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市政水利工程中地下管道用水智能化建设研究

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：彭立

[导读] 摘要：我国城镇化的快速发展带动着市政工程的进步，但城市地下排水管道系统仍存在市政水资源利用效率不高等问题，因此，如何解决水资源利用问题、提升城市市政水资源的利用效率，具有重要的研究意义。

        南京泰洛特科技有限公司江苏南京 210000
        摘要：我国城镇化的快速发展带动着市政工程的进步，但城市地下排水管道系统仍存在市政水资源利用效率不高等问题，因此，如何解决水资源利用问题、提升城市市政水资源的利用效率，具有重要的研究意义。本文就其智能化建设展开了相关探究。
        关键词：市政水利工程；地下管道用水；智能化建设
        引言：
        目前，部分城市市政供水系统存在年限长、缺乏保养等问题，因此提出系列供水基础设施维修维护施工及其关键技术，为我国城市市政水利工程维修、提升水资源利用率体统了一定的借鉴。有人指出城市水环境污染严重导致水资源利用低的问题，并提出加强城市水环境整治工作及其具体措施。部分学者也针对城市地下市政水管道存在的问题展开了研究，并提出合理的修补措施与方案，有效降低了水资源在运输过程中的损耗量。
        1地下管线外破事件的防范
        伴随着各大城市“天网”监控系统的建设与应用以及部分重点城市新兴路灯杆的推广使用，城市管理者可以通过摄像头、传感器、扬声器等设备感知城市状态并向城市居民传递重要资讯。如果能利用这些感知设备检测外破事件，就能第一时间发现并制止外破事件的发生，利用人工智能图像识别与声学指纹识别，就是一个很好的新思路。
        2基于人工智能技术的外破图像、声音识别技术
        由挖掘机、破路机、人工镐等设备进行破路，可通过可见光感知，且属于二维平面结构，因此通过可见光相机的拍摄，也就是常见的摄像头，可有效获取城市破路事件的图像信息，基于现有的图像识别技术，可以有效地来检测和分析外破图像。挖掘机、破路机、人工镐等设施，在开展破路活动时，会产生区别于环境噪声、普通行驶车辆的特殊工作声音，只要能提取该类声音的音频、响度等声学指纹特征，辅以深度学习技术进行纠错，就能通过声音来判断外破事件。
        3水利工程中地下管道用水智能化建设
        3.1整体结构设计
        城市地下市政管道取用水智慧化监控－反馈平台整体结构主要由3个部分组成，即，节点监测网、数据传输系统及监控中心。其中，节点监测网得主要功能为负责现场监测数据的监控、采集与记录，数据传输系统的主要功能为数据汇集、反馈与网络化，监控中心的主要功能为负责数据的筛选处理、问题分析即数据存储记录工作[1]。基于供水系统现场节点传感器监测网，实现了对供水系统水资源流向与使用量的全面监测与数据记录，之后通过数据传输系统（GPRS-Internet）将汇总数据传输到监控中心进行筛选、分析处理后，再通过局域网反馈到区域水务局等单位进行分析处理相关问题。综上可见，基于城市地下市政管道取用水智慧化监控－反馈平台，能收实现城市地下管道水资源取用全面监控并及时处理相关问题。
        3.2节点监测网
        构建ZigBee网络拓扑技术有三种拓扑结构，即，星型结构、树型结构即网状型结构。对于星型结构，其要求终端节点处与一定的通信范围内，因此局限性较大，不适于在城市全面展开监测点布置工作；对于树型结构，其虽能够满足系统组网要求，但动态性较差，不能及时、高效反馈问题，且容易出现高阶节点破坏则整体数据缺失的问题。网状型结构则能够克服上述问题，且结构设计更加合理。基于ZigBee网络拓扑结构技术实现节点监测网构建。该节点监测网是在原基础上增加了多个传感器节点和路由器节点即一个汇聚节点，从而构建了包含24个传感器节点、13个路由节点以及一个汇聚节点的完整的节点监测网。在用户进行取用水过程中，传感器节点对各管道的水流量和时间进行准确监测记录并传输到最近的路由器节点，多个路由器节点再次集到节点网络的汇聚节点。

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        3.3数据传输系统
        该系统采用公共固定IP接入Internet的组网方式，当监控中心需要调取某监测点数据时，首先通过SMS功能向监控点发送网络短消息后，监控点GPRS模块主动连接到监控中心并反馈数据。基于“公共固定IP+Internet”的组网方式，能够准确、高效的获取监测点数据并分析其存在的问题。
        3.4监控中心设计
        监控中心主要负责接收各监测点遥测的各种要素信息。所有信息经处理后，再由其它应用系统使用。现场监测到的信息通过汇集与运维系统进行整合分析，同时将收集到数据的时间及整合分析的结果存入数据库，最后在数据率内对数据进行整理和保存[2]。监测到的取用水信息通过水利部门的政务外网和移动型GPRS网进行传输。按照不同取水用户得到的监测点信息的不同等级，可分为普通和加密两种类型。基于监控中心的数据处理分析功能，实现了监测点的问题反馈与及时解决机制，实现了市政水利管网运输效率提高效应。
        4地下管线智能化监测
        4.1管线沉降监控方法
        为确保地下管线监测数据的真实性和精确性，监测数据采用液压式沉降仪实时测量相关管线沉降，运用计算机进行各项数据整理，在监控量测信息平台公开共享数据，附上测点位移时间曲线图，生成即时监测日报，在平台与施工管理之间信息实现共享，以便于及时调整各项设计参数。智能化监测规避了过去手写记录不真实的可能，用计算机技术管理数据，不会失去真实性，传统的测量方法想获得监控量测数据，基本上以天为单位，平台从现场数据采集到成果分析却以分钟为单位，数据采集上传到信息管理平台后，业主、设计、施工、监理单位均可在第一时间内浏览所有数据。施工方通过监控量测信息平台的数据进行下步施工，分析预测最终位移值及管线安全性，及时反馈指导施工[3]。在监测数值与预测值比较时运用反分析法思路，使设计参数更符合实际施工。监控量测信息化管理平台充分利用既有设备和公共通信系统等社会资源，达到微投入、降低成本、提高效率、性价比高、处理管线事故效率更高的目标。
        4.2监测控制标准
        目前我国还没有统一规定的管线控制标准，在实际工程中常用的管线控制标准是基于工程和试验基础上制定出的标准。不同材质、接头类型、使用时间和地区的管线抗压性不同，控制标准也不同。工程在相关工程经验的基础上制定监测管线控制标准，根据现场实际情况设定管线沉降率，管理等级为I级，Ⅱ级时每日加强监测频率和次数，保证管线安全[4]。在信息化施工中，建立Ⅲ级管理标准，并及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，从而指导施工。
        4.3监测警报
        根据建筑结构类型及对沉降的敏感程度制定变形警戒值，以监测频率及变形速率为主要报警值。预警按程度分为红色、橙色、黄色预警。变形值达到有效控制并符合《北京城市快轨建设管理有限公司土建工程监控量测管理办法》的消警条件时，警报方可消除。
        结束语：
        本文系统研究了城市地下市政管道取用水智慧化监控－反馈平台的建设及应用，得出主要结论如下：基于ZigBee网络拓扑技术和“公共固定IP+Internet”的组网方式，构建了城市地下市政管道取用水智慧化监控－反馈平台，其整体结构主要由节点监测网、数据传输系统及监控中心3个部分组成，具有监测准、效率高、反馈快等特点。
        参考文献：
        [1]杨伯钢，顾娟，宣兆新，田文革.智慧城市地下管线三维智能服务技术体系研究[J].北京测绘，2020，34（12）：1677-1682.
        [2]陈国伙.地下管线综合信息平台应用管理探析[J].电子世界，2019（20）：84-85.
        [3]孙雨生，李哲.地下综合管网的智能化管理系统实现与研究[J].科技风，2019（25）：85+106.
        [4]谢亚坤，杨骏，冯德俊，张珩，李强.规则驱动的城市地下管网智能化设计[J].地理信息世界，2018，25（06）：73-78.