邵鑫+郭文杰+粘雅鑫+常懷珉+劉丹丹

摘要：城市地下供水管管道密密麻麻，有些地區(qū)供水管網(wǎng)老化嚴重極容易發(fā)生爆管，有時爆管事故發(fā)生以后，可能數(shù)日后才能被發(fā)現(xiàn)，有時甚至無法發(fā)現(xiàn)，這是因為爆管引起的漏水直接進入到附近的排水管渠而無法到達地面。由于維修的不及時導(dǎo)致許多水量白白浪費。本文研究目的就是借助網(wǎng)絡(luò)，云計算，智能傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)供水管道的實時監(jiān)控、供水趨勢預(yù)測、突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置等功能，有效地提升城市供水智能化管理水平，能及時發(fā)現(xiàn)爆管的位置并派相關(guān)人員進行維修。

關(guān)鍵詞：地下供水管；智能傳感器；GIS；智能水務(wù)

一、背景介紹

根據(jù)調(diào)查資料顯示，我國大部分城市供水管網(wǎng)的漏損率平均達20%左右。管網(wǎng)漏損率是指管網(wǎng)漏水量與供水總量之比，是衡量一個供水系統(tǒng)供水效率的指標，有些地方供水管網(wǎng)漏損率甚至高達40%左右，遠遠超過了國家要求控制在6%以下的標準。若以平均漏損率20%計算，中國水務(wù)企業(yè)一年的漏損水量為102億噸。若以每噸水的供水成本1.5元計算，每年因漏損造成的直接經(jīng)濟損失為154億元。若以售水的每噸水價2元計算，則漏損水量的經(jīng)濟損失高達200億元以上。此外有的供水工程管網(wǎng)穿越鐵路、高速公路，如果管道漏點不能及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，將會造成道路損壞和安全問題，造成巨大的經(jīng)濟損失。

二、城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)簡介

城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)[1]借助網(wǎng)絡(luò)、云計算，智能傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)對供水管網(wǎng)的實時監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)爆管點，使其在造成更大災(zāi)害面前及時將其修復(fù)。并能有效地提升城市供水智能化管理水平，對供水趨勢進行預(yù)測。城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分：水管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的若干個傳感器、智能水表和智能閥門。軟件部分：中心電腦服務(wù)器。水管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的若干個傳感器、智能水表和智能閥門全天候監(jiān)控城市內(nèi)來自所有自來水管線的信息并將這些信息輸?shù)街行碾娔X服務(wù)器中，中心電腦服務(wù)器根據(jù)傳感器傳來的壓力、流量等數(shù)據(jù)并結(jié)合外部GIS信息（包括管材、管齡、埋設(shè)年代、季節(jié)等因素）對管道的實時監(jiān)測。如果管道發(fā)生爆管可以及時發(fā)現(xiàn)，在其造成更大的損失之前及時指派專門人員對其進行排查將其修復(fù)。供水管道爆裂時，在爆裂處會產(chǎn)生壓力變化沿著水流向管道兩端傳播。在管道兩端安裝兩個傳感器實現(xiàn)對水壓的檢測，利用相關(guān)分析法對計算出爆裂信號到達兩個傳感器的距離差，就可以大致確定爆裂的位置。構(gòu)建出城市供水管道爆管應(yīng)急系統(tǒng)的初步模型后，隨著智能水務(wù)系統(tǒng)的運用，利用實際數(shù)據(jù)不斷驗證并修正預(yù)警模型，使得城市供水管網(wǎng)爆管應(yīng)急系統(tǒng)不斷的改善和進步，最終達到較高的爆管預(yù)警準確性。從而實現(xiàn)實時監(jiān)控、突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置、供水趨勢預(yù)測等功能[2]。

三、系統(tǒng)主要內(nèi)容

系統(tǒng)開發(fā)共分為基礎(chǔ)地理信息管理模塊、地下供水管網(wǎng)布展示模塊、地下供水管網(wǎng)實時監(jiān)控模塊、地下供水管網(wǎng)供水趨勢預(yù)測功能模塊、地下供水管網(wǎng)突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置功能模塊五個模塊。基礎(chǔ)地理信息管理模塊：基礎(chǔ)地理信息管理模塊主要包括地圖功能、查詢功能、量算功能等。主要有地圖的瀏覽與控制、地下管網(wǎng)的屬性信息、控件信息的查詢檢索、管網(wǎng)距離面積的量算等。

地下供水管網(wǎng)三維分布展示模塊[3]：地下管網(wǎng)三維分布展示模塊主要包含管線的分布的增強現(xiàn)實展示、管網(wǎng)附屬地物的模型瀏覽。主要有基于增強現(xiàn)實技術(shù)的地下管網(wǎng)三維分布展示。

地下供水管網(wǎng)實時監(jiān)控模塊將水管網(wǎng)傳感器發(fā)送的水壓、流量數(shù)據(jù)即時的獲取，經(jīng)過服務(wù)器計算將結(jié)果顯示在用戶界面上。

地下供水管網(wǎng)供水趨勢預(yù)測功能模塊：通過供水管網(wǎng)傳感器獲取水壓、流量數(shù)據(jù)，計算城市各個地方的用水情況，有助于水資源合理的調(diào)度。地下供水管網(wǎng)突發(fā)事件預(yù)警及應(yīng)急處置功能模塊通過供水管網(wǎng)傳感器獲取水壓、流量數(shù)據(jù)，進行橫向縱向比較運算即時發(fā)現(xiàn)漏水點位置，起到預(yù)警的功能，并能夠在供水管爆管時，進行科學(xué)的應(yīng)急處置。

四、增益效果

2007年，卡塔爾的供水管網(wǎng)漏損率為59.1%。為了應(yīng)對國際重大賽事的需要，卡塔爾急需降低產(chǎn)銷差率，節(jié)約水資源，提高供水收益率。在運用智慧水務(wù)對漏損進行控制管理4年后，卡塔爾管網(wǎng)的漏失水量降至原來的一半，每年節(jié)約1400萬歐元。該國的水務(wù)公司也成為海灣地區(qū)運營效率最高的水務(wù)公司。另一個例子是英國的Anglian管網(wǎng)漏損管理。通過剖析水網(wǎng)建設(shè)維護中的問題，智慧水務(wù)解決方案幫助英國最大水務(wù)公司減少5%漏損，而自運行以來，每年解決約27000個漏點，達到了英國最低的漏損率水平，大幅度提高了運營效率。

五、結(jié)語

在“智慧水務(wù)”理念的引導(dǎo)下，水務(wù)集團的管理發(fā)生了變革，它們采用數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)葌鞲性O(shè)備在線檢測水務(wù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機整合水務(wù)管理部門設(shè)施，形成“水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”。集團通過水務(wù)數(shù)字化管理平臺將海量數(shù)據(jù)進行及時分析與處理，即在各污水處理廠、泵站安裝數(shù)據(jù)采集前置機或數(shù)據(jù)采集DSP模塊，將自控系統(tǒng)中的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)郊瘓F總部，進行集中存儲和應(yīng)用。通過對各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視和智能分析，再提供分類、分級預(yù)警，且利用短信、光、警報聲等通知相關(guān)負責(zé)人，同時給予相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細和動態(tài)的方式管理水務(wù)運營系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，使之更加數(shù)字化、智能化、規(guī)范化，從而達到“智慧”的狀態(tài)?？偠灾?，智慧水務(wù)已經(jīng)成為水務(wù)管理的方向。不過，盡管智慧水務(wù)的建設(shè)收益前景可觀，其發(fā)展還需要克服許多障礙，例如一些公共數(shù)據(jù)資源如何有序開放和共享，監(jiān)管部門之間的協(xié)調(diào)等。

參考文獻：

[1]楊斌，顧秀梅，武鋒強，張文君.基于GIS的城市地下管線綜合信息系統(tǒng)[J].科技導(dǎo)報.2011（12）

[2]張芳，朱合華，吳江斌.城市地下空間信息化研究綜述[J].地下空間與工程學(xué)報.2006（01）

[3]毛坤德，劉俊林，周圓.三維地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]. 城市勘測.2007（06）

項目編號：2017cxcy268