基于Android的智能管道巡检系统的设计与实现

郭 晗，易佳仁，张 凯

（武汉科技大学 计算机科学与技术学院，湖北 武汉 430065)

一、引言

随着城市经济的迅猛发展、城市面积的不断扩大，石油、石化、电力等企业的水、电、油、气管网等基础设施覆盖范围的不断延展。城市地下管线数量、密度不断增加，复杂性也越来越大，各类管网出现跨度大、距离长、地质环境复杂的特点。

本文提出一种基于Android和3S的智能管道巡检系统，辅助监督巡查人员巡查和检修工作，降低安全隐患的存在几率，保证线路输送管网安全运行，提高水、电、油、气和通信管网的自动化水平和工作效率，提高经济效益和社会效益，对巡检工作的智能化具有极大的促进作用和较高的实用价值。

二、巡检系统设计

系统应用先进的地理信息系统技术（GIS)、GPS定位技术、GSM／GPRS通讯技术，针对智能手机和平板电脑普遍使用的Android嵌入式操作系统，设计和开发基于Android和3S的智能管道巡检系统。

巡检系统总体采用B／S（浏览器／服务器)和M／S（移动端／服务器)混合结构，即移动终端（Mobile)、浏览器（Browser)、服务器（Server)、以及相应的网络和通信链路所构成，巡检终端采用M／S结构，M／S是Mobile／Server的简称，是传统的C／S、B／S应用体系的延伸，各级监控终端采用B／S结构，管理员可以配置各级监控终端的权限，进行分级分类控制管理。巡检系统网络架构如图1所示。

巡检系统根据数据流程将其分为三个层次：数据采集层、数据传输层、服务处理层。

1.数据采集层：该层包括Android 3G智能终端（Mobile)，PC 浏览器端（Browser)。Android 3G智能终端用于GPS数据采集、现场图片采集、以及其他巡检信息录入，是巡检员日常巡检使用设备，巡检员随身携带，用于基础数据的采集，是数据采集的基础设备。

浏览器端当系统需要扩展功能时，只需要在系统服务器上进行更新程序，免除了大量更新的麻烦，使系统扩展非常容易；并且很多的web端应用可以在客户端电脑上进行处理，从而大大的减轻了服务器的负担。

2.数据传输层：数据传输时采用自动选择的方式，Android应用可根据具体的情况来选择传输途径。主要的传输方式有GSM信息传输、Internet网络（3G、GPRS)传输。

当Android终端搜索不到3G或者GPRS网络时，将选择GSM信息传输基本的GPS（经纬度)数据，该传输方式能够脱离网络的限制，无障碍的进行位置数据传输，是巡检人员位置定位的基本依据。但该方式不能传输图片等多媒体信息。

Internet网络传输有3G网络传输和GPRS网络传输，两者的基本传输流程相同。当Android终端能够搜索到3G或者GPRS信号时，将使用该方式传输，特别是实时的现场图片和其他多媒体的传输。

图1 巡检系统网络结构图

3.服务处理层：该层包括移动通信服务器、电子地图服务器、数据库服务器和系统管理服务器。移动通信服务器主要用于接收来自数据采集层的GSM短信息，也用来处理语音呼叫业务；电子地图服务器用来管理管线巡检系统的实时地图信息；数据库服务器用来存储系统产生的各种数据；而系统管理服务器作为系统的大脑指挥各组成部分协同工作。

三、巡检系统实现

巡检员登录系统后，系统自动完成每日巡检任务的下载，任务是由服务端预先设定的，如图2所示。下载成功后巡检Android会以高亮显示某一段管道并且标注任务的开始及结束，方便巡检人员对日常巡检任务的实时查看，以及对巡检任务重要度进行控制，完成日常巡检工作。巡检任务管理效果如图3、图4所示。

图2 巡检系统用户登录

图3 巡检路线选择

图4 地图显示及巡检功能

在巡检的过程中，如果发现线路异常，可以对巡检信息进行实时上报，包含现场图片采集，视频采集，语音反馈，如图4所示。当服务器端接收到巡检事件后会显示当前巡检事件发生的经纬度位置坐标以及事件描述和图片，待中心控制人员审查后做出统一调度，及时排查安全隐患。

四、系统创新及优点

基于GIS和Android的巡检系统的创新性和优点体现在以下4个方面。

1.系统可以确保记录巡检人员编号、巡检时间、停留时长、人员所处位置，从而保证巡检记录无法伪造，进而保证了统计结果的真实性。该系统为工作人员的巡检工作提供了科学的管理依据，可以彻底杜绝因为存在侥幸麻痹心理逃避巡检情况的出现。

在电子地图上实时反映出抢修车辆或抢修人员所在的具体位置，在故障抢修时能通知距离故障点最近的人员或车辆及时赶到现场进行抢修，这就为用水、用电等管网的优质服务提供了一个技术手段。

2.系统可以预设巡检时间、路线、方式，向巡检人员提示参数，智能化系统辅助巡检人员便捷录入。智能移动终端从服务器下载巡检路线数据，巡检设备数据，读取巡检信息后智能移动终端屏幕显示该地点的巡检项目内容。巡检人员按提示，然后开始一条线路的设备点检，并可以输入该地点的现场状况信息提交给服务器。

系统可以实现巡检线路的可视化，并具有精确的经纬度坐标；使线路巡检的交互性更强；能直接得出巡检方案；另外，由于地理信息引入规划中，加之GIS的网络分析功能，使得巡检路径规划过程更有效、规划结果更准确。

3.系统采用GPS定位技术，可以高精度实时传输巡检人员位置，如果在同一位置停留超时自动报警；对于高危巡检介质和线路，巡检人员也可以一键报警，以在突发状况中确保最快速度救援。

4.系统会将巡检员录入的数据实时传回总部并储存，以便于分析和调用。

五、结论

本系统能有效降低管网管理成本、提高工作效率以及服务水平，企业能够及时、准确、全面的掌握各条管道线路的信息，对介质传输实现实时信息掌握。基于Android和GIS的智能管道巡检系统以点检为核心实现设备维修管理，是保证设备可靠性、维护性、经济性的最佳化管理方法，是按照预先制定的技术标准对设备进行检查的一种先进管理手段，同时该系统在石油、石化、电力、供水等行业具有广泛的推广应用价值。

［1］彭涛.城市燃气安全管理研究［J］.信息系统工程，2011，（12)：159－161.

［2］韩强冯.电网GIS空间信息服务平台及其专业应用［J］.电力信息化，2011，（2)：152－156.

［3］詹德昊.GIS支持的供水管网信息管理系统［J］.城镇供水，2004，（2)：35－38.

［4］黄虎龙等.移动GIS在天然气长输管道巡检中的应用［J］.测绘与空间地理信息，2013，（8)：194－196.

［5］郭小龙等.基于PDA的嵌入式移动GIS系统应用研究与开发［J］.地理空间信息，2007，8（4)：19－23.

［6］李素杰等.基于GIS的PDA＋GPRS＋GPS长输油气管道巡线管理系统［J］.科技资，2013，（3)：15－16.