基于物聯網技術的管網巡檢系統

萬軼迅

(重慶水務集團股份有限公司，重慶 400015)

基于物聯網技術的管網巡檢系統

萬軼迅

(重慶水務集團股份有限公司，重慶 400015)

本文系統介紹了基于物聯網技術的管網巡檢系統的系統架構、技術路線及功能設計，并對系統綜合利用當前最先進的物聯網、移動互聯網、移動GIS、智能終端以及首創的圖文導航等創新技術應用進行了詳細介紹，最后對系統應用效果作了客觀的評價。

物聯網；移動GIS；管網巡檢；圖文導航

1 引言

供水管網及其附屬設施的運維管理，一直是供水行業的一個老大難問題。隨著城市發展速度的加快、管網規模的擴大、人們對公共服務要求的不斷提高，管網的巡檢、設備的保養、水表的抄讀、事故的搶修，無一不在對供水企業提出更高的要求。

隨著物聯網技術、移動互聯網技術、移動GIS平臺和智能終端技術的快速發展，讓我們在技術手段上有了創新的條件，綜合運用這些條件，加上創新的圖文導航思路，我們團隊開發了以標定服務為支撐，以設備電子身份為基礎，全面解決上述問題的新一代管網信息化管理系統。

2 系統架構

管網巡檢系統基于專用IP數據網絡，以GIS、GPS、移動終端、數據庫技術等為支撐，集成基礎信息資源平臺、管網、信息安全等多種資源，通過多部門信息共享、協同工作，實現了對管網巡檢的管理監督。通過數據中心，實現與相關部門的應用系統之間業務數據的信息交換，達到信息共享和協同工作，真正整合優化信息資源，建立覆蓋全時段、全范圍的管網巡檢管理體系。系統在整體架構上進行了分層，底層由硬件平臺及支撐平臺組成，支撐平臺包括管網GIS、數據交換平臺等支撐系統組成，應用層基于SOA松耦合原則進一步進行了結構劃分。

圖1 管網巡檢系統架構

3 技術路線

3.1 采用J2EE構架

J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition,J2EE）實質上是一個分布式的服務器應用程序設計環境，它提供了基于組件的，以服務器為中心的多層應用體系結構，它最大的優點就在于將企業的業務邏輯同系統服務和用戶接口分開，放在它們之間的中間層。它提供了一系列的底層服務，如事務管理、緩沖池等，使得開發者能夠將精力集中于企業的業務邏輯，而無需過多的關心與業務邏輯不太相干的系統環境等。由于采用多層結構，系統中同時會有多臺服務器在工作，這樣不僅能提高系統的整體運行效率，而且一旦某一臺服務器

出現故障，應用程序會自動轉移到另一臺服務器上接著運行，這就有效的保障了系統整體運行的可靠性。

3.2 基于SOA構架

SOA（Service Oriented Architecture）是一種架構模型，它可以根據需求通過網絡對松散耦合的粗粒度應用組件進行分布式部署、組合和使用。服務層是SOA的基礎，可以直接被應用調用，從而有效控制系統中與軟件代理交互的人為依賴性。

3.3 遵循XML標準

XML（eXtensible Markup Language，可擴展置標語言）最大優點在于它的數據存儲格式不受顯示格式的制約。一篇文檔一般包括三個要素:數據、結構以及顯示方式。XML把文檔的三要素獨立開來，分別處理。XML還有其他許多優點，比如它有利于不同系統之間的信息交流，完全可以充當網際語言，并有希望成為數據和文檔交換的標準機制。

4 管網巡檢系統功能設計

本系統主要包括片區、巡檢線路、巡檢項目、臨時點位設置、巡檢計劃編制、工作量考核、巡檢工作監控、管網隱患分析八大后臺功能，以及智能操作終端、現場標定服務和系統業務流程等特色功能。下面主要介紹系統的特色功能。

4.1 智能操作終端功能

4.1.1 定位及導航

通過GPS和圖文導航結合，讓任何人都能使用終端設備找到任何一個檢查點和設備。

圖2 定位導航例圖

左圖：通過GPS導航，在地圖上快速的找到巡檢點所在的地理位置，指引巡檢人員到達現場。

右圖：巡檢人員到達巡檢點所在范圍后，巡檢系統提供圖文導航的方式，通過遠景圖-近景圖-標簽綁設位置的方式，精確地找到巡檢點及標簽所在位置。

4.1.2 巡檢計劃下載、查詢

按距離顯示檢查點，方便工作，也可以強制按規定路線執行。采用狀態提醒杜絕漏檢，采用時間記錄考核工作效率。

圖3 狀態提醒例圖

4.1.3 巡檢操作執行

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

圖4 巡檢操作例圖

4.1.4 現場取證及臨時點位標注

對于現場發現的臨時巡檢點，可以直接在手持終端操作錄入并自動定位位置。同時可以使用照相、錄像、錄音方式

現場取證。

4.2 現場標定服務

標定服務的目標是對一般現場設備進行智能化改造，標定作業將為每個設備綁定一個RFID電子標簽（物理標定），使其具有能被信息系統識別的唯一電子身份，收集設備靜態屬性和動態屬性并將其與電子身份綁定（邏輯標定），最后定義信息系統與智能化設備的交互協議（對話語言），使其能夠與信息系統直接交互。把這些電子身份及其對應的信息記錄收集回來，就形成了可供下游系統使用的物聯網智能對象數據庫。值得一提的是，這些信息中就包含很重要的“圖文導航信息”，可以幫助我們實現100%的設備尋址。與此同時，標定還是一個全面普查的過程，可以全面細致地反映目前的管網情況，為解決最重要最急迫問題提供了信息支持。

4.3 系統業務流程

4.3.1 業務數據流程

圖5 業務數據流程圖

GIS上圖：通過導入或繪制方式，將管網信息電子化，保存GIS系統未審核圖檔中。

圖檔審核：未審核的圖檔可能存在數據錯誤，需要不同的人員，通過抽查的方式，對圖檔進行審核，審核后作為正式數據入庫。

安裝標簽：公司對重要設備安裝NFC標簽，作為設備身份標識。

圖文導航：由于GPS可能存在偏差，為了更方便地查找管網設備，需要為關鍵設備制作圖文導航，即通過設備周圍的標志性建筑，拍攝照片，并在照片上標示走向。

設置項目：將圖文導航與GIS信息進行連接，設置相關屬性。

編排計劃：編排管網設備的更新、維護、巡檢的計劃要求。

圖檔維護：管網信息發生變化后，對GIS信息進行增、刪、改操作。

查詢統計：提供WEB界面的查詢統計功能，方便進行查詢統計。

4.3.2 業務操作流程

圖6 業務操作流程圖

管理設置：將管網信息劃分不同的片區，指定負責人，方便最終的指標考核。

編制計劃：根據管網的重要程度、口徑大小、供水負荷等因素，編制巡檢工作的月計劃、季計劃和年計劃。

下載計劃：計劃編制完成后，自動根據計劃的時間、執行人員下載到相應的移動終端上。

現場巡檢：巡檢人員，根據手持終端指示，到達現場進行巡檢。

問題反饋：現場巡檢人員實時反饋現場問題。

問題處理：后臺管理人員可根據現場反饋情況，實時指揮現場人員進行處理。

問題復查：根據巡檢記錄，能對處理的問題進行復查，保證工作完成率。

統計分析：提供對問題的統計及分析功能，為經常出現的問題提供處理依據。

4.3.3 現場操作流程

圖7 現場操作流程圖

計劃下載：通過GPRS網絡，自動下載巡檢計劃。

查詢點位：通過GPS及圖文導航的支持，快速找到巡檢點位。

巡檢到位：到達巡檢點位所在位置。

標簽識別：通過掃描電子標簽，實現與服務器的交互通信。

問題錄入：通過手持終端錄入問題，實時傳輸到后臺。

照相錄像：通過拍照或錄像取證，完成當前點位巡檢。

下一點位：繼續下一點位的巡檢。

數據上傳：巡檢的所有信息通過GPRS網絡實現實時上傳。

5 系統亮點

5.1 自主開發、自主知識產權

系統所有涉及到有較高技術要求的部分，比如標定作業、數據更新、系統開發、系統維護升級，全部由我們團隊自主開發并實現了服務化、產品化。系統在國內供水行業、燃氣行業等涉及地下管網管理的行業都有較大的推廣前景。

5.2 物聯網技術應用落地項目

標定服務所產生的完整對象電子身份正是物聯網的根本特征，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設定的業務規則進行操作，控制性業務數據由智能終端和改造后的智能設備自動交互產生，現場工作監督變得簡單易行，徹底杜絕“在家巡檢”、“隔山抄表”等現象。

5.3 創新實用的圖文導航

創新性地綜合利用了圖片、文字和坐標信息，讓民用定位精度的設備實現比專業設備更方便有效的設備尋址，避免傳統定位尋址模式中對高價設備和高素質操作人員的依賴。任何人只要手持安裝了終端系統的智能手機就能在第一時間快速找到目標設備（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、業務外包隨心所欲。

5.4 充分利用開放資源

系統方案整合預制好了各種接口。本系統設計上沒有采用昂貴的GIS系統，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，擁有優秀的導航支持，甚至還可以結合實時路況演算搶修路徑。

5.5 提高效率方便考核

本系統通過使用移動設備對RFID標簽數據的讀取，規范巡檢人員巡檢路線，提升其工作效率，便于考核。

6 結論

該系統已經在自來水公司江南營管所試運行，完成了GIS上圖和關鍵點（閥門等）的資料梳理和現場標定，標定DN300以上關鍵點位1360個，制定了GIS上圖和巡檢計劃編制標準流程，率先應用管網巡檢系統進行管網巡檢管理。該系統較好地解決了管網屬性數據管理不足、巡檢任務安排不合理、巡檢及搶修效率低下等管網管理上的問題，使用效果良好。目前已向自來水公司其他廠所推廣。該系統開創了物聯網技術在供水行業的應用實例，在國內供水行業中處于領先地位。

[1]解自國，顏禮松，嚴仕新．物聯網技術應用前景分析[J]．電子工業專用設備，2012，41(1)：8-11．

[2]何智華，甘慶華．基于物聯網技術的排水管網監控管理系統[J]．山東工業技術，2015(15)：125-125．

[3]歐佳斌，張新長，郭泰圣．基于移動GIS的規劃數據應用系統研究[J]．測繪通報，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：工業自動化控制，計算機信息系統。