将物联网技术应用于城市地下管线管理

张晓光

(保定金迪地下管线探测工程有限公司，河北保定071051)

一、引 言

城市地下管线就像人体的血管，是城市的“生命线”，担负着城市中各种资源和信息的传输任务。随着城市建设进程的不断加快和社会经济的飞速发展，对地下管线进程科学有效管理的要求与目前落后的管理手段之间的矛盾日益突出。另外我国城市化进程开始较晚，地下管线规划和管理缺乏经验，形成了地下管线权属单位分散，地下管线运行监测体系不完善等很多问题，在城市建设中经常出现挖损管线、管线老化泄漏等情况，影响城市管网运行质量和效率。城市管理者迫切需要通过一种手段，将城市中所有地下管网管理起来，通过智能管理体系，对地下管网的空间位置、管线自身寿命、管线负荷运行情况、外界对其影响情况等信息进行数据采集，并存储于专门数据库中，运用软件进行分析，得出及时合理的处理维护措施。

二、城市地下管线管理现状及问题

我国早在1995年就注意到应对地下管线进行科学的管理，建设部和国家统计局联合在全国开展了首次城市地下管线普查工作。1996年，还成立了建设部科技委地下管线管理技术委员会全国的地下管线事业在地下管线普查技术、信息管理系统的建设和动态管理、控制供水管网漏水等方面都取得了进步。然而随着城市化的发展，城市地下管线系统也越来越庞大，与之相牵涉的关系也越来越复杂。城市供水、排水、供热、天然气、通信、电力、广播电视光缆等多种地下管线纵横交错，可谓剪不断理还乱。许多城市由于未能实现管线信息动态管理，管线资料收集、整理基本上仍然停滞在20世纪90年代的状况，随着时间的推移，管线资料逐步失去了现实性，信息老化，资料不全、不准，难以为地下开挖动工提供有效服务;再加上一些城市地下管线的管理体制尚未理顺，对于地下管线的集中、统一的规划管理尚未实现，多头管理的现象日趋严重，地下管线设计部门众多，一些资料存放较乱，地下管线的资料各部门都有，但都不全，不够准确可靠。此外，现在的城市建设中，许多建设单位只是单单为了满足建筑结构设计方面的需要而进行工程地质勘察，极少去顾及地下管线埋设情况，急功近利的现象非常明显。

三、管线信息化管理有待提高

我国城市现阶段的地下管线信息管理系统发展特点:

第一是传统意义的地下管线信息管理系统，该系统主要是对地下管线的空间位置、规格尺寸、运输介质等信息进行存储，以供主管单位或城建单位查阅。

第二是对管线空间位置的获得，主要依赖于竣工资料，竣工资料缺失的，则采取管线普查的方式。由于探测技术的局限性，许多老旧管线的探测还有难度，如竣工资料已缺失的老旧污水、雨水管道、各种专用的塑料管道实际探测难度大，而且探测成果精度低。由于基础数据的质量较低，也降低了信息管理系统在城市建设的指导作用。

第三是由于缺乏对地下管道、管线有关负荷运行情况和自身健康情况信息的获得手段，传统的地下管线信息管理系统无法对管线的维护保养提供基础信息，因而无法对城市地下管线灾害事故提供预警和应急决策信息。

四、基于物联网技术的城市地下管线信息管理系统构想

物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息。物联网是近几年来社会广泛关注的热点技术。物联网的概念是1999年提出的，英文名称叫“the intetnet of things(物物相连的互联网)”，物联网是指在互联网基础上整合传感、通信和信息处理等技术，按约定的协议，把相关物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

现阶段，物联网技术中的一个典型应用就是无线射频识别(radio frequency identification，RFID)，这是一种先进的非接触式自动识别技术。目前，RFID已经从研究阶段走向实用化，其单项技术已经趋于成熟。

可以通过地下管线智能管理系统将埋于地下的各种管线相关信息集中到一个综合信息管理分析平台上，为城市的规划建设、管理决策和应急处置提供信息服务。物联网技术的核心是物物相联，智能化相关合作，利用物联网技术的特点完全可以实现城市地下管线信息由获取、传输到分析、综合应用的整个过程，这一过程的实现其实就是城市地下管线智能管理系统的实现。

五、管线信息管理系统与物联网集成的体系架构

城市地下管线智能管理系统主要由3个层次组成，分别为监测层、传输层、应用层(如图1所示)。

监测层由各种类型的传感器组成，可实时获得地下管线的各种相关信息，包括空间位置、尺寸规格、材质、传输物质、传输状态、腐蚀情况、泄漏点位置、大小等管线自身健康情况信息。城市在新建管线和进行老旧管线的更新改造时，应逐步推进预先嵌入传感器管道的使用或者管线智能传感器的同步埋设。

传输层则主要通过有线网络、无线网络、无线射频识别RFID等通信手段，将感知层获得的数据由现场实时传输到更高层次的单元。传输层主要包括光纤网络、网络交换设备、光电转换设备、路由器、防火墙、服务器等。

应用层是城市地下管线智能管理系统功能应用的集中体现。

图1

六、物联网技术在管网管理系统中应用的优势

在地下管线信息管理系统中，感知层通过预埋于管线自身或附近的各类传感器，可实现对地下管线多维参数的获取，同时，管线本身具备信息接收和传达、反馈等智能要素。

地下管线信息管理系统具备强大的空间数据库功能，可以将一个城市的基础地理信息、各种管线空间信息、负荷运行信息及自身健康状况信息等复杂的属性信息一体化存储，并实观对信息的实时动态更新。

通过系统强大的空间分析能力、对地下管线多参数监测分析功能和其他各种应用分析功能，可以及时对管线中所传输物质的运行状态作出判断;快速准确地对管线运行中的突发事故作出紧急处理;也可以辅助城市规划部门科学地进行地下管线的规划和设计;同时可以指导市政管理部门对管线进行预防性维护和科学管理，最终实现对城市地下管线的智能化管理。

七、结束语

物联网被称作是计算机、互联网之后，世界信息技术产业的第三次浪潮，物联网技术的广泛应用，必然对未来的城市规划、建设、管理产生深刻的影响，基于物联网技术的城市地下管线信息管理系统是解决现阶段城市地下管线规划、建设、管理、维护等较为可行和极有发展前景的综合性技术手段。

略)