GIS 在供热管网中的建设与应用

贾华峰，田 静*，宫 龙

（1. 正元地理信息集团股份有限公司，山东 济南 250101）

以GIS为平台的管线系统既有面向所有管线由行业主管部门规划局或建设局等开发使用的综合管线管理系统[1]，也有面向单一管线由管线业主单位开发使用的专业管线管理系统，而供热管线是专业管线中的重要类型[2]。目前已有不少地区进行了供热管网地理信息的建设，但大多是对静态管线的查询、管理、分析等[2-3]。李明[4]等通过智慧热网监控现有管线的热力平衡来达到节约能耗的目标；谢惠君[5]等将数据采集与监视控制（SCADA）系统与GIS相结合，实现了对现有供热过程参数的全面实时监控。随着城市的发展，每年都有新的供热管线铺设；且随着时间的推移老旧管道面临老化的问题，因此本文根据供热公司的实际业务需求建设了供热管网GIS。

系统采用ArcGIS 平台、Oracle11 数据库，通过Web Service实现服务器与客户端的数据交互。系统实现了对热力管线和设施的查询、统计，新建、改建管网数据的审核入库，移动端巡检拍照上报，焊口点定位、拍照上传等管线工程管理的建设；同时可对接热源监控系统、换热站监控系统、用户计量系统等，将各个孤立的数据联系起来，在供热管网地理信息平台上进行展示，有利于分析水力平衡、热损情况，从而达到节能的目标。

1 系统架构

系统采用面向服务体系架构（SOA），基于Web服务实现空间信息资源共享以及跨平台异构多源数据的访问和互操作；全面支持OGC 标准接口，行业标准、国家测绘地理信息局标准以及扩展的SOAP 和REST协议的服务接口。总体架构如图1所示。

图1 供热管网GIS总体架构

1）数据层是平台的基础和核心，主要包括电子地图和瓦片数据等基础地理信息数据、热力管线发布数据以及各种元数据，采用Oracle 11g 关系型数据库实现系统管线数据的高效存储和管理。

2）引擎层是系统服务层的底层，包括系统采用的GIS 引擎、空间数据库引擎、瓦片地图引擎等，是连接数据层和服务层的中间层。

3）服务层主要实现对系统访问用户的安全认证、各种发布服务的管理以及用户操作的日志记录等，并为应用层提供数据发布服务、功能服务等支撑。

4）应用层是基于系统接口建立的管线信息浏览与查询系统，主要为系统用户提供数据浏览、信息查询与统计、实时监测、进度管理、日志查询等功能，从而实现与换热站监控系统、室温监控系统等的集成。

5）标准规范制度和安全保障体系。建立的各类标准体系和制定的各项安全措施是实现系统正常运行必不可少的前提和保障。

2 系统特点

2.1 供热管网数据特点

供热管网数据的特点包括：①热力管网包括水线（热水）和汽线（蒸汽）两类，其中水线又分为供水管和回水管，二者并行分布；②热力管网分为一次网和二次网，二者通过换热站进行热量交换，一般市政管网中的热力管网只包含一次网；③供热管线设备种类多，根据设施属性分为阀门、补偿器、热源、换热站、检修井、支架、堵头、计量表、普通点等九大类；④供热系统运行的五大环节依次为热源、一次网、换热站、二次网、热用户。

2.2 系统集成特点

1）具备当前管线系统的基本GIS功能，同时能实现对新建、改建管网的审核更新。管理者可从地图中查看对比管线更新前后的位置分布，从而准确审核是否通过。

2）集成了SCADA 系统的供热过程监测数据，使只有文字报表的监控系统数据能在GIS 中进行直观的空间位置展示。

3）采用移动GIS实现巡检隐患及时上报。在巡检过程中对系统中未录入的数据进行拍照说明，通过高精度定位设备上报位置信息；同时在服务端可查看、审核移动端上报的信息图片。

4）移动端依托高精度定位设备，对管线施工过程中的焊口点进行拍照、定位上传；服务端实现管线施工过程中影像资料的管理，为日后管线的安全运行和管线抢修提供准确的位置、图片等资料信息。

2.3 部署特点

移动端的巡检、焊口点拍照定位上传，需在公网环境下进行；而供热管网数据和业务数据因具有保密性，必须在内网发布。为了将公网运行的移动端数据接入内网，系统建立了连接内外网的中间网服务器。中间网服务器具有公网IP地址，移动端将拍摄的照片上传至中间网服务器，再通过FTP和消息队列将移动端上传的数据同步到内网数据库中。

3 系统实现

3.1 技术路线

1）整理已有的供热管线探测数据，并对管线数据进行质检。对于质检不合格的管线数据，将其反馈给探测单位进行修改；质检合格的管线数据则进行入库处理。入库后的管线数据和对接的地形、影像服务将作为供热管网GIS 中的基础数据。通过该流程可对补测的管线数据进行动态更新，保障系统数据的现势性。

2）对于热源、换热站、用户计量等监测数据，采用压力传感器、温度传感器、流量计等数据采集终端，通过GPRS/4G 网络实现数据的传输，在SCA⁃DA 中实时监控，最终在供热管网GIS 中实时展示监测数据。

3）管理人员在巡检养护系统的服务端规划并下发巡检任务点，巡检人员在移动终端获取巡检任务，并通过GPS实现任务点的定位。同时，巡检员还可对发现的隐患事故进行上报，方便管理者及时对隐患信息做出反应。

4）管线施工人员利用移动终端和高精度定位盒子采集管线焊口点、管线设施等关键点的基础信息和位置信息，并通过4G 网络上传至中间网服务器；再由中间网服务器通过FTP和消息队列传输到内网，从而展示在焊口定位工程管理系统中，实现市政管线工程施工影像的过程管理。系统实现的总体技术路线如图2 所示。

图2 总体技术路线图

3.2 系统功能

1）供热管网GIS实现了视图浏览、查询定位、统计出图等基本功能；可与热源、换热站等在线监测系统进行对接，在系统中实时展示监测数据；可录入通过审核的新建、改建、废弃的管线信息，实现管网数据的动态更新；可集成展示移动端巡检和焊口点定位上传的数据信息。某个换热站实时监测数据的展示界面如图3所示。

图3 换热站实时监测界面

2）巡检养护系统采用图示化管理，服务端主要由系统管理人员使用，为巡检管理提供计划、决策与支持；移动终端由巡检人员使用，主要完成周期性的巡检任务和临时巡检事故的上报处置。为供热行业量身定制的巡检养护系统，能有效满足供热管理部门对设施的巡视检查、隐患事故汇报，巡检人员的任务监管、实时跟踪和调度派工等信息化管理方面的需求。系统包括地图展示、巡检监控、巡检管理、位置上报、常规巡检、巡查上报、巡检统计等功能模块。

3）焊口定位工程管理系统同样采用图示化管理，服务端主要由项目负责人使用，可进行项目管理、部门管理、人员管理、角色管理、任务单管理、任务进度监控、统计分析、审核、向移动端推送项目等；移动终端由项目施工过程中涉及的全部人员使用（施工员、监理、项目经理、领导等），主要实现项目加载、任务点拍照、任务单维护、项目信息查看、项目统计、工程工序管理拍照、依托高精度定位设备实现的厘米级高精度定位上传、审核等功能。系统将管线焊口、管线设施的安装照片以及管线设施的基础信息通过高精度定位设备上传，实现供热管网市政基建工程施工影像的过程管理，解决了管线施工过程中资料不全，管线焊口、设施等关键点信息缺失等问题，为日后的供热管网安全运行和供热管网抢修提供了数据基础。

4 结 语

供热管网GIS 的建设，使得供热公司对于供热管网具备了较高层次的信息化管理水平，方便系统维护与数据更新。与已建立的各种业务系统关联起来，在地图上直观展示实时监测数据，突破了供热行业自动化控制系统可视化管理的概念。移动端依托高精度定位设备实现的定位、拍照上传，并在服务端展示管理，实现了管网建设工程影像的过程管理，有效解决了施工现场无监管、资料缺失等问题，为日后管线运行和设备抢修提供了准确的资料位置信息。系统还提供了标准化接口，可实现信息资源整合与共享。