● 文|北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司 高順利 楊金梅 王一君

一、引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)北斗系統(tǒng)）是我國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶(hù)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。目前北斗系統(tǒng)已進(jìn)入全球組網(wǎng)時(shí)代，北斗正致力于以嶄新姿態(tài)、更強(qiáng)能力、更好服務(wù)推廣成為世界的北斗，服務(wù)全球。

2011年，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)北京燃?xì)猓母呙舾小⒏唢L(fēng)險(xiǎn)、高保密性的燃?xì)夤芫W(wǎng)入手，以燃?xì)庑袠I(yè)共性技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為重點(diǎn)，加強(qiáng)“北斗+燃?xì)狻奔蓜?chuàng)新與應(yīng)用模式創(chuàng)新，開(kāi)創(chuàng)了北斗系統(tǒng)在市政行業(yè)應(yīng)用的先河。

二、北斗系統(tǒng)在智慧燃?xì)饨ㄔO(shè)中的應(yīng)用探索

市政管網(wǎng)是城市的生命線，事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、能源供給安全乃至國(guó)家安全。據(jù)中國(guó)城市規(guī)劃協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)僅公開(kāi)報(bào)道的地下管線事故平均每天五六起，每年造成直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億元，我國(guó)管網(wǎng)事故正從潛伏期進(jìn)入爆發(fā)期。[1]《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020）》將“市政基礎(chǔ)設(shè)施、防災(zāi)減災(zāi)等綜合功能提升技術(shù)”列為優(yōu)先主題，市政管網(wǎng)作為城市的重要基礎(chǔ)，安全穩(wěn)定運(yùn)行是確保公共安全的首要條件。近年來(lái)，隨著城市發(fā)展，多種市政管線縱橫交錯(cuò)、服役時(shí)間長(zhǎng)、位置信息不準(zhǔn)確甚至缺失，使管網(wǎng)事故進(jìn)入高發(fā)期，市政管網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理中暴露出諸多問(wèn)題。

北京燃?xì)庖怨芫W(wǎng)安全為出發(fā)點(diǎn)，率先將北斗精準(zhǔn)位置、精準(zhǔn)時(shí)間以及短報(bào)文通信服務(wù)與燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理深度融合，積極開(kāi)展雙創(chuàng)活動(dòng)，經(jīng)過(guò)歷時(shí)7年的技術(shù)攻關(guān)及成果轉(zhuǎn)化，打造北斗在燃?xì)庑袠I(yè)全空間、全生命周期、全業(yè)務(wù)鏈的完整閉環(huán)式應(yīng)用體系，大幅提高燃?xì)夤芫W(wǎng)施工質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)管控水平及管理效率，走出一條市政領(lǐng)域應(yīng)用北斗的探索之路。

1.建立北斗系統(tǒng)“三網(wǎng)融合”技術(shù)

北京燃?xì)庖劳凶杂袌?chǎng)站建設(shè)了14座覆蓋北京地區(qū)的北斗連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS），形成厘米級(jí)高精度北斗服務(wù)網(wǎng)，構(gòu)成了國(guó)家北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)的雛形，通過(guò)基站，可以大幅提升管線定位精度，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)連通。

在此基礎(chǔ)上，北京燃?xì)鈩?chuàng)造性地提出將北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)、面向地下復(fù)雜市政管網(wǎng)的立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)與市政管網(wǎng)這三張“網(wǎng)”相結(jié)合，建立起“三網(wǎng)融合，天地一體化”的管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用管控體系，如圖1所示，形成一套可復(fù)制、推廣、落地的“北燃經(jīng)驗(yàn)”，為北斗系統(tǒng)在市政行業(yè)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖1 “三網(wǎng)融合，天地一體化”管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用管控體系示意圖

2.基于北斗的燃?xì)鈱?zhuān)業(yè)設(shè)備研發(fā)、改造及國(guó)產(chǎn)化

北京燃?xì)饨Y(jié)合北斗技術(shù)對(duì)燃?xì)鈱?zhuān)業(yè)設(shè)備、傳感器等進(jìn)行二次研發(fā)并國(guó)產(chǎn)化，打破了國(guó)外技術(shù)及設(shè)備的雙重壟斷，同時(shí)對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境等綜合數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高效采集，確保數(shù)據(jù)精確、信息精準(zhǔn)、管理精細(xì)，為管線的全生命周期管理奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)信息“現(xiàn)場(chǎng)可定位，事后可追溯”。

北京燃?xì)馐状卧诂F(xiàn)有的傳感器上增加北斗精準(zhǔn)時(shí)空標(biāo)簽，突破了供水、燃?xì)?、熱力等管線傳輸介質(zhì)泄漏點(diǎn)高精準(zhǔn)定位測(cè)量、運(yùn)行狀態(tài)及在線自身狀態(tài)的精確檢測(cè)和監(jiān)控技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，打破國(guó)外的技術(shù)壟斷，形成適應(yīng)我國(guó)地下市政管線運(yùn)行特點(diǎn)的系列感知產(chǎn)品。

腐蝕問(wèn)題是管網(wǎng)事故的主要誘因。北京燃?xì)庾灾鏖_(kāi)發(fā)的基于北斗高精度定位與管網(wǎng)腐蝕控制檢測(cè)設(shè)備及智能監(jiān)測(cè)裝置，可取得精準(zhǔn)的管網(wǎng)腐蝕數(shù)據(jù)，為市政管網(wǎng)犧牲陽(yáng)極有效性判據(jù)和壽命預(yù)測(cè)、腐蝕控制優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性提供數(shù)據(jù)支撐。目前已經(jīng)在北京市1萬(wàn)千米燃?xì)夤艿郎先鎽?yīng)用，可有效降低管道腐蝕泄漏頻率，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)安全性，延長(zhǎng)管道使用壽命。

北京燃?xì)庾灾餮邪l(fā)了一套集北斗監(jiān)測(cè)終端、聲表面波傳感器、溫度傳感器于一體的燃?xì)夤艿雷冃问鹿时O(jiān)測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)形變及管網(wǎng)周?chē)h(huán)境沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能，避免由于管道變形、地質(zhì)災(zāi)害等所引發(fā)的燃?xì)夤艿朗鹿?，?duì)調(diào)壓站設(shè)施及管網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

3.依托北斗改進(jìn)傳統(tǒng)工作方式

所建立的北斗市政管網(wǎng)精準(zhǔn)時(shí)空信息通用化獲取技術(shù)，使市政管網(wǎng)信息可以通過(guò)三維自動(dòng)上圖，將依賴(lài)工人憑經(jīng)驗(yàn)繪圖找管的原始工作方法轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)“人人都是活地圖”的高效工作模式，效率提高10倍以上。

運(yùn)行人員可結(jié)合北斗手持終端，準(zhǔn)確記錄巡線軌跡，建立“軌跡網(wǎng)”與“管網(wǎng)”兩張網(wǎng)巡檢覆蓋率的矩陣計(jì)算模型，提高了燃?xì)夤芫W(wǎng)巡檢到位率；通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）設(shè)備，為施工配合工作提供精準(zhǔn)管線定位，有效減少第三方破壞事件的發(fā)生。通過(guò)北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)與各類(lèi)管線巡檢業(yè)務(wù)流程的高效結(jié)合，構(gòu)建了北京燃?xì)馊臻g、多維度、自適應(yīng)巡檢運(yùn)營(yíng)管理體系，可應(yīng)用于管網(wǎng)巡視、檢測(cè)、施工配合、應(yīng)急搶險(xiǎn)等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)馊a(chǎn)業(yè)鏈的精準(zhǔn)管理。如圖2所示為基于北斗的管線巡檢業(yè)務(wù)。

圖2 基于北斗的管線巡檢業(yè)務(wù)

4.通過(guò)北斗實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)

通過(guò)將北斗精準(zhǔn)定位終端與各類(lèi)泄漏檢測(cè)設(shè)備結(jié)合，使管網(wǎng)精準(zhǔn)坐標(biāo)與檢測(cè)數(shù)據(jù)同步讀取并上傳至云端，構(gòu)建北斗精準(zhǔn)位置與云端數(shù)據(jù)融合的燃?xì)庑孤z測(cè)及管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)體系，在北京市2.3萬(wàn)千米的管線示范應(yīng)用結(jié)果顯示，泄漏事件被動(dòng)接警率從22.4%降低到4.7%，實(shí)現(xiàn)事后處置變?yōu)槭虑邦A(yù)警預(yù)測(cè)，為應(yīng)急搶險(xiǎn)贏得“黃金半小時(shí)”。如圖3所示為北斗精準(zhǔn)泄漏檢測(cè)設(shè)備。

圖3 北斗精準(zhǔn)泄漏檢測(cè)設(shè)備

5.借助北斗實(shí)現(xiàn)高效應(yīng)急調(diào)度

通過(guò)將北斗與調(diào)度應(yīng)急管理深度結(jié)合，把液化天然氣（LNG）和壓縮天然氣（CNG）運(yùn)輸槽車(chē)、激光甲烷檢測(cè)車(chē)等車(chē)輛的實(shí)時(shí)信息，以及燃?xì)鈱?zhuān)業(yè)設(shè)備的位置信息集成到生產(chǎn)調(diào)度管理平臺(tái)，為監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置、資源調(diào)度、安全監(jiān)控和防災(zāi)抗災(zāi)提供支撐。應(yīng)用技術(shù)成果在“一帶一路”高峰論壇、中國(guó)共產(chǎn)黨第十九次全國(guó)代表大會(huì)等大型活動(dòng)和會(huì)議期間，共排查出燃?xì)夤芫W(wǎng)事故隱患400余起，有效維護(hù)了首都公共安全和社會(huì)穩(wěn)定。

6.形成北斗標(biāo)準(zhǔn)化管理模式

北京燃?xì)饴氏葘⒈倍穼?xiě)入主編的燃?xì)庑袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，并形成系列企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步健全北斗在燃?xì)馍a(chǎn)運(yùn)營(yíng)各環(huán)節(jié)管理機(jī)制。

三、打造基于北斗系統(tǒng)的自主產(chǎn)品及服務(wù)體系

打造具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)產(chǎn)品，加速科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，是加快北斗系統(tǒng)在市政領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是北京燃?xì)馊嫱茝V應(yīng)用北斗技術(shù)的重要基礎(chǔ)。北京燃?xì)馔ㄟ^(guò)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，形成一批技術(shù)含量高、可復(fù)制、可推廣的重要技術(shù)產(chǎn)品和管理體系，用實(shí)際行動(dòng)支持孫家棟院士提出的“天上好用，地上用好”的重要理念。

1.產(chǎn)學(xué)研用，建立基于北斗的自主產(chǎn)品

北京燃?xì)夥e極與高校及市政企業(yè)合作，搭建產(chǎn)學(xué)研一體化平臺(tái)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，形成一批基于北斗的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研產(chǎn)品。

一是打造基于北斗的燃?xì)獗O(jiān)/檢測(cè)專(zhuān)用設(shè)備。在國(guó)內(nèi)首次為地下管網(wǎng)各類(lèi)傳感裝置增加了精準(zhǔn)時(shí)空標(biāo)簽，結(jié)合管網(wǎng)建設(shè)、防災(zāi)、檢測(cè)、調(diào)度作業(yè)設(shè)備和傳感器改造，突破了立體化感知監(jiān)/檢測(cè)技術(shù)，開(kāi)發(fā)的3大類(lèi)21種地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，部分性能超越了國(guó)際同期同類(lèi)產(chǎn)品。

二是研發(fā)北斗+VR/AR管網(wǎng)巡檢設(shè)備。通過(guò)結(jié)合VR/AR技術(shù)，研發(fā)北斗手持終端，建立三維虛擬與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境緊密結(jié)合的全空間、自適應(yīng)的管網(wǎng)運(yùn)行管理模式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)采集管網(wǎng)位置、巡檢數(shù)據(jù)、泄漏情況等信息，完善管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，確保市政管網(wǎng)安全運(yùn)行。如圖4所示為應(yīng)用北斗+VR/AR管網(wǎng)巡檢設(shè)備巡檢。

圖4 應(yīng)用北斗+VR/AR管網(wǎng)巡檢設(shè)備巡檢

三是研發(fā)基于北斗與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的市政一體化芯片模組，如圖5所示為北京燃?xì)庋邪l(fā)的市政一體化芯片模組。研發(fā)并試點(diǎn)應(yīng)用適用于多種市政專(zhuān)用設(shè)備、傳感設(shè)備的市政一體化芯片模組，有效減少其他市政企業(yè)的研發(fā)周期和成本，可用于燃?xì)?、水?wù)、熱力等多個(gè)市政領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)市政數(shù)據(jù)終端大規(guī)模精準(zhǔn)獲取，為市政行業(yè)運(yùn)營(yíng)管理、資源調(diào)度、安全監(jiān)控和防災(zāi)抗災(zāi)、智能決策奠定基礎(chǔ)。

圖5 北京燃?xì)庋邪l(fā)的市政一體化芯片模組

四是構(gòu)建“三網(wǎng)一體”市政管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控體系。依托市政云平臺(tái)構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析預(yù)警決策系統(tǒng)，形成一套基于北斗的全天候、全天時(shí)、高精度系統(tǒng)性的市政管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控體系，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)市政管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)和隱患的識(shí)別、監(jiān)控、預(yù)警全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理。北京排水集團(tuán)應(yīng)用該成果，對(duì)全市139座下凹式立交橋等重要設(shè)施進(jìn)行試點(diǎn)，在特大暴雨事件時(shí)無(wú)一例人員傷亡，幫助北京安全度汛。

2.自主創(chuàng)新，科技成果轉(zhuǎn)化與實(shí)踐應(yīng)用

北京燃?xì)夥e極響應(yīng)國(guó)家“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的號(hào)召，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研和跨行業(yè)合作，推進(jìn)跨界融合和成果轉(zhuǎn)化，取得多項(xiàng)基于北斗的原創(chuàng)性發(fā)明并產(chǎn)業(yè)化。目前，獲授權(quán)基于北斗的發(fā)明專(zhuān)利24項(xiàng)、發(fā)表論文28篇，出版專(zhuān)著4部，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6部，多個(gè)專(zhuān)利、設(shè)備、技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)及國(guó)際在該領(lǐng)域多項(xiàng)空白，處于國(guó)際領(lǐng)先水平，部分成果分別獲衛(wèi)星導(dǎo)航定位科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位優(yōu)秀工程和產(chǎn)品二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)。

2017年2月21日,孫家棟院士到訪考察北斗行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)北京燃?xì)馊鎽?yīng)用北斗系統(tǒng)給予充分肯定，現(xiàn)場(chǎng)題詞“應(yīng)用北斗，光彩北燃；精準(zhǔn)市政，智慧生活”，如圖6所示，為北京燃?xì)馍罨倍窇?yīng)用指明方向。

圖6 孫家棟院士為北京燃?xì)獾念}詞

3.以點(diǎn)帶面，推動(dòng)北斗在市政行業(yè)的應(yīng)用

在“北燃經(jīng)驗(yàn)”的基礎(chǔ)上，北京燃?xì)馑鶎俚谋本┛毓杉瘓F(tuán)有限公司從多個(gè)方面開(kāi)展北斗在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)、安全高效、互通共享的立體化市政管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)與風(fēng)險(xiǎn)管控。

一是實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)管及風(fēng)險(xiǎn)管控。包括市政管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、建設(shè)施工監(jiān)測(cè)、設(shè)備設(shè)施/特種工程車(chē)輛監(jiān)控等全過(guò)程、多層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管，已在北京“三城一區(qū)”等地開(kāi)展深入應(yīng)用。

二是統(tǒng)籌資源調(diào)度。結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，已在貴陽(yáng)、永州、寧波等地開(kāi)展智慧景區(qū)、智慧水務(wù)的應(yīng)用，同時(shí)已應(yīng)用于冬奧會(huì)延慶賽區(qū)建設(shè)管理工作。

三是開(kāi)展防災(zāi)減災(zāi)管理。應(yīng)用北斗短報(bào)文及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急災(zāi)備通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情上報(bào)、災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急通信保障服務(wù)，已在城市燃?xì)?000個(gè)重點(diǎn)設(shè)施場(chǎng)站及長(zhǎng)輸管線等應(yīng)用。

四是協(xié)同公共治理?；凇氨倍?物聯(lián)網(wǎng)”的燃?xì)庠破脚_(tái)已上線運(yùn)行，可強(qiáng)化區(qū)域北斗位置信息與市政基礎(chǔ)設(shè)施信息互聯(lián)互通，形成“市政管網(wǎng)一張圖”，實(shí)現(xiàn)公共安全有效保障，2018年年底將在其他市政領(lǐng)域應(yīng)用。

五是提升市政服務(wù)水平。中國(guó)燃?xì)饪毓捎邢薰驹谌A北地區(qū)5省62縣“煤改氣”中成功應(yīng)用北斗技術(shù)，2018年可完成旗下200家城市燃?xì)馄髽I(yè)的應(yīng)用推廣，可大幅提升城市燃?xì)夥?wù)質(zhì)量。

在此基礎(chǔ)上，通過(guò)與中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)、中國(guó)城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)及相關(guān)市政單位開(kāi)展戰(zhàn)略合作，“北燃經(jīng)驗(yàn)”已逐步推廣至全國(guó)市政領(lǐng)域，包括燃?xì)狻崃?、排水等市政行業(yè)，部分成果已推廣應(yīng)用于全國(guó)20個(gè)省（直轄市）、447個(gè)城鎮(zhèn)，取得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

四、創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展，助力新型智慧城市建設(shè)

“北斗+”的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。北京燃?xì)鈱⒃谡块T(mén)的指導(dǎo)下，結(jié)合區(qū)位優(yōu)勢(shì)，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，積極探索北斗系統(tǒng)在行業(yè)的深度融合及應(yīng)用，將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使市政行業(yè)從勞動(dòng)密集的粗放型行業(yè)改造為信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的精準(zhǔn)型行業(yè)；大力推動(dòng)北斗民用化發(fā)展進(jìn)程，推進(jìn)北斗在行業(yè)領(lǐng)域更大范圍、更高層次、更深程度上的創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)位置精準(zhǔn)、時(shí)間精確、安全高效、自主可控、互聯(lián)互通的智慧城市生態(tài)建設(shè)。

未來(lái)，北京燃?xì)鈱⒈局_(kāi)發(fā)、開(kāi)源、開(kāi)放、共建、共享、共贏的合作理念，與其他市政單位、企業(yè)通力合作，合力推進(jìn)軍民融合新跨越，攜手共建精準(zhǔn)市政新局面，同心打造智慧城市新發(fā)展，為中國(guó)的北斗共享融通，為世界的北斗貢獻(xiàn)力量。