德阳智慧管线助力“智慧德阳”

魏昌盛，胡 亮，张著豪

(德阳市勘察测绘设计院，四川 德阳618000)

作为城市的重要基础设施，地下管线是一个城市的生命线，智慧管网是智慧城市的基础［1］。德阳市早在2011年就开始筹备地下管线平台建设工作，目标是建成二三维一体化的地下管线管理系统。经过组织机构的确立、普查队伍的组建、实施方案的编写、试验区测试、全面普查、系统编制、验收等环节，于2013年完成主城区110 km2的地下管线普查工作，包括电力、通信、排水、给水、燃气等8大类管线，管线总长度4460 km，并且开创性地以真三维的方式实现管线数字化，搭建了三维管线共享平台，经专家组评定达到国际先进水平。该平台作为“智慧德阳”的重要组成部分，实现了“地下智慧”，通过后续工作，将实现城市面子和里子的共同智能化，为公众服务。

该平台的建成实现了德阳市地下空间的科学规划、有序建设、合理利用，能够促进地下管线的安全保障，减少因管线破坏带来的经济损失及对生产、生活的影响。该平台在治疗“城市病”、提升城市化质量等方面发挥了积极作用，为提高城市安全能力、应急处理能力，促进城市现代化发展奠定了良好基础。

一、德阳智慧管线的特征

管线信息化是智慧管线的基础，纵观管线的发展历程，地下管线的管理经过纸质档案、数字档案、数字化管理和智慧管线4个阶段，在国家出台《城市管线普查工作指导手册》之前，大部分城市还采用的是纸质档案的管理模式，与城市管线的快速发展形成巨大反差，已经不能实现智慧城市的同步发展。管线的智慧管理具备以下特征［2］:

1)智能感知:传感器实时获取管线的温度、压力、流量等状况数据，并通过通信网络加GPS定位的方式把数据传输回管线数据中心。

2)网络互联:使用光纤网络、物联网、云计算等高科技信息技术，把管线、系统、人有效地连接起来。

3)大数据:支持包括管线数据、基础地理信息数据、业务数据等多源数据的集成并实现挖掘提取。

4)决策分析:基于整合的大数据库，运用GIS、云计算等分析工具，实现管线业务的决策分析。

二、德阳智慧管线的建设

1．地下管线基础数据库建设

数据层是智慧城市建设中非常重要的一环，起着基础、支撑的作用［3］。要获得能够运用于实际工作的管线系统，首先要进行管线数据的普查建库，获得管线的空间位置、属性信息及相关专业属性信息。在“共建共享，分工维护”的原则下，德阳地下管线数据库建设由多个部门合力建设完成［4］。德阳市地下管线的数据大部分由专业管线探测单位对主城区全区域的管线进行普查，获得管线空间位置信息、管线属性信息;其余部分由管线权属单位、建设单位、管理单位等提供各自管线的专业属性信息(如建设年代、使用年限、负载信息等)、管线专业部件和建构筑物信息等。这样，经多方共建、多种管线资源整合建成的地下管线基础数据库，管线基础信息丰富。另外，在地下管线基础数据库建成后，各管线部门要共同参与做好数据动态更新工作，确保数据的现势性［4-5］。

除了管线数据，平台还需要基础地理信息作为背景，包括大比例尺DLG、影像DOM、地形DEM、地上三维模型、道路数据、POI等。平台数据集成如图1所示。

图1 平台数据集成

2．感应系统建设

在管线感应系统建设中，主要工作是在管线关键部位安装智能传感器，重点是获取管线运行负载信息及管线健康状况，通过GPS和无线网络进行传输，对管线数据库进行实时更新，并且为系统分析功能提供支持。

无线射频识别技术(RFID)具有无接触和自动识别的优势，因此在当前作为最主要的传感技术被使用。德阳市主要运用的专业管线部门包括自来水公司和天然气公司，其余部分管线单位由于成本的原因尚未安装，但作为长远发展及智慧管线的要求，传感器的使用必将全面展开。新建管线或管线改造时主要方式有:使用配备有传感器的管道;管线和传感器分开埋设。

3．传输网络建设

包括有线网络、无线网络等通信设施的建设，设备有光纤宽带、服务器、交换机、路由器、防火墙等，把传感器获得的数据实时传输到数据中心。

4．管线信息平台建设

建立管线信息管理共享平台，实现各管线管理部门、档案管理部门、权属单位对管线数据的共建共享，保证数据的有效性。管线信息平台包括地下管线三维展示系统(包括C/S和B/S两种模式)、地下管线档案管理系统、地下管线规管系统等。系统主要功能结构如图2所示。管线三维效果如图3所示。

图2 系统主要功能结构

图3 管线三维效果细节展示

三、德阳市的智慧管网应用

德阳对于建设地下管线信息化，初始目标是建立二三维一体化的可视化管理平台，为智慧德阳的建设服务，具体应用如下。

1．管线三维可视化管理

通过德阳地下管线三维共享平台，能够加载航空影像、矢量地形、三维地上模型、POI等多维数据，地下管线以三维管线的形式进行可视化展示，管线管理部门、规划建设部门和管线权属单位等就能够直观地查看地下管线的分布情况、管线与周边建筑的空间关系，实现属性查询、分类统计、断面分析、碰撞分析、爆管分析等功能［6-7］。各管线相关部门能够通过专网接入和权限管理的方式，实现管线信息共享，也可更加高效地履行各自的管理职能。

对于管线的规划设计，可以先在二维平台下设计，然后加入到三维平台进行三维模拟展示并且进行与已有管线的间距分析，根据结果进行调整，以达到国家规定的安全间距，也能够进一步达到对地下空间的科学、合理的利用。根据这样形成的设计方案，在进行管道施工时，极大地避免了施工安全风险。

同时，档案管理部门可以4D的形式进行管理，即在3D的基础上配置时间序列的概念，通过管理系统可以实现管线规划、设计、施工、运维、更新的全生命周期管理，掌握每片区域管线的历史变化情况，记录城市地下的历史变迁［8］。

2．实时感知管线运行状况

对不同管道安装对应的感应设备，如燃气管道的压力感应、热力管道的温度感应等，系统操作人员通过感应设备获取的实时信息，全天候掌握管道的安全运行情况，并及时采取防护措施，有效避免事故的发生。如德阳自来水公司在给水管道上安装传感器，实时监控压力、水质等重要信息，就能够准确判断哪条管道有爆管或水质污染，可以根据系统提示，找到最近的阀门，进行处理。

在管线日常巡检中，巡视人员可以使用随身移动终端，对安装有感应设备的管线进行检查，发现问题及时解决。同样可以依据管线系统后台通过网络传输的处理命令到指定位置进行处置。

3．管线事故的应急指挥处理

通过管线普查数据的建库入库，获得了管线的基本属性信息，然后把数据分发给各权属和管理单位，通过属性编辑字段，对所属管线的建设年代和使用年限进行填写，完善管线数据库。在此基础上，系统能够判断哪些管线已经年代已久需要更换，并且实时对管线的更换情况进行报警。系统还能够通过设定的管线间距标准判断高风险区域，在图上高亮显示，进行风险预警。更关键的是，可以使用爆管分析功能，对管线运行中突发事故进行辅助决策，如天然气管道发生泄漏，通过传感器的定位，分析出需要紧急关闭的阀门和处理的区域，能够极大地减少损失。图4为爆管分析功能的运用。

图4 爆管分析功能运用

4．管线数据动态更新

运用网络互联、传感器技术和导航定位技术，把管道相关信息(主要是管道使用、健康等变化信息)，实时传输至系统后台，数据库中的信息也随之更新。当管线有新埋、改建或拆除时，通过竣工测量，获得竣工成果进行数据库更新，同时通过新埋管线配置的传感器对运行过程中的状态信息实时获取，从而实现管线数据全方位更新，为以后工作提供服务。

四、结束语

德阳市人民政府在2015年3月出台了《德阳市加强城镇地下管线建设管理实施方案》，确立了以副市长为组长的工作小组，明确了从制度规章到技术资金多方面的保障。通过德阳市地下管线系统平台的建设，并且加强物联网、智能传感器等新技术的使用，必将提高城市管线的管理和安全运营水平，对城市地下空间的开发和利用更趋于有效和合理，提升城市综合应急、防灾能力，有效推动德阳整个城市向智慧的目标发展。

［1］ 董绍环．城市地下综合管线管理信息系统研究与实现［D］．青岛:中国石油大学(华东)，2011．

［2］ 高铁军，吴立新．论城市管网智慧管理研究范畴与关键技术［J］．地理与地理信息科学，2011，4(8):19-23．

［3］ 王振源，段永嘉．我国智慧城市建设水平评价指标研究［J］．云南民族大学学报(哲学社会科学版)，2013(6):144-149．

［4］ 钟洪德，邱剑．浅谈智慧地下管线信息系统建设［J］．测绘通报，2013(S0):20-22．

［5］ 张丹．试论城市地下管线档案管理与信息化建设［J］．档案学研究，2008(3):18-20．

［6］ 龚建桥．三维地下综合管线管理系统关键技术研究与实现［D］．武汉:华中师范大学，2012．

［7］ 黄来源，李军辉，李远强，等．基于物联网技术的城市地下管线智能管理系统［J］．物联网技术，2012(4):62-65．

［8］ 张彦，赵东辉，张立伟．基于三维模式下城市地下管线管控一体化平台功能设计［J］．科技与企业，2014(5):94-94．