1、基于物联网和 GIS 的供水管网巡检系统的设计与实现 冯锦霞 广东省惠州市供水有限公司 摘 要： 为了提高供水管网巡检效率, 基于 GIS 和物联网技术设计实现了供水管网巡检系统。该系统能够有效地解决地理信息分析问题, 也为管网改造、爆管抢修等业务提供支持, 并为管网设备管理提供了科学化、制度化的保障。关键词： 供水管网; 巡检系统; GIS; 物联网; 作者简介：冯锦霞 (1981-) , 女, 湖北麻城人, 工程师, 硕士, 2007 年毕业于中南大学摄影测量与遥感专业, 主要从事工程测量、供水管网 GIS 工程等方面的应用研究工作。收稿日期：2016-12-12Design and Im
2、plementation of Water Supply Network Inspection System Based on GIS and Internet of ThingsFENG Jin-xia Huizhou Municipal Waterworks Co., Ltd.; Abstract： In order to improve inspection efficiency, based on GIS and Internet of Things ( IOT) , the Water Supply Network Inspection System was designed and
3、 constructed in this study. The system can effectively solve the problems of geographic information analysis, and can also provide support for pipe burst repair and other jobs. The system can strengthen the scientific and institutionalization of network equipment managementKeyword： water supply netw
4、ork; inspection system; GIS; internet of things; Received： 2016-12-120 引言随着城市化的推进, 从居民生活、工业生产到交通运输, 日益依赖于城市供水系统。供水管网突发事件可分为自然灾害类、水源污染类、设备故障类和人为破坏类。事件发生频率最高的是爆管, 会给城市运转和人民生活造成极大影响。而传统管网巡查采用查图纸、找标识的方式进行, 巡查效率低, 管理手段落后。物联网是通过 RFID、传感器、GPS 等技术, 按约定的协议与无线网络连接, 实现信息交换、智能化识别、定位、监控和管理的巨大网络。随着物联网的发展, 移动通信技术及
5、智能终端设备的普及推广, 将物联网引入供水管网移动巡检, 通过构建供水管网移动巡检系统, 利用移动通信技术可实时接收紧急调度指令, 及时到达现场处理并回传指挥中心, 从而解决管网紧急维修、工程现场定位问题1。利用 RFID 和无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks, WSN) 扩展管网巡检终端和后台系统的通信方式, 能够提高管网巡检自动化、智能化水平, 同时为管网设备管理提供了科学化、制度化的保障2。1 系统设计1.1 系统构建目标构建基于物联网和 GIS 的供水管网移动巡检系统, 能够实现供水管道及设施巡检管理工作的网络化、流程化、智能化, 保证供水管道及设施事故
6、及时处理, 在实现移动端与 PC 端的数据共享的基础上, 改进巡查工作方式, 实现巡检实时上报、案件分发、核查、汇总一体化, 提高了工作效率。供水管网移动巡检系统着重于解决日常巡检, 现场辅助应急处理。系统由基于PDA 的移动前端系统和基于 Web GIS 的后台管理系统组成。系统 GIS 功能主要体现在空间数据和属性数据的快速存取、互查、更新、统计、模拟分析预测以及提供危险源、预案图层、应急场所的空间分布图。1.2 系统体系结构供水管网移动巡检系统应用体系结构基于物联网三层结构模型, 划分为感知层、网络层和应用层。应用层分为服务层、展现层、应用支撑层、数据层等。数据层将空间数据和巡检业务数据
7、整合形成数据仓库, 能够为应用服务提供面向应用、面向主题的数据支撑。应用支撑层根据供水管网管理需求, 定制业务子系统。应用展现层根据专题数据, 提供各种管网维护相关的服务发布和展现。应用服务层能够为供水管理企业及相关单位提供定制的业务信息服务3。系统体系结构如图 1 所示。图 1 供水管网巡检系统框架结构 Fig.1 The framework of water supply network inspection system 下载原图1) 感知层:利用 RFID (Radio Frequency Identification) 实现对象识别、数据采集和通信;2) 网络层:利用 Interne
8、t、Intranet、移动通信网络实现数据存取、传输和管理;3) 应用层:利用管网决策支持模型、中间件技术, 实现物联网和供水管网巡检需求融合。系统网络拓扑结构如图 2 所示。外业巡检人员通过 PDA 等手持设备, 通过移动通信网络上传下载业务数据信息, 供水企业数据管理中心负责后台业务数据处理和系统维护。基于 Arc GIS Server 的供水管网地理信息系统提供空间分析功能。内业办公可通过 B/S 架构浏览器客户端完成, 市民也可通过浏览器在线查询管网抢修进展情况。图 2 网络拓扑结构 Fig.2 The topology of network 下载原图1.3 数据库设计GIS 中心数据
9、库建设是供水管网巡检系统建设的重要支撑。数据库中子库的划分主要依据数据的类型和数据的比例尺。空间数据库的子库根据业务地图比例尺划分。矢量数据的逻辑子库先划分大类, 再根据实体类型和业务要求划分逻辑层4。空间数据库包括 3 个部分:1) 基础地形数据库, 作为系统数据的空间位置参照;2) 供水管网数据库, 提供管段、阀门等对象的空间位置信息;3) 元数据库, 对数据集进行描述, 通过元数据检索数据库。空间数据库的属性数据表设计如图 3 所示。图 3 供水管网数据库表结构 Fig.3 Water supply network database table structure 下载原图2 系统实现系
10、统按管网巡检业务需要, 由外业移动巡检系统和管网地理信息系统组成。移动巡检系统采用射频识别 (RFID) 技术。地下电子标识器将管网业务信息保存于 RFID 芯片中, 外业人员使用电子标识器探测仪来读取 RFID 芯片信息, 包括管网地理位置、埋深、走向、施工维护记录等。管网巡检业务分为计划性巡检及日常巡视。计划性巡检是根据预设区域内工作计划, 外业人员定向、定时、定点、定量展开供水设施巡检业务;日常巡视是辖区巡检负责人员自发性、日常性的设施巡检作业。对供水管网爆漏事故应急处理是系统的重要功能。根据巡查报警和热线投诉快速制订应急处理方案并下发任务到外业人员的手持 PDA, 应急作业人员查看管网
11、线路图、监测数据、业务记录信息, 实现快速响应应急抢修。外业巡检人员获取工单后能够及时前往爆管地点检修。检修任务完成后, 通过移动通信将现场情况反馈给监控中心。全过程流程化和自动化提高了应急处理效率和质量。3 结束语物联网的本质是通过信息通信技术 (ICT) 的应用, 实现工业化和信息化的结合, 从而达到“提升效率、降低成本、保障安全、节能环保、科学决策、快速反应”的目的, GIS 的优势在于地理空间数据处理5。基于物联网和 GIS 的供水管网巡检系统能够提高巡检效率和巡检信息的准确、实时性, 为管网设施实时动态管理提供了技术支持和保障。参考文献1吴亚南, 池天河, 彭玲.基于 GIS 和物联
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