基于物聯網技術的市政管網管理系統的設計與實現

冀汶莉+馬晴

摘要：智慧城市是結合互聯網和物聯網技術的城市建設的趨勢，而作為城市“生命線”的地下管網的信息化建設也成為實現智慧城市建設的關鍵和基礎。但目前我國城市地下管線的信息化建設發展滯后，大多是一些管網鋪設圖的資料存儲，無法在巡檢工作中進行有效的利用也無法進行資源共享。該文提出基于物聯網和互聯網技術設計并實現了一套市政地下管網管理系統，系統完成了以RFID作為管網數據感知端，以Zigbee作為無線傳輸，用TCP/IP作為遠程數據傳輸的方式；服務器端采用MVC開發模式，以B/S模式提供瀏覽器的使用方式。系統功能包括標簽管理、施工管理、管網管理、巡檢管理、維修管理、派工管理、異常管理、地圖顯示、風險評估的地下管網管理系統。最后將系統部署到阿里云的公共平臺上，經過系統測試系統運行正常，該課題為城市部門的地下管網精細化服務和管理提供了可借鑒的系統實現模型。

關鍵詞： 智慧城市；地下管網管理系統；風險評估

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0269-03

Abstract： At present smart city tend to be a feature of city building combined with Internet and Internet of Thing technology. Information construction of the city underground pipeline network becomes the key to realizing smart city. But Information construction of the city underground pipe network develop slowly， relevant departments have no the effective utilization and the resource sharing. This article is designed and completed a pipeline network management system in the city construction municipal by using Internet of Things and internet. The system uses browser to develop user management， label management， construction management， pipeline management， inspection management， maintenance management， dispatching management， exception management， comprehensive analysis， map display， the risk assessment of underground pipe network. The programming language is java Based on the MVC pattern. We use RFID to track special pipeline and use Zigbee， TCP/IP to transmit the data. Finally， we deploy system to Ali's public cloud platform. This project could provide referential experience system implementation model about service and management of underground pipeline network.

Key words： Smart city； management system of underground Pipeline network； risk Assessment

城市地下管線的管理是城市基礎設施建設管理工作中最重要的一環。目前國家正在大力提倡以物聯網和互聯網為技術基礎的智慧型城市建設，而作為城市“生命線”的地下管網，其信息化建設成為實現智慧城市的關鍵之一[1-2]。

但目前大多數城市管網和區域性管網面臨著管道線路老化、管理混亂、應急處理能力差等問題。地下管線施工建設缺乏統一的規劃，各種管線存在交叉、疊加現象。在管道維修中，由于沒有統一的信息共享平臺，挖掘機械常常是“盲挖”，需要維修的管道找不到，其他管道又被挖斷的情況時有發生。城市地下管網及其管理已經嚴重滯后于城市的發展，成為阻礙城市建設和經濟發展的一大障礙。

作者提出了以RFID和Zigbee為技術基礎的新型城市地下管網的信息化管理?？梢岳肦FID及Zigbee作為新的技術手段，以一種非開挖的方式在日常維護中滿足管線的精確定位和反映管線的實際信息，并且能夠較好地解決傳統管線在維護和施工中遇到的問題。尤其是對于提高管線的搶修速度、降低維修的成本有很大幫助。還可在此基礎上建立對管道進行巡檢和維修記錄的資源庫，為日后的地下管網數據分析及科學預警提供基礎數據支持。

1 系統組成

在上述需求分析的基礎上，系統的設計分為三層分別是感知層、傳輸層及應用層。

感知層：本系統涉及自動識別和追蹤物體，采用RFID技術來實現。由RFID閱讀器自動讀取貼于管道上或地表上的存儲有管網屬性信息的RFID標簽數據[3-4]。

傳輸層：傳輸層是利用現有的信息傳輸方式將采集的數據傳送至市政管網系統的相關服務器，主要是負責傳輸感知層采集的管網信息。本系統中借助于Android移動終端驅動RFID閱讀器，采集RFID標簽中的管網的相關標識信息，Android移動終端通過HTTP通信模式和市政管網服務器之間進行數據通信。endprint

應用層：項目組開發的地下管網信息管理系統，為不同的用戶提供相關的地下管網信息服務。主要包括對標簽和管網信息的日常維護和管理、巡檢信息及維護、維修信息及維護、利用系統中分布式數據存儲中的相關數據進行管道評估和預警[5-6]。

系統網絡框架如圖1所示：

2 系統設計

市政地下管網管理系統針對不同用戶提供不同的服務，除了對管網信息進行日常管理、巡檢和查詢外，還針對管網運行狀況以及重要參數進行數據采集，結合專門的分析評估數學模型，發現潛在故障隱患以及運行風險，及時做出預警和應對措施。該系統主要包括權限登陸、人員管理、標簽管理、管網管理、查詢統計、風險評估、異常統計、報（預）警等功能模塊。

其功能圖如圖2所示：

系統的數據庫系統的數據模型如圖3所示：

3 系統實現

本系統采用了目前流行的MVC的開發框架，最終將系統部署到阿里云上，采用阿里云Ali Cloud Engine平臺支持該系統的測試。

本系統在登錄模塊中采用了角色權限的安全管理模式，根據需求分析設計了三種角色分別是管理員、巡檢員、維修員。系統根據角色的不同選擇進入不同的功能界面。登錄驗證頁面如圖4所示：

通過管網管理模塊可以維護并查詢到該管網的詳細信息，如該管網類型、附著在管網上的標簽ID號、 標簽安放的位置、管網的高度、管網的經緯度、管網半徑、管道鋪設時間等信息。并提供管理員對巡檢信息和維修信息的統一管理。如圖5所示：

在管網管理中提供了地圖顯示功能，采用百度地圖API進行系統中管網位置信息的百度地圖的相關開發。如下圖6所示。

管網巡檢模塊是整個智慧管網綜合服務系統重點開發的模塊，包括發送巡檢派工單、風險評估、異常統計、巡檢統計等四個子模塊。

管網維修模塊功能較為簡單，包括發送維修施工派工單、接收批量上傳的維修信息、按維修人員或管網類型查詢維修記錄三個模塊。主界面如圖11示：

4 結論

本文首先分析了當前城市市政管理中對地下管網管理中存在的問題以及現有系統的缺陷，結合物聯網技術以及市政對地下管網管理的實際需求，設計實現了基于RFID、Zigbee技術的地下管網管理系統。系統在完成對地下管網信息的基本管理功能之外，為解決現場管理、工程施工、線路維護時進行快速準確定位提供了新思路。

參考文獻：

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[8] George Porter，UC San Diego，a Jolla. Decoupling Storage and Computing in Hadoopwith Super Data Node[J]. ACM SIGOPS Operating System Review，Volume 44 Issue 2， April，2010.endprint