智慧地下管网信息系统建设研究初探

1、引言

近年来，全国各地由于对城市管网运行监测不力而引发的安全事故屡见不鲜，这些安全事故本身及其次生灾害严重影响了新型城镇化建设，严重影响了城市环境，严重影响了老百姓生活环境，严重影响了老百姓出行安全。为有效解决城市管网所带来的各种“城市病”问题，国务院和有关部分连续出台相关政策文件，大力开展城市地下管网综合整治工作。2013年9月出台的《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》强调应“坚持先地下、后地上”、“在普查的基础上整合城市管网信息资源，消除市政地下管网安全隐患”。在国务院印发的《国家新型城镇化规划2014-2020年》中提出“发展智能管网，实现城市地下空间、地下管网的信息化管理和运行监控智能化”。住房城乡建设部提出的《国家智慧城市试点指标体系》中明确规定地下管网与空间综合管理指标：实现城市地下管网数字化综合管理、监控，并利用三维可视化等技术手段提升管理水平。在这样的政策环境下，建设智慧管线，提高城市地下管网管理水平，推进“智慧管网”建设刻不容缓。

本文以智慧管网设计方法论为指导，概述了智慧管网三维可视化、在线监测与大数据应用的基本理念和思路，阐述了智慧管网建设的主要内容。

2、智慧管网建设基本理念和策略研究

“智慧管网”未来发展方向将以监管、安全和服务为发展导向，充分整合已有管网数据和应用系统资源，进一步完善管网监测体系，建设管网大数据中心，对各类管网进行全生命周期的安全监测，并通过大数据分析，做到管网运行的“全程可见”。对突发异常事件进行快速处置，促进管网安全运行，做到事前预警、事中处置、事后总结，最终为防汛预警与处置、市政设施维护提供辅助决策提供技术支持。

通过建设“智慧管网”，借助三维可视化和仿真模拟技术，可实现对城市区域地上地下管网进行全景模拟浏览，全面实现城市地下管网的三维显示与管理，有效解决数据共享、数据更新、数据展现等问题，切实提升城市地下管网基础数据从规划、设计、建设、运行到废弃的全生命周期的管理水平。

2.1 在线监控一张网的建设

通过建设“智慧管网”，聚焦地下管网实时运行态势，借助物联网在线监控与窄带物联网传输技术，在供水、雨水、污水、电力、燃气以及路灯等管线中关键节点布设智能传感器，实现地下管网的压力、流量、流向、液位、有毒气体、可燃气体等指标的实时监测，全面掌握地下管网负荷运行情况和管网自身健康状态，由被动化管理向主动、智能化管理转变，减少和消除安全隐患，有效提升管网安全管理水平，做到管网运行的“全程可见”。

2.2 数据分析模型与预警系统的建设

通过建设“智慧管网”，开展数据分析模型研究与预警系统开发，借助大数据分析、挖掘技术，实现城市地下管网运行历史海量数据的精准化分析，分析地下管网系统的长期运行规律，结合实时数据实现管网运行负荷、溢流、堵塞、内涝、污水偷排、应急等方面的预警分析，提高管网运行在线监测的作业效率和管线综合管理能力，做到管网运行的“事前预警”，大幅提高应对管网应急事件的前期管理能力。

2.3 管线业务应用系统的建设

（1）智慧管网三维立体监管平台

以三维GIS技术为支撑，借助物联网技术对排水（雨污）、路灯、供电、供水、燃气等专业管线中的窨井盖、路灯、危险源气体、环境温度、湿度、降雨量、液位、流量、压力等指标进行监测，形成立体监测网络，达到了管网智能运行、智能预报预警机制, 突出及时发现、智能预防的智慧管网监管目标；同时，借助三维立体监管平台，结合采集的实时监测数据及海量历史数据，通过大数据分析模型，为城市管理和公共服务提供运行预警、专题分析、数据管理、在线监测、报警管理等功能，为管网整体运行监测提供数据支撑。

（2）基于在线监测的雨水管网运行负荷与溢流预警管理系统

系统利用物联网技术、4G无线传输技术动态获取雨水管网各检查点的液位变化情况、管网出口液位变化情况以及该区域降水量情况，对区域内的雨水管网运行负荷情况进行动态监测，结合数据分析模型，得出监测管网液位变化规律，计算管线运行负荷指数与溢流指数，为管网维护提供技术支持。同时，建立雨水管网运行负荷和溢流数据库，记录在不同降雨情景下，管网运行负荷指数和溢流指数信息，利用数据分析技术，通过仿真模拟系统，发现雨水管网负荷大的“瓶颈”环节或异常管段，做到事前预测预警，事中指导处置，事后分析评估。

（3）基于数据关联分析的污水偷排在线监测与预警管理系统

系统利用物联网技术、4G无线传输技术动态获取雨水管网各检查点的水中氨氮指标变化情况，结合通过与数据资源中心获取各检查点的氨氮指标历史数据进行比对，发现异常数据后，系统发出预警信息。系统自动向异常检查点上游的液位传感器发出指令，调取5分钟内各检查点的液位变化情况，初步确定偷排区间。

（4）基于大数据的雨水管网在线监测与堵塞预警管理系统

系统利用物联网技术、4G无线传输技术动态获取雨水管网各检查点的液位变化情况，结合通过数据资源中心获取各检查点的液位历史数据，借助大数据挖掘和分析工具，实现已经发生堵塞和容易发生堵塞的管网信息管理，形成全面、完整、准确的管网运行数据库，服务于城市规划、建设、管理和应急工作，有效规避管线事故的发生，降低因管线堵塞引发的管线事故造成的损失和影响，为城市管理和公共服务提供支持，实现管网堵塞可视化和预警管理，为管网堵塞治理、管网规划、应急指挥提供技术支撑。

3、小结

聚焦城市管网，建设监控一张网，采用大数据挖掘、多维度展示、物联网多终端互联、可视化仿真等技术，开展城市雨水管线综合展现、全网运行负荷、溢流、水质分析、应急防汛模型及相关关键技术研究，完善基础地理库、三维模型库、标准部件库、管网信息库、监测运行库、监测历史库等六大库，重点研发智慧管网三维立体监管平台、城市管网安全运行监控管理平台、城市管线运行监测与预警分发平台、城市管网应急防汛辅助决策管理平台，真正意义上，搭建起“有图、有数、有用”的城市管网“三有”智慧体系框架，从而有效保障城市地下管线运行安全的同时也有效支撑了城市精细化管理建设。