论文城市地下管线智能感知和云管控平台关键技术和设计，本文是关键技术相关论文写作资料范文与地下管线和管控和感知类论文写作资料范文.
摘 要：城市地下管线是城市的地下“生命线”,由于缺乏管理、资料缺失等多方面原因,导致无法有效监管,影响城市的正常运转.据此,综合采用卫星导航、GIS、物联网智能传感、云计算等技术手段,开展地下管网智能探测、监测、管理,实现城市综合地下管网的智能探测、精准定位、动态监测、管护.
关键词：地下管线；智能感知；云平台
前言
地下管线是城市的地下“生命线”[1],担负着城市各类资源和信息的传输任务,城市的正常运转需要“生命线”合理布局[2],统筹兼顾.
尽管城市化发展不断加速,城市地下管线的建设规模和水平不断提高,但管线的规划和管理相对欠缺,造成了地下管线运行监测体系不完善、资料不全、权属单位分散和位置误差较大的局面[2].在城市基建过程中,经常会出现管线被挖损、老化泄露等情况,往往都会造成停水、停电、停气、交通中断、通讯中断等事故[3],影响城市的正常运转和效率.城市地下管线问题已经成为社会关注的热点及焦点问题,因此,城市管理者迫切需要利用信息化手段将城市中所有地下管网管理起来,对地下管网的空间位置、权属及管线负荷运行情况等信息进行采集,将之存储在专业数据库中,再运用GIS 软件对其进行空间分析,实现城市地下管线合理管控.
一、地下管线管理信息化发展
通过梳理地下管线管理信息化发展历程,主要分为以下几个阶段：
（1）萌芽期.主要是在上个世纪七八十年代,市政管线的权属部门和城建部门利用直属档案室监管相关管线竣工资料.随着城市的发展,这种手工管理方式和纸质管线资料难以适应城市发展的需求,且矛盾日益尖锐.
（2）起步期.集中在上世纪80 年代末到90 年代初,城市改扩建工程大规模实施,为摸清城市地下管线情况,大部分城市开展了地下管线普查,使用CAD 绘制管线分布图,存储空间位置信息,同时使用FOXPRO 等数据库来存储管理管线的功能、材质等属性信息.但这些管线信息并未统一存储,分散由多个部门进行监管,造成了管理不便,更新困难.
（3）发展期.到90 年代,专业的GIS 软件引入国内,在一些行业开始应用,地下管线管理领域也逐渐使用GIS软件管理管线空间信息和位置信息,包括国外的GIS 软件Mapinfo、Arcinfo 以及国产的MapGIS 等软件,正是这些专业的GIS 软件,推动城市地下管线信息系统步入快速发展期.目前地下管线管理系统主要对管线的空间位置、自身材质、规格尺寸、运输物质等信息进行存储,以供主管单位或城建单位查阅,但对于竣工资料缺失的雨水、污水及其他管道资料,由于探测技术的局限性,这些管线较难探测,降低了基础数据质量,也影响了信息管理系统在城市建设中的作用.同时,由于管线相关信息的缺失,传统的地下管线信息系统无法对管线的维护提供基础信息.
二、地下管线智能感知与云管控关键技术研究
针对上述提及的国内城市地下管线重建设、轻监管的现状以及地下管线定位难、管理难的问题,本文综合采用卫星定位导航、GIS、物联网智能传感、云计算、移动通信等技术手段,开展地下管网智能探测、监测、日常管理、预警等关键技术研究,包括物探和GPS RTK 相结合的地下管网探测与更新技术、基于北斗卫星和电子标识的地下管网精准定位技术、基于多传感器智能感知的地下管网运行实时监控技术、基于移动平台的地下管线高频率巡检与应急快速响应技术、地下管线三维可视化管理技术、多源地下管线海量数据云管理与挖掘预警技术等关键技术进行研究.
（1）地下管线探测与更新技术.地下管线测量工作分为地下管线的探查和地下管线的测量两部分.①地下管线的探查.地下管线的探查主要针对明显的线点（主要有接线箱、变压器、消防栓、入孔井、窨井等附属设施）进行.作业时将所有窨井逐一打开,一一测量管径、走向、管道位置、深度等直接数据,并对走向判断不清的管线进行查证.②地下管线的测绘.地下管线的测量可依据第一步地下管线的探查所绘制的草图进行.内容主要包括建立地下管线测量控制网、管线点联测、内业管线图绘制等.
对于未还土的地下管线测量,主要是通过GPS RTK 技术测定管线的特征点二维或三维坐标来完成管线的测量工作.已竣工地下管线测量,主要是通过物探的方式将管线特征点反映到地面上,然后施测各种管线特征点,再把各特征点展绘在地形图上进行编辑.
（2）地下管网精准定位技术.地下管网精准定位通过在管网埋设电子标识设备和基于北斗卫星导航的定位技术实现.电子标识设备由采用低频RFID 射频识别技术的电子标识器、探测仪和软件管理系统组成.地下管网精准定位技术包括基于RFID 低频的地下管线识别技术、基于北斗导航和电磁场的地下管线位置快速查找技术、基于蓝牙和移动互联网的地下管线数据获取技术和基于LBS 的数据推送技术等.通过地下管网精准定位系统,可以快速、精准确定地下各类管线的地下路径及相关属性信息,可以为地下管线完整性管理、管线泄漏监测、管线防腐监测、管网应急抢修、管线智能巡检、管网施工管理等提供更精准的位置信息,从而推动实现地下管线管理的信息化和智能化.
（3）基于北斗的地下管线传感器安装和保护技术.基于北斗的地下管线传感器安装和保护装置,包括太阳能板、通讯和定位集成模块、太阳能控制系统和传感器,太阳能控制系统包括太阳能控制器和蓄电池；传感器设置在地下管线上,通过供电线与蓄电池连接,利用通讯线与通讯和定位集成模块连接；通讯和定位集成模块的壳体则固定在太阳能板下表面；通讯和定位集成模块通过供电线与蓄电池连接；太阳能板通过光伏控制线与太阳能控制器连接；方管顶部的一侧边通过铰链与通讯和定位集成模块的壳体下表面铰接；方管顶部相对一侧边上安装有升降杆,所述是升降杆通过升降控制器控制；升降杆顶部连接有滚轮,所述的滚轮顶在通讯和定位集成模块的壳体下表面；方管低部有护板,所述的太阳能控制系统和传感器分别安装在护板下表面；护板位于地面以下.
（4）地下管网运行状态实时监控技术.地下管网监控绝大部分不具备可见光的条件,并且大量信息无法通过监视器获得,例如有害气体浓度、液体的温度等.利用多传感器智能感知技术,部署多类型管网传感器,实时监控各类地下管线的尺寸规格、材质、传输物资及状态、腐蚀情况、泄漏点位置及大小等管线自身健康信息,如供水管道的水压、水流、水质,排水管道的水压、水流,供热管道的气压、流量、温度、供水回水,电力管线的电流、电压、功率,以及各类管线的破损及泄露情况等,通过3G/4G 等移动通信网络将异构的感知信息发送至管网云数据中心.
（5）地下管网三维可视化技术.应用三维地理信息技术,将管网设计图纸转化为三维模型；再通过专业的测量技术将现场环境和工程实体数据测量转化为实体三维模型,实现实体模型与设计模型的实时对比,及时了解建设过程中实时信息,对整个建设阶段进行可视化的管理.海量管网数据可视化、管网组件三维建模以及三维管网模型的时序分析等.
在地下管网三维可视化系统中,采用管线颜色可视化标识分类管理,如采用蓝色标识供水管,红色标识电力线,褐色标识排水管,绿色标识光缆,粉色标识供热管等.
（6）多源地下管线海量数据云管理与挖掘预警技术.由于地下管网数据的海量特性,以及随着新增管网、历史数据和实时状态监控信息的增加,数据规模还会呈几何级数增长.云计算环境,依托分布式计算、服务器资源池化、虚拟化动态迁移以及基于映射、缓存、存储技术的容灾备份等关键技术,为存储和管理海量地下管网数据提供了良好的解决方案.
通过云计算提高了海量地下管网数据的检索效率和管网信息系统的效率,也为多源管网数据融合、信息共享和分析挖掘提供了支撑.通过上传至云中心的各类定位信息、实时状态监测信息、日常巡检信息、基础地理信息等,可开展“仿真开挖分析”、“爆管分析”、“影响范围分析”等一系列智能分析,实现泄漏趋势分析、管网风险计算和动态风险评估预判等.如基于管道历史失效数据和管道属性等信息的管网失效概率预测模型,定量预测不同管段的失效概率,确定漏失重点监测区.
三、平台架构设计
（1）感知层包括北斗卫星定位导航、电子标识、视频、各类传感器等,实现海量地下管线的精准定位和实时运行状态监控.
（2）数据层和管理层构成“地下管网”云中心,数据层包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业( 不包括油气管线) 等管线的位置、属性信息、实时状态、历史数据以及管线周边基础地理信息等,管理层包括多源管网数据集成与融合、管网数据历史回溯与变化分析、管网运行状态监控与预警、管网日常巡检与管护、管网施工管理等.
（3）应用层为管网权属单位、规划部门、政府等用户开展地下管网管控、管网集成管理和规划决策等提供支撑.四、结语
城市地下管线包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施,是城市运行的重要基础设施.城市地下管线智能感知与云管控平台的设计与研究为摸清城市地下管线并系统化监控提供了可能,下一步,随着智慧城市和云计算等技术的发展,建设平台实现智能化管理势在必行.
地下管线因其内容丰富、不可见、类型复杂等多方面的特点,在实际感知和监管中,一些问题仍旧不能完全避免的存在.因此,只有通过不断探究与实践,充分利用现有技术结合地下管线规划、建设、监管等需求,提升管理效率,为城市地下管线提供综合性的解决方案.
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参考文献：
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