)生爆管可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在其造成更大的損失之前及時(shí)指派專門人員對(duì)其進(jìn)行排查將其修復(fù)。供水管道爆裂時(shí)，在爆裂處會(huì)產(chǎn)生壓力變化沿著水流向管道兩端傳播。在管道兩端安裝兩個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓的檢測(cè)，利用相關(guān)分析法對(duì)計(jì)算出爆裂信號(hào)到達(dá)兩個(gè)傳感器的距離差，就可以大致確定爆裂的位置。構(gòu)建出城市供水管道爆管應(yīng)急系統(tǒng)的初步模型后，隨著智能水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)用，利用實(shí)際數(shù)據(jù)不斷驗(yàn)證并修正預(yù)警模型，使得城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)不斷的改善和進(jìn)步，最終達(dá)到較高的爆管預(yù)警準(zhǔn)確性。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置、供水趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能[2]。

三、系統(tǒng)主要內(nèi)容

系統(tǒng)開發(fā)共分為基礎(chǔ)地理信息管理模塊、地下供水管網(wǎng)布展示模塊、地下供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、地下供水管網(wǎng)供水趨勢(shì)預(yù)測(cè)功能模塊、地下供水管網(wǎng)突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置功能模塊五個(gè)模塊?；A(chǔ)地理信息管理模塊：基礎(chǔ)地理信息管理模塊主要包括地圖功能、查詢功能、量算功能等。主要有地圖的瀏覽與控制、地下管網(wǎng)的屬性信息、控件信息的查詢檢索、管網(wǎng)距離面積的量算等。

地下供水管網(wǎng)三維分布展示模塊[3]：地下管網(wǎng)三維分布展示模塊主要包含管線的分布的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展示、管網(wǎng)附屬地物的模型瀏覽。主要有基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地下管網(wǎng)三維分布展示。

地下供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊將水管網(wǎng)傳感器發(fā)送的水壓、流量數(shù)據(jù)即時(shí)的獲取，經(jīng)過服務(wù)器計(jì)算將結(jié)果顯示在用戶界面上。

地下供水管網(wǎng)供水趨勢(shì)預(yù)測(cè)功能模塊：通過供水管網(wǎng)傳感器獲取水壓、流量數(shù)據(jù)，計(jì)算城市各個(gè)地方的用水情況，有助于水資源合理的調(diào)度。地下供水管網(wǎng)突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置功能模塊通過供水管網(wǎng)傳感器獲取水壓、流量數(shù)據(jù)，進(jìn)行橫向縱向比較運(yùn)算即時(shí)發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)位置，起到預(yù)警的功能，并能夠在供水管爆管時(shí)，進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)急處置。

四、增益效果

2007年，卡塔爾的供水管網(wǎng)漏損率為59.1%。為了應(yīng)對(duì)國(guó)際重大賽事的需要，卡塔爾急需降低產(chǎn)銷差率，節(jié)約水資源，提高供水收益率。在運(yùn)用智慧水務(wù)對(duì)漏損進(jìn)行控制管理4年后，卡塔爾管網(wǎng)的漏失水量降至原來的一半，每年節(jié)約1400萬歐元。該國(guó)的水務(wù)公司也成為海灣地區(qū)運(yùn)營(yíng)效率最高的水務(wù)公司。另一個(gè)例子是英國(guó)的Anglian管網(wǎng)漏損管理。通過剖析水網(wǎng)建設(shè)維護(hù)中的問題，智慧水務(wù)解決方案幫助英國(guó)最大水務(wù)公司減少5%漏損，而自運(yùn)行以來，每年解決約27000個(gè)漏點(diǎn)，達(dá)到了英國(guó)最低的漏損率水平，大幅度提高了運(yùn)營(yíng)效率。

五、結(jié)語

在“智慧水務(wù)”理念的引導(dǎo)下，水務(wù)集團(tuán)的管理發(fā)生了變革，它們采用數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)葌鞲性O(shè)備在線檢測(cè)水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門設(shè)施，形成“水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”。集團(tuán)通過水務(wù)數(shù)字化管理平臺(tái)將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析與處理，即在各污水處理廠、泵站安裝數(shù)據(jù)采集前置機(jī)或數(shù)據(jù)采集DSP模塊，將自控系統(tǒng)中的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊瘓F(tuán)總部，進(jìn)行集中存儲(chǔ)和應(yīng)用。通過對(duì)各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和智能分析，再提供分類、分級(jí)預(yù)警，且利用短信、光、警報(bào)聲等通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，同時(shí)給予相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理水務(wù)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，使之更加數(shù)字化、智能化、規(guī)范化，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)?？偠灾?，智慧水務(wù)已經(jīng)成為水務(wù)管理的方向。不過，盡管智慧水務(wù)的建設(shè)收益前景可觀，其發(fā)展還需要克服許多障礙，例如一些公共數(shù)據(jù)資源如何有序開放和共享，監(jiān)管部門之間的協(xié)調(diào)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊斌，顧秀梅，武鋒強(qiáng)，張文君.基于GIS的城市地下管線綜合信息系統(tǒng)[J].科技導(dǎo)報(bào).2011（12）

[2]張芳，朱合華，吳江斌.城市地下空間信息化研究綜述[J].地下空間與工程學(xué)報(bào).2006（01）

[3]毛坤德，劉俊林，周圓.三維地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]. 城市勘測(cè).2007（06）

項(xiàng)目編號(hào)：2017cxcy268