Abstract: This paper analyses the demand for application in inspecting urban supply water pipeline,and then discusses the way to achieve the system function, and finally gives the corresponding application evaluation.

Key words: GNSS   GIS   Urban   Water supply pipeline   Inspect

【中图分类号】P208.2 【文献标识码】B  文章编号1606-5123（2018）01-0000-00

1 引言

近年来，随着城市经济社会的迅猛发展对用水需求的不断增大，城市供水管道管径越来越大、距离越来越长，与此同时，周边区域的生产生活活动也对城市供水管道的管理带来了严峻的挑战。

GNSS/GIS技术提供全球覆盖的高精度、可靠性强的定位、导航、用户管理等功能，能够很好地解决巡查数据的在线查询、采集和运用，为巡查人员及时、准确地提供分析和决策，从而能明显减轻城市供水管道巡查人员的工作压力，并能大幅提高城市供水管道巡查人员的工作效率，已在油、气、水等市政设施巡查领域得到广泛的应用，因而值得在城市供水管道巡查领域予以应用和推广。本文抛砖引玉，试探基于GNSS/GIS技术的城市供水管道巡查管理信息系统的开发，以期为城市供水管道巡查工作效率的提高贡献一份微薄力量。

2 需求分析

2.1 空间位置信息困局

空间位置信息是城市供水管道人工巡查以及相应的水事纠纷查处、维修养护、应急抢修等工作的基础数据，然而，长期以来，城市供水管道巡查人员需依赖各种纸质的地形图、平面图、断面图、大样图来辨识和判断人工巡查目标所在的空间位置及其相对关系。这种传统的工作方式影响了获取空间位置信息的及时性和准确性，在一定程度上造成了工作效率的低下，乃至影响水事纠纷查处、维修养护、应急抢修等工作的处置时机，进而威胁城市供水保障和公共安全。

一方面，城市供水管道管理部门需加大人工巡查幅度，以便及时监控和制止供水管道管理和保护范围内及其周边区域的生产生活活动对供水管道运行安全造成破坏的行为；另一方面，城市供水管道管理部门也需加大人工巡查频度，以便及时发现和处置供水管道的安全隐患和质量缺陷问题以及漏水、爆管等应急突发情况。

2.2 空间位置信息案例

以深圳市某供水管道工程为例，该工程为深圳市供水生命线之一，要求供水保证率长期保持在97%，停水检修期原则上不得超过30天，因此，供水管道一旦出现安全隐患和质量缺陷问题，漏水、爆管等应急突发情况，以及威胁运行安全的水事行为，必须及时发现和处置，不容搁置，巡查因而显得非常重要，工作需求则主要体现在幅度、频度、精度等方面。

(1)巡查幅度。巡查长度约30公里，巡查范围覆盖管道管理和保护区域，具体包括地下埋管敷设段管道及其地表附着的绿化、标识、围网、阀门及阀室等附属设施设备，明管铺设段管道及其附属的管桥、标识、阀门等设施设备；沿线地形起伏大，高程分布没有规律；管径DN2600-DN3000不等，管材包括钢管和玻璃钢夹砂管；周边区域情况复杂，多处横跨或经过公路、铁路、河流、物流园、工业园、商业区、住宅区、城中村等区域，生产生活活动密集。

(2)巡查频度。管道周边区域情况复杂，生产生活活动密集，对管道运行安全的影响存在实时性影响，巡查需24h全面覆盖。

(3)巡查精度。管道全线长，附属设施设备多，一旦发现威胁管道运行安全的水事行为或安全隐患和质量缺陷问题及漏水、爆管等应急突发情况后，必须要及时、准确作出定位和情况描述，以便及时、准确地处置。

2.3 GNSS/GIS解决方案

鉴于以上情况，传统的人工巡查已很难达到工作需求，而GNSS和GIS技术借助移动设备，为巡查人员提供全球覆盖的高精度、可靠性强的定位、导航、用户管理等一站式的数据采集和管理信息平台的解决方案，且成功案例多，能够极大满足城市供水管道巡查的幅度、频度、精度要求，大为降低巡查难度、压力，明显提高巡查精度、效率，契合供水保证率的要求，不影响城市经济社会的可持续发展。

3 系统功能实现

根据上述需求分析，基于GNSS/GIS技术的城市供水管道巡查管理信息系统的开发分三部分：GNSS卫星定位增强系统建设、管线GIS系统程序开发、制作工作底图数据。系统开发流程如图1所示。

3.1 GNSS卫星定位增强系统建设

GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写，中文译名为全球导航卫星系统。目前，包含美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass(即北斗)、欧盟的Galileo。GNSS卫星定位增强系统由基准站系统、数据传输网络系统、数据处理和监控中心、数据发播系统、定位应用系统等几个部分组成。系统结构如图2所示。

(1)基准站系统。由若干分布合理的基准站组成，负责采集GNSS卫星观测数据。主要设备包括GNSS接收机、GNSS天线、观测墩以及配套的供电、防雷设备等。

(2)数据传输系统。用于将基准站的GNSS数据通过有线或无线网络传输至数据处理和监控中心。主要设备包括数据传输硬件设备和软件控制模块等。

(3)数据处理和监控中心。通过接收基准站的数据，进行数据处理和监控，形成用户数据。主要设备包括网络设备、服务器、计算机、不间断电源等。

(4)数据发播系统。通过因特网的形式实时向用户播发定位导航数据，用户端可通过无线通信方式(GSM、GPRS、3G、4G等)，读取系统播发的定位导航数据。主要设备包括地面台等。

(5)定位应用系统。通过移动网络获取定位数据，并将其传输至移动终端上的管线GIS子系统。主要设备包括GNSS终端、通信模块等。

3.2 管线GIS系统程序开发

GIS是Geographic Information System的简写，中文译名为地理信息系统。管线GIS系统由便携式终端设备和系统软件组成。

(1)便携式终端设备。可以采用搭载平板电脑、手机，也可以是与GNSS接收终端集成的一体化设备。

(2)系统软件。功能主要包括：与GNSS定位终端进行数据通信，读取并显示当前定位点坐标；具备地图浏览功能，显示管线图、地形图、影像图等作为工作底图，同时加载重要管线节点、潜在隐患点、界桩等数据，根据需求按定位坐标生成纵断面图、横断面图；根据定位点，查询管线属性信息(如管材、管径、埋深、管底高程等)；巡查任务管理，巡查轨迹存储；采集、编辑坐标点；坐标数据的导入、导出；距离量算、面积量算；用户登录与管理；等等。系统软件的功能图如图3所示。

3.3 制作工作底图数据

系统所需的基础数据以文件或数据包的形式存储在便携式终端上，可分为图形数据和属性数据。

(1)图形数据。有栅格数据和矢量数据等不同的类型，以图层的形式显示。其中： 管线图图层，用于显示二维管线图；地形图图层，用于显示地形图；影像图图层，用于显示栅格影像图；管线节点图层，用于显示控制阀、检修口等重要节点信息；界桩图层，用于显示已埋设的管线中心桩、管理桩；隐患点图层，用于显示潜在隐患点位置；历史爆管点图层，用于显示历史爆管点位置；巡查管理图层，用于显示巡查路径；兴趣点图层，用于显示采集的兴趣点坐标。

(2)属性数据。与管线点图形数据相关联，主要字段有管线点坐标、管线里程、管线埋深、管线材质、管线直径、管底高程、地面高程等。

3.4 应用效果评价

(1)巡查幅度。借助GIS便携式终端设备，并通过GNSS基准站系统、数据传输网络系统、数据处理和监控中心、数据发播系统、定位应用系统，能够轻松、无缝地将该工程所有空间位置信息实时采集、监控和处理。

(2)巡查频度。GNSS卫星定位增强系统、管线GIS系统均具有很高的实时性，通信方式多样，终端选用灵活，数据存储可靠性高，完全能够满足巡查24h全覆盖的要求。

(3)巡查精度。系统采集的图形、属性等基础数据，既能以图形的形式直观显示正在巡查的空间位置情况，又能以属性的形式数据显示空间位置情况，帮助巡查人员及时、准确定位，及时将巡查发现的问题上报，为水事纠纷处理、维修养护、应急抢修赢得先机，确保城市供水的长治久安。

5 结束语

(1)GNSS/GIS技术具有可全球覆盖的高精度、可靠性强的定位和导航等服务优势，能够明显降低巡查人员工作压力、大为提高巡查工作效率，因此有必要研究开发基于GNSS/GIS技术的城市供水管道巡查管理信息系统。

(2)根据需求分析，基于GNSS/GIS技术的城市供水管道巡查管理信息系统的开发主要包括GNSS卫星定位增强系统建设、管线GIS系统程序开发、制作工作底图数据等三个部分。

(3)随着3D技术和VR应用市场的不断拓展，基于GNSS/GIS技术的城市供水管道巡查管理信息系统势必拓展数据成果三维动态展示的功能，以真实反映和模拟出城市供水管道数据的空间分布，更加直观地体现出城市供水管道数据的特点，并大大增强用户体验的友好、逼真等效果，便于巡查人员更为快速、准确地做出水事纠纷查处、维修养护、应急抢修等工作的分析和决策。

参考文献

[1]陈雨,蒋连江.石油管线智能巡检系统应用与研究.中国石油石化数字管道信息化建设论坛暨燃气管网安全、经济、运营技术交流研讨会论文集,2009.9.1.

[2]曾武,徐速.基于移动GIS技术的供水管网巡线系统设计与开发.水利水电技术, 2011(1).

[3]罗朝明,甘荣成.基于管道移动平台的管道巡检及监控管理研究和应用.测绘, 2012(3).

作者简介

李良庚 （1974-） 男 工学硕士 高级工程师 研究方向：水务机电装备工程