基于物联网技术的管网巡检系统

万轶迅

(重庆水务集团股份有限公司，重庆 400015)

基于物联网技术的管网巡检系统

万轶迅

(重庆水务集团股份有限公司，重庆 400015)

本文系统介绍了基于物联网技术的管网巡检系统的系统架构、技术路线及功能设计，并对系统综合利用当前最先进的物联网、移动互联网、移动GIS、智能终端以及首创的图文导航等创新技术应用进行了详细介绍，最后对系统应用效果作了客观的评价。

物联网；移动GIS；管网巡检；图文导航

1 引言

供水管网及其附属设施的运维管理，一直是供水行业的一个老大难问题。随着城市发展速度的加快、管网规模的扩大、人们对公共服务要求的不断提高，管网的巡检、设备的保养、水表的抄读、事故的抢修，无一不在对供水企业提出更高的要求。

随着物联网技术、移动互联网技术、移动GIS平台和智能终端技术的快速发展，让我们在技术手段上有了创新的条件，综合运用这些条件，加上创新的图文导航思路，我们团队开发了以标定服务为支撑，以设备电子身份为基础，全面解决上述问题的新一代管网信息化管理系统。

2 系统架构

管网巡检系统基于专用IP数据网络，以GIS、GPS、移动终端、数据库技术等为支撑，集成基础信息资源平台、管网、信息安全等多种资源，通过多部门信息共享、协同工作，实现了对管网巡检的管理监督。通过数据中心，实现与相关部门的应用系统之间业务数据的信息交换，达到信息共享和协同工作，真正整合优化信息资源，建立覆盖全时段、全范围的管网巡检管理体系。系统在整体架构上进行了分层，底层由硬件平台及支撑平台组成，支撑平台包括管网GIS、数据交换平台等支撑系统组成，应用层基于SOA松耦合原则进一步进行了结构划分。

图1 管网巡检系统架构

3 技术路线

3.1 采用J2EE构架

J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition,J2EE）实质上是一个分布式的服务器应用程序设计环境，它提供了基于组件的，以服务器为中心的多层应用体系结构，它最大的优点就在于将企业的业务逻辑同系统服务和用户接口分开，放在它们之间的中间层。它提供了一系列的底层服务，如事务管理、缓冲池等，使得开发者能够将精力集中于企业的业务逻辑，而无需过多的关心与业务逻辑不太相干的系统环境等。由于采用多层结构，系统中同时会有多台服务器在工作，这样不仅能提高系统的整体运行效率，而且一旦某一台服务器

出现故障，应用程序会自动转移到另一台服务器上接着运行，这就有效的保障了系统整体运行的可靠性。

3.2 基于SOA构架

SOA（Service Oriented Architecture）是一种架构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。

3.3 遵循XML标准

XML（eXtensible Markup Language，可扩展置标语言）最大优点在于它的数据存储格式不受显示格式的制约。一篇文档一般包括三个要素:数据、结构以及显示方式。XML把文档的三要素独立开来，分别处理。XML还有其他许多优点，比如它有利于不同系统之间的信息交流，完全可以充当网际语言，并有希望成为数据和文档交换的标准机制。

4 管网巡检系统功能设计

本系统主要包括片区、巡检线路、巡检项目、临时点位设置、巡检计划编制、工作量考核、巡检工作监控、管网隐患分析八大后台功能，以及智能操作终端、现场标定服务和系统业务流程等特色功能。下面主要介绍系统的特色功能。

4.1 智能操作终端功能

4.1.1 定位及导航

通过GPS和图文导航结合，让任何人都能使用终端设备找到任何一个检查点和设备。

图2 定位导航例图

左图：通过GPS导航，在地图上快速的找到巡检点所在的地理位置，指引巡检人员到达现场。

右图：巡检人员到达巡检点所在范围后，巡检系统提供图文导航的方式，通过远景图-近景图-标签绑设位置的方式，精确地找到巡检点及标签所在位置。

4.1.2 巡检计划下载、查询

按距离显示检查点，方便工作，也可以强制按规定路线执行。采用状态提醒杜绝漏检，采用时间记录考核工作效率。

图3 状态提醒例图

4.1.3 巡检操作执行

采用勾选方式，方便现场操作；采用GPS定位、电子标签和照片（或录像）三重认证杜绝巡检不到位。

图4 巡检操作例图

4.1.4 现场取证及临时点位标注

对于现场发现的临时巡检点，可以直接在手持终端操作录入并自动定位位置。同时可以使用照相、录像、录音方式

现场取证。

4.2 现场标定服务

标定服务的目标是对一般现场设备进行智能化改造，标定作业将为每个设备绑定一个RFID电子标签（物理标定），使其具有能被信息系统识别的唯一电子身份，收集设备静态属性和动态属性并将其与电子身份绑定（逻辑标定），最后定义信息系统与智能化设备的交互协议（对话语言），使其能够与信息系统直接交互。把这些电子身份及其对应的信息记录收集回来，就形成了可供下游系统使用的物联网智能对象数据库。值得一提的是，这些信息中就包含很重要的“图文导航信息”，可以帮助我们实现100%的设备寻址。与此同时，标定还是一个全面普查的过程，可以全面细致地反映目前的管网情况，为解决最重要最急迫问题提供了信息支持。

4.3 系统业务流程

4.3.1 业务数据流程

图5 业务数据流程图

GIS上图：通过导入或绘制方式，将管网信息电子化，保存GIS系统未审核图档中。

图档审核：未审核的图档可能存在数据错误，需要不同的人员，通过抽查的方式，对图档进行审核，审核后作为正式数据入库。

安装标签：公司对重要设备安装NFC标签，作为设备身份标识。

图文导航：由于GPS可能存在偏差，为了更方便地查找管网设备，需要为关键设备制作图文导航，即通过设备周围的标志性建筑，拍摄照片，并在照片上标示走向。

设置项目：将图文导航与GIS信息进行连接，设置相关属性。

编排计划：编排管网设备的更新、维护、巡检的计划要求。

图档维护：管网信息发生变化后，对GIS信息进行增、删、改操作。

查询统计：提供WEB界面的查询统计功能，方便进行查询统计。

4.3.2 业务操作流程

图6 业务操作流程图

管理设置：将管网信息划分不同的片区，指定负责人，方便最终的指标考核。

编制计划：根据管网的重要程度、口径大小、供水负荷等因素，编制巡检工作的月计划、季计划和年计划。

下载计划：计划编制完成后，自动根据计划的时间、执行人员下载到相应的移动终端上。

现场巡检：巡检人员，根据手持终端指示，到达现场进行巡检。

问题反馈：现场巡检人员实时反馈现场问题。

问题处理：后台管理人员可根据现场反馈情况，实时指挥现场人员进行处理。

问题复查：根据巡检记录，能对处理的问题进行复查，保证工作完成率。

统计分析：提供对问题的统计及分析功能，为经常出现的问题提供处理依据。

4.3.3 现场操作流程

图7 现场操作流程图

计划下载：通过GPRS网络，自动下载巡检计划。

查询点位：通过GPS及图文导航的支持，快速找到巡检点位。

巡检到位：到达巡检点位所在位置。

标签识别：通过扫描电子标签，实现与服务器的交互通信。

问题录入：通过手持终端录入问题，实时传输到后台。

照相录像：通过拍照或录像取证，完成当前点位巡检。

下一点位：继续下一点位的巡检。

数据上传：巡检的所有信息通过GPRS网络实现实时上传。

5 系统亮点

5.1 自主开发、自主知识产权

系统所有涉及到有较高技术要求的部分，比如标定作业、数据更新、系统开发、系统维护升级，全部由我们团队自主开发并实现了服务化、产品化。系统在国内供水行业、燃气行业等涉及地下管网管理的行业都有较大的推广前景。

5.2 物联网技术应用落地项目

标定服务所产生的完整对象电子身份正是物联网的根本特征，它能很大程度上摆脱对人的依赖，工作人员只需也只能按照系统设定的业务规则进行操作，控制性业务数据由智能终端和改造后的智能设备自动交互产生，现场工作监督变得简单易行，彻底杜绝“在家巡检”、“隔山抄表”等现象。

5.3 创新实用的图文导航

创新性地综合利用了图片、文字和坐标信息，让民用定位精度的设备实现比专业设备更方便有效的设备寻址，避免传统定位寻址模式中对高价设备和高素质操作人员的依赖。任何人只要手持安装了终端系统的智能手机就能在第一时间快速找到目标设备（哪怕之前从来没去过），让人人都能用上真正的电子“活地图”，人员轮换、业务外包随心所欲。

5.4 充分利用开放资源

系统方案整合预制好了各种接口。本系统设计上没有采用昂贵的GIS系统，而是使用了公共Web地图，不用购买地图，更重要的是，公共Web地图会自动更新，拥有优秀的导航支持，甚至还可以结合实时路况演算抢修路径。

5.5 提高效率方便考核

本系统通过使用移动设备对RFID标签数据的读取，规范巡检人员巡检路线，提升其工作效率，便于考核。

6 结论

该系统已经在自来水公司江南营管所试运行，完成了GIS上图和关键点（阀门等）的资料梳理和现场标定，标定DN300以上关键点位1360个，制定了GIS上图和巡检计划编制标准流程，率先应用管网巡检系统进行管网巡检管理。该系统较好地解决了管网属性数据管理不足、巡检任务安排不合理、巡检及抢修效率低下等管网管理上的问题，使用效果良好。目前已向自来水公司其他厂所推广。该系统开创了物联网技术在供水行业的应用实例，在国内供水行业中处于领先地位。

[1]解自国，颜礼松，严仕新．物联网技术应用前景分析[J]．电子工业专用设备，2012，41(1)：8-11．

[2]何智华，甘庆华．基于物联网技术的排水管网监控管理系统[J]．山东工业技术，2015(15)：125-125．

[3]欧佳斌，张新长，郭泰圣．基于移动GIS的规划数据应用系统研究[J]．测绘通报，2014(12)：89-92．

The Pipeline Inspection System Based on Internet of Things Technology

Wan Yixun
（Chongqing Water Group Limited Company,Chongqing 400015）

This paper systematically introduces the system architecture,technical route and function design of the pipeline inspection system based on internet of things technology.And it introduces the current most advanced internet of things technology, mobile Internet,mobile GIS,intelligent terminal and the first graphic navigation technology used in the system.Finally it makes an objective evaluation on the system application effect.

internet of things；mobile GIS；the pipeline inspection；graphic navigation

TP311.52

A

1008-6609(2016)07-0077-04

万轶迅，男，重庆人，硕士，工程师，研究方向：工业自动化控制，计算机信息系统。