省级地下管网安全运行监管平台建设
2017-11-01何倩，方敏，扈震，单屹
何 倩，方 敏，扈 震，单 屹
（1.湖北省城乡建设发展中心，湖北 武汉 430071； 2.湖北省航测遥感院，湖北 武汉 430074；3.中国地质大学(武汉），湖北 武汉 430074）
省级地下管网安全运行监管平台建设
何 倩1，方 敏2，扈 震3，单 屹1
（1.湖北省城乡建设发展中心，湖北 武汉 430071； 2.湖北省航测遥感院，湖北 武汉 430074；3.中国地质大学(武汉），湖北 武汉 430074）
通过对当前地下管网现状的探讨，提出一种省级地下管网监督平台的建设方案。该方案从数据标准、数据管理、数据应用、技术路线进行研究，并以湖北省地下管网监督平台为案例进行探讨，旨在为各省监管平台的建设提供参考思路。
地下管网；省级；安全运行；监管
城市开展市级管网平台建设的同时，多数缺乏省级地下管网监管平台的建设。由于各城市都在发展自己的市级平台建设，缺乏统一的规划与监管，造成各城市地下管网发展不均衡，数据标准不统一，难以进行数据共享与方案借鉴[1-4]。除此之外，建设省级地下管网监管平台有利于统筹各市级的事故及应急方案，便于对各市级提供决策参考，及时敦促地下管线普查与建设进度，提高各市级的运维效率。因此，开展省级地下管网安全运行监管平台是地下管网发展的必然趋势。
1 研究内容
1.1 数据标准
统一的数据标准是实现省级管网监督的前提。当前我国的数据标准不统一，究其原因是没有统一标准规范[5]。除此之外，各市级地下管线信息系统的建设均来自不同的实施单位，数据内容和数据库设计差异较大，这就造成不同管理部门之间难以协调，各自建设自己的系统，存在安全隐患[6]。建设省级监管平台首先就需要统一标准体系，通过对各市级地下管线数据类别和性质的分析，统一建立省级地下管线数据库标准体系。此外，为实现地下管线数据全省统一和监管，需要分析各城镇管线数据交换内容和交换体系，实现分布式地下管线数据的共享与交换。
1.2 数据管理
1）数据抽取筛选：由于省级监管数据量庞大，省级中心数据库的创建、使用、更新与维护难度也较大，需要进行严格的数据抽取筛选。严格的数据筛选通常以一定时间范围内的在线监测数据为源，将抽取到的数据提交到省级监管平台，作为省级部门决策的参考。
2）数据汇交入库：省级监管平台对各市级管线管理单位开放，管理单位需要严格地按照地下管网数据提交标准提交各县市管网数据。这里需要采用附件形式，通过数据汇交功能，并由管理员严格对数据进行入库更新和反馈确认，以保证数据的完整性与现势性。
图1 省级平台数据层框架
3）档案管理建设：当前我国缺乏系统的基础性城建档案资料，且资料残缺不全、多以图纸等形式存在，建设单位难以了解地下已建项目，无法为城市规划、建设提供有效的保障[7]。因此，档案管理建设是数据管理必不可少的环节。
地下管网档案应建立管网数据中心，作为地下管网数据共享和交换的平台。档案管理建设需要包含管线信息采集、管线数据库建设与信息管理系统建设、动态管理3个方面。管理系统中应包含信息查询、信息编辑、信息服务、信息审查等模块。
4）容灾备份建设：容灾备份主要是为发生灾害损坏或服务器故障时，及时保证业务的不间断。容灾系统应当能确保灾害发生后，依然能最大限度地保障提供正常的应用服务。
5）数据审查分析：与数据汇交入库中审查员检查数据中的内容类似，对管网数据的属性完整性和图形完整性检查，评估各城镇管网数据的拓扑与连通管线。
6）数据共享服务：省级管网监管平台可作为地下管网数据分发和共享的枢纽，一方面可以为同级环保、规划、安监、能源等政府机构提供数据共享通道，满足城市建设和应急救灾的需要；另外一方面可以为国家相关部门提供全省统一的地下管线数据。
1.3 数据应用
1.3.1 监督管理
1）管网预警：管网预警可将发现的问题及时提交给市级管网平台，起到预警监督的作用。管网预警对入库的管线进行管线间的碰撞分析，并根据国家相关规定高亮显示出不达标的管线，以报告的形式提交给市级监管平台。此外，还可将管线保质期和铺设年限超出或接近运营管道年限的管线以图表的形式反馈至城镇管线管理单位，及时预警，保障运营安全。
2）运行维护：包括运行监督与维护监督。市级监管平台将定期抽取与筛选管网的运行状态，并提交到省级监管平台，以达到省级平台可以实时监督管网运行状态的目的。同样，省级监管平台也要求市级平台提交维护状态，以供省级部门进行维护监督。
3）规划审批：省级部门通过省级监管平台可以及时得到市级部门规划的项目明细，起到及时管控的作用。市级相关部门规划的管网建设项目提交到省级监管平台后，省级监管平台将对项目进行分析审批，并将审批结果反馈到市级监管平台，其结果包含存在的问题以及改进意见。
4）项目管理：项目管理中涵盖所有省内的管网项目，包括完成的项目、待完成的项目、待审批的项目等，该功能起到了对项目综合管理的作用，同时也能为其他市级提供项目参考。
5）智能分析：智能分析的设计主要是为防止操作人员的纰漏，同时提高操作人员的效率。该功能依据管网建设标准，当市级平台提交的实时数据中出现了异常点，例如，管网年限达到了限定日期、管网运行出现可疑状态，系统将会发出警告，并将可疑结果反馈到平台中。
1.3.2 决策分析
1）应急预案：当全省范围内发生管网事故时，省级主管部门领导可通过基于高密度的监测传感器，启动地下管网的空间分析和查询方法，快速确定事故点，分析出事故周围需要处置的各项危机隐患，提供合理的方案，为快速了解灾情现场和实施应急处置提供快读通道，提高政府职能部门的应急处置能力。
2）辅助决策：辅助决策中包含对不同管网泄露源的多种泄露模式，对各种模式发生的条件、特征进行细致的阐述，并提供应急参考。此外，还可调出以往的类似案例并进行分析，为政府部门提供决策依据，起到帮助、协助和辅助决策者的目的。
3）统计分析：统计分析功能主要是对事故造成的损失进行统计分析，以便进一步进行灾后评估。
4）灾后评估：灾后评估是对事故造成的损失进行评估，包括泄露损失、维护费用、人员伤亡等，同时，为以后发生事故时能有效地减少损失作参考。
图2 省级监管平台总框架
2 关键技术
2.1 省级海量数据加载技术
使用数据裁剪技术、数据动态装载技术以及LOD模型实现省级海量数据的加载应用[8]。数据裁剪技术主要是去掉不可见的多种变形，减少应用场景中不可见部分数据对正常数据的影响，进而保证正确处理了离视点近的动态遮挡目标数据。数据动态加载即通过把数据分层、分块模式与数据更新算法结合，实时加载用户需要的数据，充分利用计算机特性，通过对视点移动方向趋势的捕获，预先把数据从硬盘中装载到内存中，直接从内存中高效读取数据提升动态装载效率。应用多细节层次（LOD）模型，达到场景内容展示效果的渐进绘制，根据图形绘制的质量要求，对刷新频率进行优化设计，生成连续的多个LOD模型，提供不同的展示效果。
2.2 面向服务的分布式体系架构
使用基于HTTP传输协议的应用访问模式，以XML作为数据传输的载体，把应用需求不同的基础服务进行分别封装，形成具体的单独接口，包括三维数据服务、精细场景服务、本地搜索服务、人机交互服务等，实现数据和系统之间的分布式应用服务，实现地下管线数据共享、集成、交换，有利于不同应用系统的集成。
2.3 空间信息服务技术
目前空间信息技术应用于地下管线管理，多用于管线数据采集与建库上。省级平台在各城市地下管线普查与信息系统建设的基础上，结合省级地下管线主管部门的安全运行监管、档案信息共享与交换、大数据量的地下管线存储方面都做了深入研究。另外对地下空间分析、运行信息监测和决策支持方面，建立完善的地下管线空间数据分析理论和方法体系。
2.4 数据共享与数据安全控制技术
为了实现数据在各个部门中的安全共享，需要建立一整套的数据共享机制和安全管理控制机制，如实现用户管理体系、用户资源目录体系和权限体系的管理和配置，结合CA认证保障系统的安全性。还可以通过数据的加密体系，通过属性加密、矢量数据变换、矢量数据特殊标识、数字水印等技术，实现数据的安全。
3 湖北省级地下管网运行监管平台建设
近年来，湖北省地下管线事故屡屡发生，给城市居民生活带来了非常严重的后果，究其原因是湖北省全省城镇地下管线信息缺乏统一的监管。为积极响应国家号召，保障湖北省管网运行的安全，助力加快推动“智慧湖北”建设，湖北省开展了省级地下管网安全监管平台的建设计划，其目的是通过建设全省的地下管线数据中心和监管平台，整合全省各行业和权属单位的专业管线信息数据，全面查清城镇范围内地下管线现状和预防事故隐患，切实保障地下管线的安全运行。
湖北省省级管网平台将数据标准体系建设、省级地下管线管理模式、管线工作模式、服务共享模式作为项目目标，实现了在省级平台上对全省各主要城市地下管线的总体规划指导、建设情况统计汇总和管线资源宏观分析，为省政府提供行业规范化指导和宏观决策提供可靠的决策依据。
3.1 总体架构
该项目主要目的是通过建设省城镇地下管线数据中心和监管平台来研究湖北省省级地下管线数据中心和监管平台建设管理模式，并建设统一的标准规范体系和信息安全体系来保障数据中心运行的安全稳定。
1）物联传感为地下管线数据中心提供必要的监测数据，保障管网的安全运营。
2）信息集成与服务共享通过构建创新型的数据存储、管理与服务云模式，为数据中心提供存储、管理和数据服务共享发布等功能。
3）管线数据中心对全省城镇管线数据进行统一管理，保证基础数据的一致性、准确性和完整性，为各业务部门提供基础数据支持。
4）综合监管平台主要面向省级政府机关、管线主管部门、权属单位和社会公众，通过建设各类业务应用系统，为各有数据共享和服务需求的单位、集体、个人提供应用服务，通过信息化手段实现建设厅的行政职能。
5）标准体系规范包括建设符合国家和湖北省城市建设行业相关标准要求的数据生产、处理规范，符合国家信息化及湖北省建设厅业务要求的数据建库、入库、数据服务及共享标准规范；信息安全通过制定相应安全策略和安全防护机制，对数据中心信息安全架构进行有效支撑。
3.2 存在问题
1）全国各省份均为开展过省级地下管线综合监管平台的建设研究，对于各城镇管线数据如何建立完善的数据服务目录和省级地下管线数据库标准体系，如何创新性地应用全省城镇地下管线监管平台变革现有工作管理模式，目前国内均未有先例研究。
2）各城镇建设行政管理部门、各专业管线权属单位管线数据内容与标准不同，全省未进行统一管理，省级各管线管理相关部门和国家管理机构共享所辖地下管线数据并无有效通道，缺乏全省对地下管线档案统一管理。
3）地下管线安全运行是管线管理部门的底线，当应急事故发生时，由湖北省住建厅联合安监、能源等政府机构深入现场指导应急救援，抢险救灾工作耗时较长，当前并无有效信息化手段为地下管线应急抢险和指挥调度提供决策服务，削弱了省级管理部门灾害应急管理水平。
4 结论与展望
省级地下管网安全运行监管平台的建设有利于统一管理全省地下管线的运行维护，有效监督各地管线普查和信息系统建设是否按照政策法规执行，提高政府部门对事故应急调度、抢险救灾、决策分析的能力，助力加快“智慧管网”的建设，有着十分重要的意义。通过本文的分析，省级管网监管平台的建设方案已处于成熟状态，各项技术均可支持平台的开发，建设省级安全监管平台切实可行。虽然全国各省份鲜有开展省级综合监管平台，且全省数据标准尚未统一，但建设省级监管平台具有十分重要的意义，省级平台的建设势在必行，未来将会成为省级部门监管不可缺少的途径。
[1] 张寒． 基于GIS技术的城市排水管网系统的应用研究[D]．吉林大学, 2014
[2] 李海燕． 基于城市地下管线档案信息化管理探讨[J]．中国管理信息化, 2014(16):127-128
[3] 周梦麟． 浅议针对城市地下管网的安全防范措施和技术[J]．中国公共安全(学术版), 2015(9):74-76
[4] 王利华． 地下管线数据采集及建库研究[D]． 昆明理工大学,2015
[5] 解智强, 王贵武, 高忠,等． 数据标准在城市地下管线信息化过程中的关键作用[J]． 现代测绘, 2011, 34(2):25-28
[6] 秦智慧． 长沙市地下管线数据标准探讨[J]． 矿山测量,2008(1):8-11
[7] 郑丰收, 陶为翔, 潘良波,等． 城市地下管线智慧化管理平台建设研究[J]． 地下空间与工程学报, 2015, 11(增刊):378-382
[8] LOD模型生成算法研究[J]． 计算机技术与发展, 2005,15(4):27-29
P208
B
1672-4623（2017）10-0087-03
10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.029
2017-07-17。
何倩，高级工程师，主要从事地下管网普查与管理工作。
