基于物联网技术的市政管网管理系统的设计与实现

冀汶莉+马晴

摘要：智慧城市是结合互联网和物联网技术的城市建设的趋势，而作为城市“生命线”的地下管网的信息化建设也成为实现智慧城市建设的关键和基础。但目前我国城市地下管线的信息化建设发展滞后，大多是一些管网铺设图的资料存储，无法在巡检工作中进行有效的利用也无法进行资源共享。该文提出基于物联网和互联网技术设计并实现了一套市政地下管网管理系统，系统完成了以RFID作为管网数据感知端，以Zigbee作为无线传输，用TCP/IP作为远程数据传输的方式；服务器端采用MVC开发模式，以B/S模式提供浏览器的使用方式。系统功能包括标签管理、施工管理、管网管理、巡检管理、维修管理、派工管理、异常管理、地图显示、风险评估的地下管网管理系统。最后将系统部署到阿里云的公共平台上，经过系统测试系统运行正常，该课题为城市部门的地下管网精细化服务和管理提供了可借鉴的系统实现模型。

关键词： 智慧城市；地下管网管理系统；风险评估

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）28-0269-03

Abstract： At present smart city tend to be a feature of city building combined with Internet and Internet of Thing technology. Information construction of the city underground pipeline network becomes the key to realizing smart city. But Information construction of the city underground pipe network develop slowly， relevant departments have no the effective utilization and the resource sharing. This article is designed and completed a pipeline network management system in the city construction municipal by using Internet of Things and internet. The system uses browser to develop user management， label management， construction management， pipeline management， inspection management， maintenance management， dispatching management， exception management， comprehensive analysis， map display， the risk assessment of underground pipe network. The programming language is java Based on the MVC pattern. We use RFID to track special pipeline and use Zigbee， TCP/IP to transmit the data. Finally， we deploy system to Ali's public cloud platform. This project could provide referential experience system implementation model about service and management of underground pipeline network.

Key words： Smart city； management system of underground Pipeline network； risk Assessment

城市地下管線的管理是城市基础设施建设管理工作中最重要的一环。目前国家正在大力提倡以物联网和互联网为技术基础的智慧型城市建设，而作为城市“生命线”的地下管网，其信息化建设成为实现智慧城市的关键之一[1-2]。

但目前大多数城市管网和区域性管网面临着管道线路老化、管理混乱、应急处理能力差等问题。地下管线施工建设缺乏统一的规划，各种管线存在交叉、叠加现象。在管道维修中，由于没有统一的信息共享平台，挖掘机械常常是“盲挖”，需要维修的管道找不到，其他管道又被挖断的情况时有发生。城市地下管网及其管理已经严重滞后于城市的发展，成为阻碍城市建设和经济发展的一大障碍。

作者提出了以RFID和Zigbee为技术基础的新型城市地下管网的信息化管理。可以利用RFID及Zigbee作为新的技术手段，以一种非开挖的方式在日常维护中满足管线的精确定位和反映管线的实际信息，并且能够较好地解决传统管线在维护和施工中遇到的问题。尤其是对于提高管线的抢修速度、降低维修的成本有很大帮助。还可在此基础上建立对管道进行巡检和维修记录的资源库，为日后的地下管网数据分析及科学预警提供基础数据支持。

1 系统组成

在上述需求分析的基础上，系统的设计分为三层分别是感知层、传输层及应用层。

感知层：本系统涉及自动识别和追踪物体，采用RFID技术来实现。由RFID阅读器自动读取贴于管道上或地表上的存储有管网属性信息的RFID标签数据[3-4]。

传输层：传输层是利用现有的信息传输方式将采集的数据传送至市政管网系统的相关服务器，主要是负责传输感知层采集的管网信息。本系统中借助于Android移动终端驱动RFID阅读器，采集RFID标签中的管网的相关标识信息，Android移动终端通过HTTP通信模式和市政管网服务器之间进行数据通信。endprint

应用层：项目组开发的地下管网信息管理系统，为不同的用户提供相关的地下管网信息服务。主要包括对标签和管网信息的日常维护和管理、巡检信息及维护、维修信息及维护、利用系统中分布式数据存储中的相关数据进行管道评估和预警[5-6]。

系统网络框架如图1所示：

2 系统设计

市政地下管网管理系统针对不同用户提供不同的服务，除了对管网信息进行日常管理、巡检和查询外，还针对管网运行状况以及重要参数进行数据采集，结合专门的分析评估数学模型，发现潜在故障隐患以及运行风险，及时做出预警和应对措施。该系统主要包括权限登陆、人员管理、标签管理、管网管理、查询统计、风险评估、异常统计、报（预）警等功能模块。

其功能图如图2所示：

系统的数据库系统的数据模型如图3所示：

3 系统实现

本系统采用了目前流行的MVC的开发框架，最终将系统部署到阿里云上，采用阿里云Ali Cloud Engine平台支持该系统的测试。

本系统在登录模块中采用了角色权限的安全管理模式，根据需求分析设计了三种角色分别是管理员、巡检员、维修员。系统根据角色的不同选择进入不同的功能界面。登录验证页面如图4所示：

通过管网管理模块可以维护并查询到该管网的详细信息，如该管网类型、附着在管网上的标签ID号、 标签安放的位置、管网的高度、管网的经纬度、管网半径、管道铺设时间等信息。并提供管理员对巡检信息和维修信息的统一管理。如图5所示：

在管网管理中提供了地图显示功能，采用百度地图API进行系统中管网位置信息的百度地图的相关开发。如下图6所示。

管网巡检模块是整个智慧管网综合服务系统重点开发的模块，包括发送巡检派工单、风险评估、异常统计、巡检统计等四个子模块。

管网维修模块功能较为简单，包括发送维修施工派工单、接收批量上传的维修信息、按维修人员或管网类型查询维修记录三个模块。主界面如图11示：

4 結论

本文首先分析了当前城市市政管理中对地下管网管理中存在的问题以及现有系统的缺陷，结合物联网技术以及市政对地下管网管理的实际需求，设计实现了基于RFID、Zigbee技术的地下管网管理系统。系统在完成对地下管网信息的基本管理功能之外，为解决现场管理、工程施工、线路维护时进行快速准确定位提供了新思路。

参考文献：

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[8] George Porter，UC San Diego，a Jolla. Decoupling Storage and Computing in Hadoopwith Super Data Node[J]. ACM SIGOPS Operating System Review，Volume 44 Issue 2， April，2010.endprint