基于北斗的管线安全预警系统的设计与实现

摘  要：本文阐述了基于北斗的管线安全预警系统的设计与实现，系统综合了GIS空间分析、物联网实时监测预警、管网专业模型和分析模型集成等技术，形成了六大模块，即三维管网信息展示、城市管网信息展示、城市管网在线监控、城市管网安全预警、城市管网巡检养护及城市管网应急指挥。该系统的构建可大幅提升防灾能力，推进城市建设与数字化城市管理系统、智慧城市的融合。

关键词：管网安全;北斗;智慧城市;管道安全预警

中图分类号：TN913.8;TP277      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）13-0086-02

Design and Implementation of Pipeline Safety Early Warning System Based on Beidou

GUO Yihan

（Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co.，Ltd.，Jinan  250101，China）

Abstract：This paper describes the design and implementation of pipeline safety early warning system based on Beidou. The system integrates GIS spatial analysis，real-time monitoring and early warning of the internet of things，integration of pipe network professional model and analysis model. The system includes six modules：three-dimensional pipe network information display，urban pipe network information display，online monitoring of urban pipe network，urban pipe network security early warning，urban pipe network patrol maintenance and emergency command. The construction of this system can greatly enhance the disaster prevention ability and promote the integration with digital city management system and smart city.

Keywords：pipeline network security;Beidou;smart city;pipeline safety early warning

0  引  言

城市地下管線作为城市的“命脉”，是智慧城市建设的基础，与公共安全和人民生活息息相关。城市地下管线埋藏复杂，管道管理困难，难以及时发出事故警报，并采取快速抢救，公共安全问题日益突出。其所带来的影响强烈冲击了公众的心理底线，安全事件层出不穷。因此，急需采取更有效的手段，确保城市地下管线的有序建设和安全运行。

为加强地下管网的建设与监管，国家及地方密集发布了一系列关于地下管网的相关政策。结合北斗卫星导航系统的优势，“基于北斗的管线安全预警系统”项目应运而生。

1  系统建设目标

基于北斗的管线安全预警系统通过使用GIS技术、物联网技术、工作任务管理、通用框架等技术，以数据库资源、方法模型和知识库为基础，以地理信息技术、大数据挖掘技术、空间模拟分析、数据表达为手段，通过对城市地下管线安全运营数据的收集、分析，为管线系统的良好运行制定辅助管理计划，实现对管线运行设备的统一集中式管理、设备资源的协调和控制。该系统面向决策层、政府机构、管道管理和运营部门，可以提供管道运营决策服务。该系统基于共享服务平台，为城市管理和安全决策提供帮助。

2  系统体系架构

北斗管道安全预警系统的总体框架分为五个层次，如图1所示。

图1中显示的五个级别是：（1）用户层。主要是系统的应用客户端，包括工业PDA、手机、大屏、智能PC客户端等。（2）应用层。包括系统的各类应用功能：动态监测、报警集中管理、应急联动处理、智能分析、管道信息集成管理等。（3）数据层。数据是基于北斗的管线安全预警系统的血液，它主要包括实时数据库、管道运行数据和基础地理信息数据等。（4）网络层。包括无线网桥、3G网络、Wi-Fi、GPRS、WiMAX、卫星通讯、光纤等，为系统提供基础的网络支撑。（5）感知层。主要指的是在监测点投入建设的终端监测设备，如光纤检测设备等，构成系统的主机、存储、网络等硬件平台，以及将这些硬件整合成一套完整的系统所需的配套软件。在此硬件环境下，提供数据的前端采集、物理存储、计算服务、自动负载分配、数据冗余备份等基础服务。

3  关键技术

3.1  科学分析模型和物联网实时监测预警技术

通过科学分析模型，对地下管道危害进行识别和分类，并协助制定危险源的实时监测和控制计划。通过物联网和传感器网络技术，以及人工检查和监督，提高管道数据监控的实时性和准确性。全面实施不同级别危险源的安全监控，可对主要危险源进行远程实时监控，及时预警，事故等级辅助判断，以及分析事后回放监测数据。

3.2  管线运营大数据挖掘技术

根据地下管网建立管线神经网络模型，对管线运营过程中采集的实时监测历史数据找出变化规律，分析管网运行中存在的安全问题，对管网进行优化，实现资源最优化配置，提高客户满意度。

3.3  管线死亡预警技术

在每条地下管线的生命过程中都有一个生命极限，在管线运营维护过程中由于管道腐蚀、重复性开挖等原因，管线整个生命过程提前终止，与管线既定的使用年限存在差别，给管线安全管理造成隐患，需要根据防腐检测等数据重新分析管线剩余的运行周期，在管线运行周期即将结束时，发出报警，为管线管理企业决策部署提供支持。

3.4  光纤泄露检测技术

将监测光纤沿管道布置，管道中的天然气通常低于环境温度。放置在管道外部的分布式温度传感系统可以检测到温度突然下降，发现泄漏并精确定位。通过光纤温度传感器即时监测温度变化，利用在线监测系统，可以准确确定管道泄漏点和泄漏点的位置，实现天然气管道泄漏的在线监测。

4  系统功能设计与实现

基于北斗的管线安全预警系统从功能性质来划分，可分为六大模块，模块结构如图2所示。

4.1  三维管网信息展示系统

该系统利用先进技术，如计算机图形、数据库、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和三维建模等。系统可以实现对地下管网及附属设施等的三維立体展示以及查询统计功能，使企业可以从整体情况中掌握区域和周边特征的管道趋势，管道附属设施分布情况，并可以在三维虚拟场景下进行分析。系统包括工具、三维浏览、辅助量算、查询定位、信息查询、数据统计、工程分析、拓扑分析和数据导出模块。

4.2  城市管网信息展示系统

城市管网信息展示系统实现了平台相关数据的集成管理和应用。实现了管线数据、索引数据、地形数据等数据的统一管理。数据统一存放在服务器端;用户通过Web浏览器访问数据以进行地图浏览和地图打印服务。系统功能分为以下模块，即视图显示、地图定位、信息查询、报表统计、辅助工具、决策分析和打印输出。

4.3  城市管网在线监控系统

采用一体式监测设备或者其他设备和移动端设备，利用无线网络、3G网络、卫星通讯、光纤等传输方式，将监测现场情况，实时上报数据给监测中心，及时发现数据变化，识别隐患，实时预警。城市管网在线监测系统的主要功能包括实时监测和统计分析功能。包括燃气管网监控接入，供水管网监控接入，供热管网监控接入，排水管网监控接入等。

4.4  城市管网安全预警系统

系统实现了对地下管线的管理、预警以及调度，提升了企业对管线的整体管控能力，完善了管道安全系统，同时降低了企业的运营成本。该系统包括查询位置，监控数据管理，隐藏危险分析和报告统计等模块。

4.5  城市管网巡检养护系统

该系统实现了管网的调度、预警和控制。系统包括服务端和移动端。服务器包括简单检查，检查监控，检查管理和异常管理等模块。移动端使用北斗手持机，包括任务管理、地图导航和隐患管理等模块。

4.6  城市管网应急指挥系统

系统满足了管道安全隐患排除和管道快速应急响应的需要，实现了实施人员、资源、设备和现场综合控制管理，以及协助分析决策和指挥调度。系统综合管道和周围环境数据，危险源数据，监测数据等数据，完成整个事故处理流程（事故识别，事故分析，事故处理和事故汇总），并与城市应急指挥中心系统合作，启动应急响应计划，进行综合处理。该系统包括隐患危险警告，计划管理，应急资源和事故管理模块。

5  结  论

系统在基于北斗的定位技术上实现隐患和防范措施管理、重大危险源监控预警、互动式巡检等，并且在这些方面具有自己的特色，处于国内领先水平。然而，系统在管线死亡安全预警方面，对于管线的预警分析，有待进一步细化。

参考文献：

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作者简介：郭翌寒（1991.01-），女，汉族，山东菏泽人，毕业于武汉大学测绘工程专业，硕士研究生，研究方向：地下管网相关。