互联网技术在地下管线管理中的应用

陈佑民，毋 焱，邓 勇，杨 帆

(北京埃德尔公司，北京100086)

一、我国地下管线发展现状及互联网技术发展

1.地下管线管理现状

地下管线(注:与下文“管网”同义)是城市地下基础设中是极其重要的组成部分，被称作维持城市正常运转的“生命线”。确保地下管线安全、可靠、高效运行，对于保障城市居民的正常生活，提高市民生活质量，改善城市投资环境，促进经济繁荣发展，确保国家和人民群众生活财产安全，构建平安和谐的社会环境，都有着极其重要的意义。随着经济和城市智慧化的发展，作为城市生命线的地下管线规模越来越庞大、种类越来越多。目前，我国有包括给水、排水(雨水、污水)、燃气(煤气、天然气、液化石油气)、电信、电力、热力、工业管道等10余种地下管线，它们担负着传送信息或输送介质的工作，在城市的整个地下纵横交错，通向四面八方。

城市地下管线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，我国城市地下管线管理在一些城市已实现信息化管理，但信息化全局工作缺乏有效规划，导致部分重复建设。信息孤岛现象严重，各类管线权属单位都在搞信息化，但都只有自己的管线资料，没有其他部门的管线资料，难以甚至无法对现有的信息进行深层次的综合统计和分析，不能给城市建设的决策部门提供全面的决策信息，直接影响城市的建设。经过对2008—2010年事故的统计，仅媒体报道，地下管线施工、运营和维护过程中各类地下管线事故每年数以千计，平均每天有5～6起的事故在发生。

中央领导高度重视地下管线治理和建设，为此，住房和城乡建设部对此作了重要批示，在2012年重点抓好的八项工作中，明确提出了对城市地下管线综合管理的要求:“各地要开展城市地下管线普查。各城市要积极探索创新地下管线管理方式，创造和积累管理经验。强化城市地下管线工程等城建档案管理，推动数字化城市管理平台功能向地下管线、城市安全等领域拓展。”

2.互联网技术的发展

随着全球物联网、新一代移动宽带网络、下一代互联网、云计算等新一轮信息技术迅速发展和深入应用，信息化发展正酝酿着重大变革和新的突破。利用智慧技术，建设智慧城市，是当今世界城市发展的趋势和特征。智慧城市是以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础，以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式。我国一些发达城市如北京、上海、广州、南京、武汉等在近几年已提出了智慧城市建设行动计划。

地下管线是城市赖以生存的基础设施，属于智慧城市建设中不可缺少的的智慧公共服务部分。各种数据采集、数据传输及数据应用处理等互联网技术正被逐步应用到智慧城市建设中，尤其是RFID、传感器、GPS、GIS、GSM、GPRS 等技术在地下管线管理中将发挥重要作用。

二、互联网技术在地下管线管理中的主要应用

近年来，随着互联网技术的高速发展，以及我国各地智慧城市建设和《物联网“十二五”发展规划》的出台，各种基于互联网技术的系统不断应用到地下管线管理中，其中应用最多的是管网GIS。为统一、规范管网GIS的建设，我国先后出台了《数字城市地理空间信息公共平台技术规范》、《地理信息公共平台基本规定》、《基础地理信息数据库基本规定》等规范和标准。

此外，基于互联网技术的在线监控、管网模型、养护管理和应急处理等管理系统也在不断应用到各类地下管线管理中，埃德尔实际上已经在几个城市得以实际应用的体会。同时，进一步深入研究分析，为保障城市地下生命线的安全运转提供了强大的技术保障，使城市地下管线的管理步入规范化、自动化、科学化的轨道;也为构建未来数字城市、智能城市和智慧城市奠定了重要的技术支撑基础，并为城市海量数据库的建立提供了充足的数据支持(如图1所示)。

图1 地下管线综合管理应用总体架构图

1.管网GIS

随着城市的不断发展，地下管线的种类将越来越多，整体规模持续扩大，管理的难度也越来越大。所以必须借助高速发展的互联网技术，研发管网地理信息系统(GIS)。利用计算机软、硬件，以及RFID、GPS等各种管线测量、定位设备，对地下管线空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述。管网GIS可将自然和人类社会活动的各种信息与地下管线空间位置、空间分布及其空间关系通过数字化而有机地结合在一起，在管网发生事故后能够快速、准确定位;同时，管网GIS提供了管网数据准确高效的动态更新机制，为管网规划、设计、调度、抢修和图籍资料管理提供强有力的科学决策依据(如图2所示)。

(1)管网数据建库管理

能够提供多样的数据更新手段，保证系统建立以后能够方便进行数据更新，包括全站仪等测量数据更新、竣工图更新及数据转换更新。

图2 排水管网GIS综合查询

(2)地图操作

1)地图缩放:包括放大、缩小、全图显示。

2)漫游:地图移动。

3)量算:包括距离、面积、角度量算。

4)图层控制:控制图层在窗口中是否显示。

5)地图设置:设置地图比例尺。

6)鹰眼:地图导航工具，显示当前在全幅地图中的位置。

7)横断面:显示某路面横截面下管线的铺设情况，以及该横截面管线相关属性信息和分布信息。

8)纵断面:显示某段管线的走向以及埋深，标高等。

9)三维视图:显示某个指定区域内管线的三维分布情况，并能查询相关管线信息，支持三维视图下管线的缩放、平移和任意角度旋转。

(3)管网地图编辑

提供丰富的数据输入、输出、检查和维护功能:

1)管网数据入库:导入测量外业采集数据，并根据提供的管网坐标信息，自动生成图形。

2)管网数据导出:将管网数据导出为相关数据格式。

3)拓扑检查:通过拓扑关系进行检查，包括孤立管线或管点设备的检查。

4)多媒体编辑:可以添加、删除、修改管线或管点多媒体信息，编辑完的多媒体信息在地图上显示。

5)数据维护:可以添加、修改、删除图层数据和对应的属性信息。

(4)查询统计

1)定位查询:定位是一种快捷的查询方式，用户可以根据坐标、道路名、图幅、设备编号等方式快速地查询到空间对象，从而达到定位目的。

2)数据查询:可根据图形查询属性和根据属性查询图形。

3)数据统计:数据统计提供丰富的报表统计方法和专题图表达方法。

(5)决策分析

提供多种地下管线综合分析手段和方式用于决策分析，包括:横剖面分析、纵剖面分析、碰撞监测、水平净距分析、垂直净距分析、爆管分析及三维展示等。

(6)资产管理

用于管理和维护各种管网设施、设备的基础档案信息，包括设备、设施的规格型号、生产厂家、安装时间等信息，并可根据维修次数、频率、检验周期等信息对管网设备、设施进行维修预测。

2.在线监控

在线监控主要在地下管线上或管道内安装各类传感器(如监测供水管网的压力、流量监测仪)，远程监控管线的运行状况。现场采集的在线监测数据或监控视频数据经过有线或GPRS无线等传输方式进入到后台数据库，同时系统根据设定的报警规则对采集到的数据进行分析，若发现管网设施运行状态异常或监测指标超出警戒值，则系统将异常设备所在GIS地图位置的图标闪烁，并向用户播放报警声音。在线监测到的异常数据也可以通过“电话自动语音”、“手机短信”、“电子邮件”和“系统在线消息”等多种方式及时发送给相关负责人员(发送内容一般包括时间、地点、监测指标项和监测值等)，为调度控制或组织抢险提供更加可靠的数据支持，帮助管理决策者制定更加及时、准确的应急抢险方案(如图3所示)。

图3 供水管网在线监控

3.管网模型

管网模型又称管网仿真，是数学模型的一种。管网模型主要用于地下管线的规划设计与改造、管网现状分析与异常诊断和管网的动态运行分析。在各类地下管线模型中，供水管网水力模型应用较早且较成熟。

水力模型是通过利用管网GIS数据和实时在线监控的压力、流量等数据，模拟各时段、各种情况下管网水流分布和动态实时变化，客观分析评价现有管网的运行状况及容量扩充空间，从而更加高效地预防管网水质污染事故，为科学地指导旧管网的改造提供数据参考，进一步保障供水安全。此外，通过模型模拟运行，可以找出未来管网建设的瓶颈，实现更加科学合理的供水布局，切实保障终端水质，提高终端服务水平，如图4所示。

图4 水质污染路径及影响范围模拟

4.养护管理

地下管线是城市基础设施的重要组成部分，也是城市赖以生存和发展的物质基础。地下管线是否安全运行，直接关系到人民生活质量，关系到城市经济和社会的可持续发展。因此必须加强地下管线的养护管理，应用互联网等科学技术手段提高地下管线的养护管理水平，确保其安全、可靠、高效运行。如应用CCTV、声纳进行管道检测，利用非开挖技术进行管道修复;应用管网GIS和集成GPS功能的智能终端(PDA、智能手机登)，实现养护计划、派工单等信息化管理。

5.应急处理

地下管线应急预案管理系统主要用于对城市地下管网突发事件应急预案的制定和管理工作，提高应对突发事件的综合管理水平和应急处理能力，加强突发事件信息报告与信息发布的规范化、制度化，确保各项应急响应决策措施的有序实施。应急预案管理系统将结合管网GIS，可快速定位事故点和进行事故分析，并生成现场抢修图进行输出打印。地下管线应急预案管理系统对文本预案进行数字化，可以使预案的编制更加规范，更加方便，解决了传统纸质预案的存储、管理、升级和使用不便等问题。

三、地下管线信息安全管理

应用互联网技术进行地下管线管理后将产生大量的管线数据，并且这些数据都属于保密数据。对于其中涉及国防、军事、国家安全的重要管网数据属于国家机密数据，必须遵守《保守国家秘密法》，确保管线数据的安全性。特别是对于供水管网信息的安全，国家住房和城乡建设部还专门下发了《关于进一步加强城市供水管网涉密信息管理的通知》(建办城〔2010〕50号)，进一步明确管网信息的保密范围，并要求进一步加强供水管网信息系统的管理、加强涉密人员的管理、加强保密工作规范化管理，以及进一步加强督导检查。

为保障地下管网信息系统可靠运行，保护管网信息资产的安全、数据的完整，使管网信息系统有效地实现管理目标，并有效率地利用计算机设备、网络等资源，笔者建议有必要引入管网管理新模式，即在强化现有信息中心部门职能的同时，增加信息系统审计岗位，该岗位可录属于审计部门，但必须独立于信息中心部门。

1.设立信息技术主管岗位，强化信息中心职能

地下管线系统是一个庞大的系统工程。高速发展的互联网技术实现了地下管线数字化管理，传统的管理模式在逐步淘汰，新的方式在不断涌出。因为在强化地下管线信息技术的总体规划和发展的同时，就必须引入信息技术主管的岗位，专职专责负责信息化的全面日常工作:

1)制定部门的管理制度及组织建设，并监督本部门人员全面完成部门职责范围内的各项工作任务。

2)负责信息化系统总体构架，构建信息化实施组织。

3)负责控制信息化项目预算和项目关键控制点的监督、控制和风险评价。

4)负责组织信息化项目的持续改进与日常维护。

5)负责业务人员的技术培训工作，为业务人员提供必要的技术支持。

6)负责本部门员工的工作检查、考核及评价。

同时，需要强化信息系统运行和维护相关的系统管理员、数据库管理员和安全管理员岗位职责，以保障系统的可靠、安全运行。

2.设立系统及信息安全审计岗位

地下管网系统及其产生的信息是城市宝贵的资产，因此需要强化系统及信息审计，确保系统的可靠、安全运行，以及信息的正确性、完整性，在审计部门下设立信息系统审计师(CISA)职位，把这个岗位和系统维护、应用分开，有其长远的特殊意义。

四、结束语

互联网技术的不断发展带动了城市向智能化、智慧化方向发展。城市化水平得到飞跃式发展的同时，也将促进互联网技术不断创新与发展。地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市的“生命线”。地下管线管理必须借助高速发展的互联网技术，实现规范化、自动化和科学化管理，以确保各类地下管线安全、稳定、高效运行。

［1］陈吉宁，赵冬泉，等.城市排水管网数字化管理的理论应用［M］.北京:中国建筑工业出版社.2010.