张绍璐 赵希奇
(1.哈尔滨市政府投资工程项目服务中心，黑龙江 哈尔滨 150000;2.哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000)
0 引言
随着我国现代化城市发展的速度逐步提升，城市供水服务的各项需求逐年提高，加之我国总体水资源的短缺，环保意识低导致的水污染严重，水资源利用率低，因供水管道渗水漏水等情况的出现，使城市供水安全和供水质量都面临着严峻挑战[1]。为进一步改善伊春市的用水质量，降低供水管道的漏水率，保障当地居民的生活及其他用水需求，满足伊春市的工业生产正常进行，解决特殊地理环境无法巡检、人耗及能耗成本高等现状，从供水管线巡检应用服务为切入点，整合水务资源、优化生产调度、降低管网漏损、联动安全应急、改善营收服务，通过大数据分析为城市及供水行业管理者提供决策支撑[2]，创新供水管理、运营、服务模式[3]，推进伊春市供水行业健康有序的发展。
1 系统需求分析
为解决目前伊春市管线巡检维修业务处理过程中存在的“经验主义”、人工巡检不到位、无法准确定位管线位置、维修数据保存不准确不完整、业务流程(工单派发、巡查、反馈、监督、归档)繁琐、流转缓慢等问题[4]，需要通过PC端与手持终端相结合的手段，采用移动端的巡检方式通过三维GIS服务可以实现巡查人员进行精准定位、巡检任务接收、查看、地下管线属性信息编辑、拍摄图片或者视频上报巡检事件、巡检路线规划等，并将巡检信息上报应急指挥中心，满足监督人员远程监督指挥(人员管控、指挥调度、计划制定等)的需求，实现主城区巡检人员的定位精度达到2 m以内，周边区域巡检人员定位精度4 m以内；此外，由于伊春支线在偏远山区，不便于人工巡检，需充分利用已建监控设备，通过对无人机的轨迹控制及定点悬停，对管线延展方向的明漏、地表塌陷、设施损坏等地上情况进行细微的巡视检查，并配合卫星遥感以月度周期性的宏观地势监测变化对比分析，若发现异常可以派出无人机进行详查，在无人巡检的情况下全面掌控管线的运行情况。
2 城建区管线巡检
城建区的管道智能巡检主要由巡检人员监控、巡检计划制定、三维GIS服务、巡检事件上报、一键报警等11个功能模块组成。
2.1 服务端
服务端的设计主要是为了实现向移动端发送任务，查看巡检人员上报的巡检事件，清晰巡检轨迹，可以对巡检人员实现实时定位等功能。可以使管理人员更清楚巡检工作人员的工作进程。其主要功能有外勤人员监控、制定巡检计划、巡检上报事件查看等8个功能模块。
1)外勤人员监控。
通过系统的定位功能，可以清楚的查看到巡检人员所在的位置信息，还可以查看一定时间段巡检人员的巡检轨迹，判定巡检人员是否恪尽职守，有无偏离工作任务和工作路线等情况。这些都可以在二维GIS地图上实现可视化监督，可以回放巡检人员的巡检路线，使监督巡检人员的工作得到有效的提升。
2)巡检计划制定。
系统可在地图上设置巡检核查点、重要设施查核点等，明确了巡检任务类型、任务内容、开始及完成时间等信息，并指定外勤人员后自动生成每天的巡检任务。通过审核的巡检计划下发到外勤人员，外勤人员携带智能终端，按照巡检计划完成巡检工作。并提供动态调整工具，保证巡检过程的完整性，且计划调整结果与智能终端信息实时同步，保证巡检计划的执行力度及内容的准确性。此外，通过GIS服务实现可视化巡检路线规划(避免漏检、重复检查等情况)的功能，给出最合理的巡检路线。
3)巡检上报事件查看。
管理人员可以在服务端实时查看巡检人员的工作动态、工作内容、工作结果。如巡检人员的巡检时间，巡检路线，巡检长度，对巡检结果的上报中有哪些巡检故障，存在哪些隐患信息，巡检工作的完成情况等。
4)指挥调度。
服务端可以实时接收到手持终端上报的信息，包括巡检人员在巡检过程中上传的巡检结果，根据查看上传的文字，图片，空间位置等信息，来协助快速定位。并根据巡检人员所在的位置，直接在电子地图上进行查看，通过无线对讲、发送消息等方式下达任务，实现对巡检人员工作上的指挥和调度，提高工作效率和质量。
并且可以接收展示社会公众通过微信平台或热线上报的事件信息，统一进行任务的派发调度管理；根据问题的不同，分析问题的处理方式，并根据解决问题的办法和流程，把任务下发给相对应的部门进行处理。
5)工作督办。
当巡检、维修任务派发后，系统自动进行时效计时，若在规定时间内外勤人员没有完成相应任务，系统对移动端进行督办提示(距离时间差3 h进行)。
时效计时的规则如下：
a.巡检任务派发后，需10 h内完成；b.供水管道漏水维修，24 h内完成修复；c.爆管事故维修，维修人员需在4 h内止水并开始抢修，修复时间须符合下列要求：管道直径DN不大于600 mm的管道24 h;管道直径大于600 mm，且不大于1 200 mm的管道36 h;管道直径大于1 200 mm的管道48 h。
此外，冬季、汛期等特殊时期系统自动进行相关巡检维护信息的提示(如防冻保护、防汛保护等)，提前进行相应的措施的制定。
6)自动生成日志。
可以根据巡检人员上传的巡检时遇到的问题、问题处理的方法、进程及结果等详细信息，自动生成工作日志。
7)工作评价。
可以在任何时间段对某一个或者所有的巡检人员进行工作统计，可以清楚的了解到巡检人员报告的事故数量、按时完成任务的比率、了解和维护管道网络路径的长度及累计的休班时间、离线时间等，为对巡检人员的工作评价提供可靠的依据和准确性。
8)统计分析。
以历史数据为基础，系统可自动生成巡检日报和各类图表(如年度故障趋势图、故障类型分析图、高发管段柱状图等)，根据对图标进行分析，再加以统计，能够清楚巡检人员在工作时的巡检情况、遇到了哪些隐患、对隐患及现有问题的处理情况。
2.2 移动端
移动端针对出外勤的巡检及维修设计的，功能模块主要有三维GIS服务、巡检事件上报、巡检任务管理等组成，这些功能模块的主要功能体现在可以实现接收上传的巡检任务信息，查看巡检人员上传的所拍摄的图片或者视频，巡检计划的安排，并能够查看地下管线的路由及属性等信息。
1)三维GIS服务。
巡检人员通过使用移动终端自带的GPS功能，可以清楚地看到自己在电子地图上所在的位置，还可以在电子地图上查找所需的相关信息，并进行浏览和测量等其他操作。同时，可以通过调整地图透明度的功能，将地面设置为透明，巡检人员对自己所处位置下方的管线的分布和路由信息一目了然，使巡检人员精确的了解到问题的所在及解决办法，避免了巡检人员在工作上出现不必要的错误，为巡检工作提高了效率，增加了巡检的准确性。
通过三维GIS服务还可以实现手持终端的在线编辑功能，有权限的巡检人员可在地图上对管线、阀门、附属物等巡检对象进行实时在线编辑上报，提升反馈结果的精准性。
2)巡检任务管理。
巡检人员根据服务端上的管理人员制定的巡检计划进行工作，管理员可以用终端向巡检人员发送工作任务，让其按照计划的巡检线路进行检验工作。移动终端所具备的GPS功能，能够对巡检人员在工作时进行实时定位，当巡检人员偏离预先计划的巡检路线时，移动终端会对其发出报警声，以进行提示。手持的智能终端设备可以和后台的服务器进行连接，及时的更新巡检人员的工作进度，根据进度再下达最新的检查任务指令，并实时提醒。下达的工作任务会以列表或者图形两种方式进行展示，以协助巡检人员了解有关巡检工作的详细资料。
3)巡检事件上报。
如果巡检人员在巡检过程中发现了故障及隐患，可以在智能终端找到相应的工作模块，对巡检到的现场情况进行上报，并可以记录维修过程中发现的问题，处理的结果等信息，实时报告图文并进行跟踪。上报的信息内容包括存在的问题属于哪一类，在什么地点，实时照片，并标记其坐标信息等，管理人员根据在服务端接收到的隐患报警信息自动进行分类和归档(分类包括：明漏、地面塌陷、水池污染、管网附件缺失、阀门井室、地上设施、违章用水等几方面)；同时，系统自动生成时间，方便管理人员的监督，也为后期的绩效考核提供数据依据。实现故障隐患从发现到任务调度、现场处理、维修完成、信息归档的全程跟踪质量管理。
4)工作打卡。
外勤人员可以在移动终端上进行远程签到打卡，系统会自动保存外勤人员签到打卡时的位置信息和签到打卡的时间，这样的管理方式既可以节约外勤人员的交通时间，提升工作时间，又方便了管理人员的管理。
5)一键报警。
遇到危险情况时，巡检人员可以通过“一键报警”按键来进行紧急情况报警，服务端及时发现报警信息，并及时精确定位遇险位置。
6)扫码识别。
在需要重点巡检的区域和设备，可以设置电子标签/二维码，通过对其扫描所得到的数据与数据中心的数据进行匹配，了解当前区域/设备的状态是否正常，检查时需要注意哪些事项，能够让巡检人员判断出此区域/设备的当前运行状态是否正常。
3 山区长输管线巡检
针对伊春市的实际(近45 km的山区管道)情况，管道布设在偏远山区，工作环境相对恶劣，山区的智能巡检主要采用无人机、卫星遥感以及在线监控相结合的方式完成山区管线的巡检工作。通过卫星遥感影像宏观的对地势、地面附属信息变化进行对比分析，并配合无人机对管线延展方向的明漏、地表塌陷、违规施工、设施损坏等地上情况进行细微的巡视检查；卫星遥感影像每月更新一次，无人机常规巡飞一周一次；当影像分析出问题时，指挥中心可派出无人机进行详细排查。暗漏则通过在井室布设水位、压力、温度等前端采集设备，对井室情况进行远程监控，实现在无人巡检的情况下全面掌控管线的运行情况，提高效率和节约开支成本。山区管道智能巡检由遥感影像对比分析、无人机巡检、供水井室监控3个功能模块组成。
3.1 遥感影像对比分析
通过历史斑图的叠加处理，系统自动分析供水管道通道周边地势、地貌、施工等宏观的变化情况，并通过高亮的方式进行具体位置的圈框标注；可视化的对整个供水管网进行宏观的监测，快速的对变化区域进行定位。
3.2 无人机巡检
1)精细巡查。
当通过遥感影像分析出变化区域后，系统对问题区域进行坐标识别定位，并自动派出无人机执勤(可搭载高清可见光摄像机或红外热像仪)，根据系统分析规划出的最佳巡飞路径对现场情况进行详细的巡查(可在泵站、阀井等处悬停降高精确监测)。
2)影像拼接。
通过数据链将视频实时传到地面站，并采用图像拼接技术对可见光图像进行处理(200张图像可在2 h内完成)，生成供水管道沿线全图，展现全貌。
3)重点目标监测识别。
采用目标识别技术，对可见光图像、视频进行处理，精确监测泵站、阀室、管道明漏以及重点设施的缺损情况。
3.3 供水井室监控
对井室水位、压力、流量的实时在线监测，并通过夜视摄像头进行辅助监控；若发现问题(泄露、设备异常、水力平衡等)可通过远程控制实现电磁阀、阀域、摄像头等设备的调控，实现供水井室的无人化巡检。
通过无人化的巡检，若发现问题则外勤人员需进行实地的勘定和维修，流程及功能和城建区管线巡检相同。
4 结语
城市供水安全现状不仅影响着现代化城市的安全，也对现代化城市的防灾体系起着至关重要的作用。本文结合伊春市供水公司的巡检业务痛点，设计了城建区及山区两种不同情况下的供水管线智能巡检系统，通过该系统进行巡检能迅速采集和处理大量信息，对可能发生的安全隐患进行及时的分析预警，减少发生重大事故的概率，在发生意外情况时，可以根据意外位置进行定位，制定应急预案，并及时采取措施，防止事故严重性的扩大化，提高水源、水厂及管网的安全运行水平。此外，对于影响供水系统正常运行的各类事故和突发事件，制定应急预案管理体系，全面加强安全保障体系和应急系统的建设。
