基于北斗的管線安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 ?要：本文闡述了基于北斗的管線安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)綜合了GIS空間分析、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警、管網(wǎng)專業(yè)模型和分析模型集成等技術(shù)，形成了六大模塊，即三維管網(wǎng)信息展示、城市管網(wǎng)信息展示、城市管網(wǎng)在線監(jiān)控、城市管網(wǎng)安全預(yù)警、城市管網(wǎng)巡檢養(yǎng)護(hù)及城市管網(wǎng)應(yīng)急指揮。該系統(tǒng)的構(gòu)建可大幅提升防災(zāi)能力，推進(jìn)城市建設(shè)與數(shù)字化城市管理系統(tǒng)、智慧城市的融合。

關(guān)鍵詞：管網(wǎng)安全;北斗;智慧城市;管道安全預(yù)警

中圖分類號(hào)：TN913.8;TP277 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）13-0086-02

Design and Implementation of Pipeline Safety Early Warning System Based on Beidou

GUO Yihan

（Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co.，Ltd.，Jinan ?250101，China）

Abstract：This paper describes the design and implementation of pipeline safety early warning system based on Beidou. The system integrates GIS spatial analysis，real-time monitoring and early warning of the internet of things，integration of pipe network professional model and analysis model. The system includes six modules：three-dimensional pipe network information display，urban pipe network information display，online monitoring of urban pipe network，urban pipe network security early warning，urban pipe network patrol maintenance and emergency command. The construction of this system can greatly enhance the disaster prevention ability and promote the integration with digital city management system and smart city.

Keywords：pipeline network security;Beidou;smart city;pipeline safety early warning

0 ?引 ?言

城市地下管線作為城市的“命脈”，是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)，與公共安全和人民生活息息相關(guān)。城市地下管線埋藏復(fù)雜，管道管理困難，難以及時(shí)發(fā)出事故警報(bào)，并采取快速搶救，公共安全問題日益突出。其所帶來的影響強(qiáng)烈沖擊了公眾的心理底線，安全事件層出不窮。因此，急需采取更有效的手段，確保城市地下管線的有序建設(shè)和安全運(yùn)行。

為加強(qiáng)地下管網(wǎng)的建設(shè)與監(jiān)管，國家及地方密集發(fā)布了一系列關(guān)于地下管網(wǎng)的相關(guān)政策。結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢，“基于北斗的管線安全預(yù)警系統(tǒng)”項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

1 ?系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

基于北斗的管線安全預(yù)警系統(tǒng)通過使用GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工作任務(wù)管理、通用框架等技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫資源、方法模型和知識(shí)庫為基礎(chǔ)，以地理信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、空間模擬分析、數(shù)據(jù)表達(dá)為手段，通過對(duì)城市地下管線安全運(yùn)營數(shù)據(jù)的收集、分析，為管線系統(tǒng)的良好運(yùn)行制定輔助管理計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)管線運(yùn)行設(shè)備的統(tǒng)一集中式管理、設(shè)備資源的協(xié)調(diào)和控制。該系統(tǒng)面向決策層、政府機(jī)構(gòu)、管道管理和運(yùn)營部門，可以提供管道運(yùn)營決策服務(wù)。該系統(tǒng)基于共享服務(wù)平臺(tái)，為城市管理和安全決策提供幫助。

2 ?系統(tǒng)體系架構(gòu)

北斗管道安全預(yù)警系統(tǒng)的總體框架分為五個(gè)層次，如圖1所示。

圖1中顯示的五個(gè)級(jí)別是：（1）用戶層。主要是系統(tǒng)的應(yīng)用客戶端，包括工業(yè)PDA、手機(jī)、大屏、智能PC客戶端等。（2）應(yīng)用層。包括系統(tǒng)的各類應(yīng)用功能：動(dòng)態(tài)監(jiān)測、報(bào)警集中管理、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處理、智能分析、管道信息集成管理等。（3）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)是基于北斗的管線安全預(yù)警系統(tǒng)的血液，它主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、管道運(yùn)行數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等。（4）網(wǎng)絡(luò)層。包括無線網(wǎng)橋、3G網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、GPRS、WiMAX、衛(wèi)星通訊、光纖等，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)支撐。（5）感知層。主要指的是在監(jiān)測點(diǎn)投入建設(shè)的終端監(jiān)測設(shè)備，如光纖檢測設(shè)備等，構(gòu)成系統(tǒng)的主機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等硬件平臺(tái)，以及將這些硬件整合成一套完整的系統(tǒng)所需的配套軟件。在此硬件環(huán)境下，提供數(shù)據(jù)的前端采集、物理存儲(chǔ)、計(jì)算服務(wù)、自動(dòng)負(fù)載分配、數(shù)據(jù)冗余備份等基礎(chǔ)服務(wù)。

3 ?關(guān)鍵技術(shù)

3.1 ?科學(xué)分析模型和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

通過科學(xué)分析模型，對(duì)地下管道危害進(jìn)行識(shí)別和分類，并協(xié)助制定危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制計(jì)劃。通過物聯(lián)網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及人工檢查和監(jiān)督，提高管道數(shù)據(jù)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。全面實(shí)施不同級(jí)別危險(xiǎn)源的安全監(jiān)控，可對(duì)主要危險(xiǎn)源進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)預(yù)警，事故等級(jí)輔助判斷，以及分析事后回放監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.2 ?管線運(yùn)營大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

根據(jù)地下管網(wǎng)建立管線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)管線運(yùn)營過程中采集的實(shí)時(shí)監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)找出變化規(guī)律，分析管網(wǎng)運(yùn)行中存在的安全問題，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)化配置，提高客戶滿意度。

3.3 ?管線死亡預(yù)警技術(shù)

在每條地下管線的生命過程中都有一個(gè)生命極限，在管線運(yùn)營維護(hù)過程中由于管道腐蝕、重復(fù)性開挖等原因，管線整個(gè)生命過程提前終止，與管線既定的使用年限存在差別，給管線安全管理造成隱患，需要根據(jù)防腐檢測等數(shù)據(jù)重新分析管線剩余的運(yùn)行周期，在管線運(yùn)行周期即將結(jié)束時(shí)，發(fā)出報(bào)警，為管線管理企業(yè)決策部署提供支持。

3.4 ?光纖泄露檢測技術(shù)

將監(jiān)測光纖沿管道布置，管道中的天然氣通常低于環(huán)境溫度。放置在管道外部的分布式溫度傳感系統(tǒng)可以檢測到溫度突然下降，發(fā)現(xiàn)泄漏并精確定位。通過光纖溫度傳感器即時(shí)監(jiān)測溫度變化，利用在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確確定管道泄漏點(diǎn)和泄漏點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)天然氣管道泄漏的在線監(jiān)測。

4 ?系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于北斗的管線安全預(yù)警系統(tǒng)從功能性質(zhì)來劃分，可分為六大模塊，模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.1 ?三維管網(wǎng)信息展示系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用先進(jìn)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)圖形、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）和三維建模等。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管網(wǎng)及附屬設(shè)施等的三維立體展示以及查詢統(tǒng)計(jì)功能，使企業(yè)可以從整體情況中掌握區(qū)域和周邊特征的管道趨勢，管道附屬設(shè)施分布情況，并可以在三維虛擬場景下進(jìn)行分析。系統(tǒng)包括工具、三維瀏覽、輔助量算、查詢定位、信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、工程分析、拓?fù)浞治龊蛿?shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。

4.2 ?城市管網(wǎng)信息展示系統(tǒng)

城市管網(wǎng)信息展示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)的集成管理和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在服務(wù)器端;用戶通過Web瀏覽器訪問數(shù)據(jù)以進(jìn)行地圖瀏覽和地圖打印服務(wù)。系統(tǒng)功能分為以下模塊，即視圖顯示、地圖定位、信息查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、輔助工具、決策分析和打印輸出。

4.3 ?城市管網(wǎng)在線監(jiān)控系統(tǒng)

采用一體式監(jiān)測設(shè)備或者其他設(shè)備和移動(dòng)端設(shè)備，利用無線網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊、光纖等傳輸方式，將監(jiān)測現(xiàn)場情況，實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)給監(jiān)測中心，及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化，識(shí)別隱患，實(shí)時(shí)預(yù)警。城市管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能包括實(shí)時(shí)監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)分析功能。包括燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控接入，供水管網(wǎng)監(jiān)控接入，供熱管網(wǎng)監(jiān)控接入，排水管網(wǎng)監(jiān)控接入等。

4.4 ?城市管網(wǎng)安全預(yù)警系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下管線的管理、預(yù)警以及調(diào)度，提升了企業(yè)對(duì)管線的整體管控能力，完善了管道安全系統(tǒng)，同時(shí)降低了企業(yè)的運(yùn)營成本。該系統(tǒng)包括查詢位置，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理，隱藏危險(xiǎn)分析和報(bào)告統(tǒng)計(jì)等模塊。

4.5 ?城市管網(wǎng)巡檢養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)的調(diào)度、預(yù)警和控制。系統(tǒng)包括服務(wù)端和移動(dòng)端。服務(wù)器包括簡單檢查，檢查監(jiān)控，檢查管理和異常管理等模塊。移動(dòng)端使用北斗手持機(jī)，包括任務(wù)管理、地圖導(dǎo)航和隱患管理等模塊。

4.6 ?城市管網(wǎng)應(yīng)急指揮系統(tǒng)

系統(tǒng)滿足了管道安全隱患排除和管道快速應(yīng)急響應(yīng)的需要，實(shí)現(xiàn)了實(shí)施人員、資源、設(shè)備和現(xiàn)場綜合控制管理，以及協(xié)助分析決策和指揮調(diào)度。系統(tǒng)綜合管道和周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，完成整個(gè)事故處理流程（事故識(shí)別，事故分析，事故處理和事故匯總），并與城市應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)合作，啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，進(jìn)行綜合處理。該系統(tǒng)包括隱患危險(xiǎn)警告，計(jì)劃管理，應(yīng)急資源和事故管理模塊。

5 ?結(jié) ?論

系統(tǒng)在基于北斗的定位技術(shù)上實(shí)現(xiàn)隱患和防范措施管理、重大危險(xiǎn)源監(jiān)控預(yù)警、互動(dòng)式巡檢等，并且在這些方面具有自己的特色，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。然而，系統(tǒng)在管線死亡安全預(yù)警方面，對(duì)于管線的預(yù)警分析，有待進(jìn)一步細(xì)化。

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作者簡介：郭翌寒（1991.01-），女，漢族，山東菏澤人，畢業(yè)于武漢大學(xué)測繪工程專業(yè)，碩士研究生，研究方向：地下管網(wǎng)相關(guān)。