一种智慧地下通信管线信息系统的设计与实现

焦鹏 刘永超

【摘要】随着智能化应用的兴起，现代城市的发展从信息化逐渐向智能化演进。在智慧城市时代，运用现代化的技术手段，可以有效解决由于人口密度增加而带来的诸多问题。地下管线信息系统作为智慧城市发展的重要基础，需要通过信息化手段进行管理，实现信息实时交互，确保地下管线的安全运行。因此，本文对智慧地下管线信息系统的设计进行研究，试图为之提供行之有效的可行性建议。

【关键词】智慧城市;通信管线;信息;系统设计

中图分类号：TN92                 文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）015-047-03

Abstract： With the rise of intelligent application， the development of modern cities has gradually evolved from informationization to intelligence. In the era of smart city， many problems caused by the increase of population density can be effectively solved by using modern technical means. Underground pipeline information system， as an important foundation for the development of smart city， needs to be managed by means of information technology to realize real-time information interaction and ensure the safe operation of underground pipelines. Therefore， this paper studies the design of intelligent underground pipeline information system， trying to provide effective feasible suggestions.

Keywords： Smart city; Communication pipeline; Information; system design

智慧城市（Smart City）作為新一代信息技术支撑、知识社会创新2.0环境下的城市形态，主要是依托于计算机技术、网络技术、自动化控制技术等先进技术，对城市规划、建设、生产、生活等内容进行智能化管理，实现城市资源的优化配置的同时，让城市运转的更加高效和敏捷。地下管线作为智慧城市发展的重要基础设施，担负着信息传输、能源输送等关键工作，同时也是城市生存发展的重要物质基础。地下管线的“智慧化”管理对于智慧城市的发展有着至关重要的作用，可以满足决策、管理部门和施工单位的需求已经成为智慧城市发展的首要问题。下面就对一种智慧地下管线信息系统的设计与实现进行深入分析。

1. 地下管线信息系统设计思路

1.1 地理信息技术

地下管线信息系统是城市规划、建设、发展的重要基础，以物联网技术、计算机技术为载体，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）为平台的应用型技术系统。GIS主要是一种辅助支持系统，可以存储和处理地理信息代码，根据地理坐标对地下管线进行管理、检索、评价、分析等处理，提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务。通过GIS技术可以实现地下管线的可视化管理，以三维模型的方式将地下管线及其他设备运行的数据以更加直观的方式进行显示，发掘隐藏在数据之中的各种潜在联系，为智慧城市提供数据支持。GIS结构组成如图1所示。

GIS结构主要由空间数据采集、编辑、存储管理、查询分析、输出表示五个子系统组成。数据采集模块是对现场采集到的数据信息转化成计算机可处理的形式。数据采集方法包括地图信息数字化处理、地下管线空间测量数据、位置坐标显示以及录入等功能;数据编辑是指对地理信息系统中的空间数据和属性数据，利用现有的地理信息软件工具进行编辑;数据存储管理百科地理目标的空间位置与形状信息，空间属性和关系信息，这些数据可以有效描述地下管线空间环境;查询分析是GIS系统的主要功能，对单幅或者多幅专题图像进行分析处理;输出模块是将GIS系统内原始数据经过分析处理后以更加直观的形式进行输出，内容更包括地下管线的空间信息和影像资料等。

1.2 地下管线系统功能划分

地下管线系统主要负责对管线的坐标信息、属性信息以及埋设方式进行集中管理。地下管线信息系统以管线的为基础空间数据生成数字地图，以空间信息数据和属性信息数据为资源，通过数据库提供管理、查询、统计以及分析功能，从而为智慧城市的规划、管理提供技术数据支持。城市地下管线信息系统能够准确、快速的提供管线运行的状态信息，并且可以给用户提供查询、分析等操作，为智慧城市的发展、预测、规划、管理提供可靠依据。

地下管线系统可以有效实现对图形数据和属性数据的分析处理。地下管线包括电力、通讯、燃气、热力排污水等管道，对于这些管线的管理和维护需要强大的数据处理功能做支撑，各种地下管线的不同空间位置在GIS系统中以不同的地理特征进行表述，构成地下管网数据信息网。地下管线不仅数据量大，内容也较为复杂，各类型的管线构成三维立体空间结构，可以使用GIS技术进行建模处理。

2. 地下管线信息系统的设计

地下管线信息系统的设计是一项复杂的系统工程，涉及地下管线基础数据库设计、数据采集系统设计、传输网络设计、管线信息管理系统设计四个部分。通过智慧地下管线信息管理系统，全面实现了地下管线的智能化和自动化管理，有助于避免市政建设过程中道路的多次开挖，而且还可以避免城市建设过程中出现的事故隐患，提高管线工程规划设计、施工与管理的准确性和科学性。下面就对地下管线信息系统设计进行详细分析：

2.1 地下管线基础数据库设计

地下管线基础数据库包含管线空间位置信息、管线属性信息、管线结构信息，是构建智慧管线信息系统的重要基础。在建立地下管线地理信息数据库后，应用GIS技术分析配合专业算法，可以动态模拟地下管道空间内温度、压力、密度、流量等参数，根据这些数据信息判断地下管线运行状况。地下管线基础数据库建立后需要各部门通力合作，做好管线数据的动态更新共组，确保地下管线数据的真实性和有效性。此外，数据库建立过程中，需要GIS技术作为支撑，包括：图层管理、图文互查、条件查询等功能实现地下管线的可视化管理。

2.2 数据采集系统设计

智慧地下管线信息系统的数据采集功能主要通过智能传感器收集地下管线运行的各种数据信息，并且将其传递给上层设备，实现远程监控。地下管线智能传感器主要承担检测任务，具有管线数据信息的采集、处理以及传输功能，可以和多个传感器共同组成数据采集网络，根据地下管线运行的实际需要进行数据信息采集。智能传感器能够完成多参数混合测量，这对于复杂的地下管线网络有着非常重要的意义，智能传感器中具有微处理器，使得智能化传感器可以更加方便对多种信号进行实时处理。借助地下管线信息系统强大的空间数据库可以将城市的基础地理信息、各种管线、管线空间信息以及复杂的属性信息一体化存储、分类、分层进行管理。同时，智能化传感器灵活的配置功能能够实时处理大量的数据信息，可以根据不同领域的需要对其分类整理，并进行传出，便于日后进行数据查询。

2.3 传输网络设计

智慧地下管线信息系统的网络传输包括有线网络和无线网络两种方式。将智能传感器采集到的数据信息传输至上层控制单元。传感器与上层控制单元通过数据通信接口相联，通过该接口可以直接与所属计算机控制系统进行通信联络和信息交换。

2.4 管线信息管理系统设计

智慧地下管线信息管理系统采用轻量化设计，主要对已有管线表、管点表数据提供自动三维建模、可视化浏览及分析应用，适合于智慧城市地下管线数据信息的快速应用系统构建，也可以作为三维子模块与现有管线系统配合使用。该系统采用BS架构，部署方便，可以无缝融入智慧城市的综合业务管理系统，并且可以通过约定接口交互数据，实现动态仪表仿真监控，并且实现扩展物联网等功能。

3. 智慧地下管线信息管理系统的应用

地下管线是智慧城市发展的重要基础设施，在城市发展过程中城市地形、地貌、规划布局不断发生变化，新老城区的改建、大型商圈和住宅的新建以及其他公共设施的不断增加，给地下管线管理带来了巨大的挑战。地下管线信息系统通过物联网技术建立地下管线信息管理分析系统，实现信息共享，实现对城市基础设施的精准管理、动态监控和高校维护。通过智能化的管理，最大限度地确保地下管线安全、平稳运行。

3.1 可视化管理

智慧地下管线信息系统通过智能传感器采集到的数据信息，实现三维地理环境的构建和地下地上一体化浏览、查询、统计、分析和辅助决策，包括地形地貌、道路、地名，以及城市地上地下三维空间的构建。通过计算机可以浏览三维地下管线，直观了解地下管线分布情况和他们之间的空间位置关系。便于城市管理者直观的观察地下管线的分布情况、运行状态、管线部件的结构样式，并且可以提供管线纵横断面、碰撞分析等功能。借助地下管线信息管理系统的网络通信功能和三维显示功能，实现管线信息的资源共享，规避施工风险，通过不断进行优化调整，最大限度地开发利用地下空间资源。

3.2 管线运行状态实时监控

智慧地下管线信息系统可以对管线运行状态进行实时监控。分布于管线上的传感器可以有效采集管线运行状态信息，并将其上传至控制中心，实时掌握管线的运行状况，对故障隐患进行有效排查。尤其对于一些高危管道，可以通过传感器准确捕捉管道有无破损、漏气以及锈蚀等现象，及时有效的进行维护，降低故障造成的经济损失和人员伤害。此外，在日常维护过程中，还可以连接移动终端获取地下管线传感器发送的管线状态信息，通过移动终端进行远程定位和检测，降低人工作业的风险。

3.3 故障应急处理

智慧地下管线信息系统可以快速有效的对地下突发事故进行应急处理，对重大时间的响应速度和处理能力是城市智慧化管理过程中的核心。智慧地下管线信息系统的重要作用在于，可以对管线的故障进行及时预警，并启动故障分析功能，通过智能传感器准确快速的对故障地点进行定位，确定故障類型，通过联动装置关闭各种阀门，将故障损失降到最低。

3.4 管线运行数据实时更新

智慧地下管线信息系统借助网络技术可以将地下管线数据信息实时传递给控制中心，并且在数据库中进行动态更新。管线增加、拆除或者其他变动信息都可以在数据库中进行查询。通过信息共享平台，地下管线管理单位可通过浏览器对地下管线进行浏览、查询、统计，随时掌握地下管线信息，同时可通过网络平台上传最新的竣工数据，实现数据的动态更新。

4. 总结

综上所述，智慧城市主要是通过现代化技术，运用感知、遥感以及无线通信等方式实现万物互联。借助地下管线信息系统强大的三维空间运算能力以及网络分析功能可以方便的对管线及其他设备的运行状态进行动态模拟，从而实现了地下管线及其他设备的实时监控，对一些的突发事故可以做出紧急处理，同时能够更加合理、科学的进行地下管线的规划和辅助设计。最大限度地整合和利用城市信息资源，是提升城市智慧化水平，推进社会和谐发展以及提升人们生活品质的有效途径。

参考文献：

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