亳州市地下管网安全运行监测平台建设创新与实践

刘 旭 朱建忠 孙 柏

（1.正元地理信息集团股份有限公司，北京 101300；2.正元地理信息智慧城市建设公司，北京101300）

城市地下管网作为城市基础设施的重要组成部分，是城市生存和发展的基础，也是城市规划、建设、管理及运营的核心。由于缺乏有效的监管手段，导致地下管网的管理水平严重滞后于城市的扩张和发展速度，因管网引起的重大安全事故频发，给城市管理和人们正常工作生活带来了危险，影响了城市发展进程。为根除各类城市管网病，亳州市地下管网安全运行监测平台建设基于物联网的智慧管网管理新模式，全面提升地下管网的智能化监管水平，促进城市管网规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式发展，保证城市的高效运行与公共安全。

1 项目概况

根据2018年《关于进一步推进城市地下管网地理信息系统和安全运行监测系统建设的实施意见》文件的要求，为加快推进亳州市地下管网地理信息系统和安全运行监测系统建设，不断提升城市地下管网智能化、精细化管理水平，减少地下管网安全事故发生，2019年10月亳州市启动了地下管网安全运行监测平台的建设工作。项目总投资超过4 000万元，建设范围约60 km2，按照“服务民生、务求实效、整合现有、提升能力、全面覆盖、互惠共享、安全运行、信息可控、平台开放、构架灵活、优化流程、管理创新”的原则开展建设，建设具有示范引领能力的智慧管网标杆，打造精细化、精准化的城市管理模式，形成智能、高效、联动的公用设施建设、管理和应急模式。

城市地下管网作为“智慧亳州”的一部分，通过不断提升城市管理模式，助力亳州市智慧城市建设。2020年10月，项目顺利通过专家验收，目前已正式投入使用。

（1）小区及背街小巷管网普查：根据亳州市对地下管线数据的具体需求，对未进行普查的小区及背街小巷管网进行补充普查探测，形成完备的地下管线数据库，建立地下管线数据更新机制模式。（2）建设专业管线安全监测系统：智慧排水专项、智慧供水专项、智慧燃气专项、智慧供热专项等安全检测系统。为亳州市管线管理工作提供科学的决策依据，实现定位管理精细化、安全监管综合化、应急处置高效化、信息共享全面化。（3）建设城市地下管网前端感知系统：建设地下管网前端感知体系，包括供水、排水、燃气、供热等市政管网及附属设施，进行重点区域物联网设备的安装部署，全面监测城市所有地下管网安全运行状况。（4）建设综合安全监测平台和监管体系：构建亳州市综合安全监管体制机制，建设综合安全监测平台，基于管线动态监测数据，全面、实时掌控管线运行状态及管线工程，提升城市管线安全预警及应急处置能力。

2 项目建设

（1）建设思路。项目以地下管线“全业务覆盖、全生命周期管理、全智能化运营”为主线，利用物联网、大数据、云计算、空间地理信息集成、移动互联网等新一代信息技术，聚焦地下管网运行安全治理，采用物探手段进行管线探测，开展隐患排查工作，明确地下管线的结构性隐患和危险源。通过智能传感器、实时监测、自动控制等物联网技术，构建管线综合管理的动态监测网络，实现对管线微观运营状态的感知，实现各类市政管线及其附属设施的定位管理、监测预警、应急处置等管理服务功能。通过建设“智慧管网”，提升亳州市地下管网的智能化监管水平，推广城市管网规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式，保证城市的高效运行与公共安全。

（2）项目架构。亳州市地下管网安全运行监测平台涉及多个单位，在系统设计时注重开放性和兼容性，采用模块式开发，支持多网络、跨平台、跨系统的应用。结合亳州市地下管网建设现状，充分利用对已取得的成果，整合建设单位已有数据资源、应用系统、基础软硬件等条件，实现最大限度资源共享。根据亳州市管线建设及管理实际需求出发，构建亳州市地下管网安全运行监测平台项目架构如图1所示。

图1 项目架构图

3 项目创新点

（1）搭建地上一体化展示平台。在地上数据建设方面，项目采用倾斜摄影航空测量，获取亳州市主城区50 km2的地上建筑物三维模型，通过空三解算、多视角点云匹配、三角网构建、实景纹理贴面等步骤，最终生成三角格网的全要素场景模型。在地下数据展示方面，在二维管线普查数据的基础上，利用参数化三维建模技术，开展了三维管线建模工作，形成地上地下二三维一体化展示及应用的基础数据。三维应用系统中提供三维浏览、查询定位、地形开挖、分析统计、结果输出等功能，为相关部门提供完善的地下管线三维可视化信息管理。在三维可视化的管网数据中，系统提供了辅助分析、专题应用等分析功能，实现对决策基础数据资源的数字化、可视化管理。通过三维GIS技术，将地图元素和地下空间信息融入管理系统中，实现了城市决策信息资源的数字化和可视化[1]。

（2）物联网数据统一接入平台。亳州市地下管线智能化建设面临多种多样的物联网感知设备，包括自建设备、已有设备。因此，需要建设统一的物联网接入平台，将多种接入手段整合利用，提供多协议适配，统一互联、接入网络，实现管线压力、温度、流量、位置状态等信息感知以及各类设备的适配、安全接入和身份认证。在实际的应用中应解决多协议接入、大量连接、数据存储、消息分发等问题，通过移动网络、互联网、专网将各类数据安全、稳定、可靠传输至数据中心[2]。地上一体化展示平台如图2所示。

图2 地上一体化展示平台

排水管网监测：建设8处道路积水点、10处河道水位监测站、40个窨井水位监测、3个河道水质监测站及14个泵站自控改造。供水管网监测：建设40套压力监测点、15处流量监测点、20处供水水质监测站。燃气监测：安装35处调压站监控、70个窨井有毒有害气体监测，安装1 000套井盖报警触发器。

项目运行期间，每日接收物联网监测数据几十万条，物联网接入平台运行良好稳定。项目基于物联网统一平台开发的综合管网监控预警系统，借助物联网监测、大数据分析、挖掘技术、模型仿真模拟等先进技术，对城市地下管网进行综合监管，实现对地下管网运行状态的实时监测和监测数据的精准化分析，为管网的现状分析、动态模拟、运行管理、风险分析、应急处置和科学化管理提供可靠的基础数据和有效的监管手段，提升了亳州市城市管理综合服务水平。

（3）实现了基于实时大数据的排水管网模型技术。项目建立了基于实时大数据的排水管网模型，实现了城市排水管网运行模拟和城市洪涝积水预测。在排水管网数据的基础上，对管网数据进行深层次加工处理，结合水动力学参数的验证，融合实时在线监测大数据（管网流量、窨井水位、河道水位等），建立排水管网水动力学模型，形成城市排水防涝设施数据管理与模拟分析系统，可完整模拟城市降雨径流过程，模拟不同雨情情况下易涝点周边区域积水情况，为改进行泄通道提供指导，减少或避免城市内涝的发生。

4 结语

亳州市地下管网安全运行监测平台项目建设立足于解决地下管网管理现状和管线安全管理核心需求，以管线的全生命周期管理和安全管理为核心，开展了相关应用的系统研究。项目集成应用物联网、云计算、大数据、精确探测等先进技术，自主研发了管网综合监管平台和专项应用系统，实现了城市地下管网的智能化监管，提升了地下管线的智慧化管理，保障了城市地下管网安全、绿色、高效运行。