萬軼迅

(重慶水務(wù)集團(tuán)股份有限公司，重慶 400015)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)

萬軼迅

(重慶水務(wù)集團(tuán)股份有限公司，重慶 400015)

本文系統(tǒng)介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)路線及功能設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)綜合利用當(dāng)前最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、移動GIS、智能終端以及首創(chuàng)的圖文導(dǎo)航等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后對系統(tǒng)應(yīng)用效果作了客觀的評價(jià)。

物聯(lián)網(wǎng)；移動GIS；管網(wǎng)巡檢；圖文導(dǎo)航

1 引言

供水管網(wǎng)及其附屬設(shè)施的運(yùn)維管理，一直是供水行業(yè)的一個(gè)老大難問題。隨著城市發(fā)展速度的加快、管網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、人們對公共服務(wù)要求的不斷提高，管網(wǎng)的巡檢、設(shè)備的保養(yǎng)、水表的抄讀、事故的搶修，無一不在對供水企業(yè)提出更高的要求。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動GIS平臺和智能終端技術(shù)的快速發(fā)展，讓我們在技術(shù)手段上有了創(chuàng)新的條件，綜合運(yùn)用這些條件，加上創(chuàng)新的圖文導(dǎo)航思路，我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)了以標(biāo)定服務(wù)為支撐，以設(shè)備電子身份為基礎(chǔ)，全面解決上述問題的新一代管網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)基于專用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，以GIS、GPS、移動終端、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等為支撐，集成基礎(chǔ)信息資源平臺、管網(wǎng)、信息安全等多種資源，通過多部門信息共享、協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對管網(wǎng)巡檢的管理監(jiān)督。通過數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)部門的應(yīng)用系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的信息交換，達(dá)到信息共享和協(xié)同工作，真正整合優(yōu)化信息資源，建立覆蓋全時(shí)段、全范圍的管網(wǎng)巡檢管理體系。系統(tǒng)在整體架構(gòu)上進(jìn)行了分層，底層由硬件平臺及支撐平臺組成，支撐平臺包括管網(wǎng)GIS、數(shù)據(jù)交換平臺等支撐系統(tǒng)組成，應(yīng)用層基于SOA松耦合原則進(jìn)一步進(jìn)行了結(jié)構(gòu)劃分。

圖1 管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

3 技術(shù)路線

3.1 采用J2EE構(gòu)架

J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition,J2EE）實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分布式的服務(wù)器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)環(huán)境，它提供了基于組件的，以服務(wù)器為中心的多層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，它最大的優(yōu)點(diǎn)就在于將企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯同系統(tǒng)服務(wù)和用戶接口分開，放在它們之間的中間層。它提供了一系列的底層服務(wù)，如事務(wù)管理、緩沖池等，使得開發(fā)者能夠?qū)⒕杏谄髽I(yè)的業(yè)務(wù)邏輯，而無需過多的關(guān)心與業(yè)務(wù)邏輯不太相干的系統(tǒng)環(huán)境等。由于采用多層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中同時(shí)會有多臺服務(wù)器在工作，這樣不僅能提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，而且一旦某一臺服務(wù)器

出現(xiàn)故障，應(yīng)用程序會自動轉(zhuǎn)移到另一臺服務(wù)器上接著運(yùn)行，這就有效的保障了系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性。

3.2 基于SOA構(gòu)架

SOA（Service Oriented Architecture）是一種架構(gòu)模型，它可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。服務(wù)層是SOA的基礎(chǔ)，可以直接被應(yīng)用調(diào)用，從而有效控制系統(tǒng)中與軟件代理交互的人為依賴性。

3.3 遵循XML標(biāo)準(zhǔn)

XML（eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展置標(biāo)語言）最大優(yōu)點(diǎn)在于它的數(shù)據(jù)存儲格式不受顯示格式的制約。一篇文檔一般包括三個(gè)要素:數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)以及顯示方式。XML把文檔的三要素獨(dú)立開來，分別處理。XML還有其他許多優(yōu)點(diǎn)，比如它有利于不同系統(tǒng)之間的信息交流，完全可以充當(dāng)網(wǎng)際語言，并有希望成為數(shù)據(jù)和文檔交換的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。

4 管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括片區(qū)、巡檢線路、巡檢項(xiàng)目、臨時(shí)點(diǎn)位設(shè)置、巡檢計(jì)劃編制、工作量考核、巡檢工作監(jiān)控、管網(wǎng)隱患分析八大后臺功能，以及智能操作終端、現(xiàn)場標(biāo)定服務(wù)和系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程等特色功能。下面主要介紹系統(tǒng)的特色功能。

4.1 智能操作終端功能

4.1.1 定位及導(dǎo)航

通過GPS和圖文導(dǎo)航結(jié)合，讓任何人都能使用終端設(shè)備找到任何一個(gè)檢查點(diǎn)和設(shè)備。

圖2 定位導(dǎo)航例圖

左圖：通過GPS導(dǎo)航，在地圖上快速的找到巡檢點(diǎn)所在的地理位置，指引巡檢人員到達(dá)現(xiàn)場。

右圖：巡檢人員到達(dá)巡檢點(diǎn)所在范圍后，巡檢系統(tǒng)提供圖文導(dǎo)航的方式，通過遠(yuǎn)景圖-近景圖-標(biāo)簽綁設(shè)位置的方式，精確地找到巡檢點(diǎn)及標(biāo)簽所在位置。

4.1.2 巡檢計(jì)劃下載、查詢

按距離顯示檢查點(diǎn)，方便工作，也可以強(qiáng)制按規(guī)定路線執(zhí)行。采用狀態(tài)提醒杜絕漏檢，采用時(shí)間記錄考核工作效率。

圖3 狀態(tài)提醒例圖

4.1.3 巡檢操作執(zhí)行

采用勾選方式，方便現(xiàn)場操作；采用GPS定位、電子標(biāo)簽和照片（或錄像）三重認(rèn)證杜絕巡檢不到位。

圖4 巡檢操作例圖

4.1.4 現(xiàn)場取證及臨時(shí)點(diǎn)位標(biāo)注

對于現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的臨時(shí)巡檢點(diǎn)，可以直接在手持終端操作錄入并自動定位位置。同時(shí)可以使用照相、錄像、錄音方式

現(xiàn)場取證。

4.2 現(xiàn)場標(biāo)定服務(wù)

標(biāo)定服務(wù)的目標(biāo)是對一般現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行智能化改造，標(biāo)定作業(yè)將為每個(gè)設(shè)備綁定一個(gè)RFID電子標(biāo)簽（物理標(biāo)定），使其具有能被信息系統(tǒng)識別的唯一電子身份，收集設(shè)備靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性并將其與電子身份綁定（邏輯標(biāo)定），最后定義信息系統(tǒng)與智能化設(shè)備的交互協(xié)議（對話語言），使其能夠與信息系統(tǒng)直接交互。把這些電子身份及其對應(yīng)的信息記錄收集回來，就形成了可供下游系統(tǒng)使用的物聯(lián)網(wǎng)智能對象數(shù)據(jù)庫。值得一提的是，這些信息中就包含很重要的“圖文導(dǎo)航信息”，可以幫助我們實(shí)現(xiàn)100%的設(shè)備尋址。與此同時(shí)，標(biāo)定還是一個(gè)全面普查的過程，可以全面細(xì)致地反映目前的管網(wǎng)情況，為解決最重要最急迫問題提供了信息支持。

4.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

4.3.1 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程

圖5 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程圖

GIS上圖：通過導(dǎo)入或繪制方式，將管網(wǎng)信息電子化，保存GIS系統(tǒng)未審核圖檔中。

圖檔審核：未審核的圖檔可能存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，需要不同的人員，通過抽查的方式，對圖檔進(jìn)行審核，審核后作為正式數(shù)據(jù)入庫。

安裝標(biāo)簽：公司對重要設(shè)備安裝NFC標(biāo)簽，作為設(shè)備身份標(biāo)識。

圖文導(dǎo)航：由于GPS可能存在偏差，為了更方便地查找管網(wǎng)設(shè)備，需要為關(guān)鍵設(shè)備制作圖文導(dǎo)航，即通過設(shè)備周圍的標(biāo)志性建筑，拍攝照片，并在照片上標(biāo)示走向。

設(shè)置項(xiàng)目：將圖文導(dǎo)航與GIS信息進(jìn)行連接，設(shè)置相關(guān)屬性。

編排計(jì)劃：編排管網(wǎng)設(shè)備的更新、維護(hù)、巡檢的計(jì)劃要求。

圖檔維護(hù)：管網(wǎng)信息發(fā)生變化后，對GIS信息進(jìn)行增、刪、改操作。

查詢統(tǒng)計(jì)：提供WEB界面的查詢統(tǒng)計(jì)功能，方便進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)。

4.3.2 業(yè)務(wù)操作流程

圖6 業(yè)務(wù)操作流程圖

管理設(shè)置：將管網(wǎng)信息劃分不同的片區(qū)，指定負(fù)責(zé)人，方便最終的指標(biāo)考核。

編制計(jì)劃：根據(jù)管網(wǎng)的重要程度、口徑大小、供水負(fù)荷等因素，編制巡檢工作的月計(jì)劃、季計(jì)劃和年計(jì)劃。

下載計(jì)劃：計(jì)劃編制完成后，自動根據(jù)計(jì)劃的時(shí)間、執(zhí)行人員下載到相應(yīng)的移動終端上。

現(xiàn)場巡檢：巡檢人員，根據(jù)手持終端指示，到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行巡檢。

問題反饋：現(xiàn)場巡檢人員實(shí)時(shí)反饋現(xiàn)場問題。

問題處理：后臺管理人員可根據(jù)現(xiàn)場反饋情況，實(shí)時(shí)指揮現(xiàn)場人員進(jìn)行處理。

問題復(fù)查：根據(jù)巡檢記錄，能對處理的問題進(jìn)行復(fù)查，保證工作完成率。

統(tǒng)計(jì)分析：提供對問題的統(tǒng)計(jì)及分析功能，為經(jīng)常出現(xiàn)的問題提供處理依據(jù)。

4.3.3 現(xiàn)場操作流程

圖7 現(xiàn)場操作流程圖

計(jì)劃下載：通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，自動下載巡檢計(jì)劃。

查詢點(diǎn)位：通過GPS及圖文導(dǎo)航的支持，快速找到巡檢點(diǎn)位。

巡檢到位：到達(dá)巡檢點(diǎn)位所在位置。

標(biāo)簽識別：通過掃描電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的交互通信。

問題錄入：通過手持終端錄入問題，實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_。

照相錄像：通過拍照或錄像取證，完成當(dāng)前點(diǎn)位巡檢。

下一點(diǎn)位：繼續(xù)下一點(diǎn)位的巡檢。

數(shù)據(jù)上傳：巡檢的所有信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)上傳。

5 系統(tǒng)亮點(diǎn)

5.1 自主開發(fā)、自主知識產(chǎn)權(quán)

系統(tǒng)所有涉及到有較高技術(shù)要求的部分，比如標(biāo)定作業(yè)、數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)升級，全部由我們團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了服務(wù)化、產(chǎn)品化。系統(tǒng)在國內(nèi)供水行業(yè)、燃?xì)庑袠I(yè)等涉及地下管網(wǎng)管理的行業(yè)都有較大的推廣前景。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用落地項(xiàng)目

標(biāo)定服務(wù)所產(chǎn)生的完整對象電子身份正是物聯(lián)網(wǎng)的根本特征，它能很大程度上擺脫對人的依賴，工作人員只需也只能按照系統(tǒng)設(shè)定的業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行操作，控制性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由智能終端和改造后的智能設(shè)備自動交互產(chǎn)生，現(xiàn)場工作監(jiān)督變得簡單易行，徹底杜絕“在家巡檢”、“隔山抄表”等現(xiàn)象。

5.3 創(chuàng)新實(shí)用的圖文導(dǎo)航

創(chuàng)新性地綜合利用了圖片、文字和坐標(biāo)信息，讓民用定位精度的設(shè)備實(shí)現(xiàn)比專業(yè)設(shè)備更方便有效的設(shè)備尋址，避免傳統(tǒng)定位尋址模式中對高價(jià)設(shè)備和高素質(zhì)操作人員的依賴。任何人只要手持安裝了終端系統(tǒng)的智能手機(jī)就能在第一時(shí)間快速找到目標(biāo)設(shè)備（哪怕之前從來沒去過），讓人人都能用上真正的電子“活地圖”，人員輪換、業(yè)務(wù)外包隨心所欲。

5.4 充分利用開放資源

系統(tǒng)方案整合預(yù)制好了各種接口。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)上沒有采用昂貴的GIS系統(tǒng)，而是使用了公共Web地圖，不用購買地圖，更重要的是，公共Web地圖會自動更新，擁有優(yōu)秀的導(dǎo)航支持，甚至還可以結(jié)合實(shí)時(shí)路況演算搶修路徑。

5.5 提高效率方便考核

本系統(tǒng)通過使用移動設(shè)備對RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀取，規(guī)范巡檢人員巡檢路線，提升其工作效率，便于考核。

6 結(jié)論

該系統(tǒng)已經(jīng)在自來水公司江南營管所試運(yùn)行，完成了GIS上圖和關(guān)鍵點(diǎn)（閥門等）的資料梳理和現(xiàn)場標(biāo)定，標(biāo)定DN300以上關(guān)鍵點(diǎn)位1360個(gè)，制定了GIS上圖和巡檢計(jì)劃編制標(biāo)準(zhǔn)流程，率先應(yīng)用管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)進(jìn)行管網(wǎng)巡檢管理。該系統(tǒng)較好地解決了管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)管理不足、巡檢任務(wù)安排不合理、巡檢及搶修效率低下等管網(wǎng)管理上的問題，使用效果良好。目前已向自來水公司其他廠所推廣。該系統(tǒng)開創(chuàng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供水行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例，在國內(nèi)供水行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。

[1]解自國，顏禮松，嚴(yán)仕新．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用前景分析[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，2012，41(1)：8-11．

[2]何智華，甘慶華．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排水管網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)[J]．山東工業(yè)技術(shù)，2015(15)：125-125．

[3]歐佳斌，張新長，郭泰圣．基于移動GIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)研究[J]．測繪通報(bào)，2014(12)：89-92．

The Pipeline Inspection System Based on Internet of Things Technology

Wan Yixun
（Chongqing Water Group Limited Company,Chongqing 400015）

This paper systematically introduces the system architecture,technical route and function design of the pipeline inspection system based on internet of things technology.And it introduces the current most advanced internet of things technology, mobile Internet,mobile GIS,intelligent terminal and the first graphic navigation technology used in the system.Finally it makes an objective evaluation on the system application effect.

internet of things；mobile GIS；the pipeline inspection；graphic navigation

TP311.52

A

1008-6609(2016)07-0077-04

萬軼迅，男，重慶人，碩士，工程師，研究方向：工業(yè)自動化控制，計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。