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大丰管网三维仿真物联网成功案例观点

软件IC网 / 2016-01-14 09:33:18
  一、项目背景  当前,随着城市信息建设地需求,我市地市管网的管理还存在很多实际问题需要寻求新技术进行解决。如,难以全面准确掌握
  一、项目背景
  当前,随着城市信息建设地需求,我市地市管网的管理还存在很多实际问题需要寻求新技术进行解决。如,难以全面准确掌握供水等管网设施状况及能力,对决策产生影响;管网事故发现不及时,维修困难;由于传统技术缺乏对于实势管网信息的监测,导致管网的管理信息化有很大的提升空间,客户服务质量不高,引来客户投诉抱怨;由于传统的技术没有打通管线设施与人交流的通道,导致信息不对称,缺乏必要的预测,相应的预案难以规划。
  管线的纵横交错、上下起伏,各类管线空间关系复杂,目前的平面布置图不能够很好的表达出实际管线的布设情况。但三维直观性强,可从不同方位再现物体,具有较强的立体感、逼真感,通过三维可视化可以直观地看到纵横交错、上下起伏的实际管线建立三维管网系统,有利于全面反映管网的分布状况,便于管网的维护、检测,实现管网信息从无序到有序化管理,这使得我市三维管网监控信息系统建设成为了必然趋势。
  以空间信息技术和自动化感知技术为支撑,建设以管网数据采集与监视控制系统(SCADA系统)、地理信息系统(GIS系统)、仿真系统为一体的市政管网三维仿真综合监管平台,达到管网运行管理的智慧化,实现整个管网的协调与统一,实现综合管网事故预警、抢修辅助决策及综合查询、统计等功能,进而提升管理水平。
  二、建设目标
  (一)总体建设目标
  项目以传感器感知为基础,通过对管线及其设备运行状态进行实时监控,构建管线运行实时大数据中心。并在此基础上,采用三维GIS等时空技术,建立管网运行风险评估模型,建立管线运行预报预警机制,实现对管网数据的可视化、远程化、集成化及智能化。有力的提升我市的管网信息化水平,实现对事故的进行预判,实现五个更。更全面灵活的管网与管网、管网与人、人与人的互联互通和相互感知能力;更高效安全的信息处理和信息资源整合能力;更科学的监测、预警、分析、预测和决策能力;更高水平的远距离控制执行和智能化执行能力;更协调的跨部门、多层级、分布式合作能力。从而更好地发现问题、处理问题、决策执行和解决问题。
  (二)示范应用建设目标
  供水建设目标:
  1)通过整合原有的信息系统平台,优化部署典型传感设备,实现试点区域自来水管网主要设备设施的监控和信息互连。
  2)通过监测自来水地下干管的振动情况,辅以视频监控技术的配合,及时发现对管道可能造成的破坏性活动,第一时间采取必要的应对措施。
  3)通过构建故障预测机制、事故快速响应机制和专家数据库系统,减少供水事故的发生,保证供水安全。
  排水建设目标:
  1)通过整合原有的信息系统平台,优化部署典型传感设备,实现试点区域排水管网主要设备设施的监控和信息互连。
  2)通过实时监测重点路段排水管线的水位情况,对汛期重点路段的路面积水甚至是污水溢流做出提前预警,及时调度人员车辆和设备采取必要措施,减少路面积水和污水溢流事件的发生。
  3)在工业排水用户出口布置水质监测点,及时发现水质超标情况,定位具体的超标排放企业,改善排水管网水质,降低污水处理难度。
  照明建设目标:
  1)通过整合原有的信息系统平台,优化部署典型传感设备,实现试点区域照明系统重要设备设施的监控和信息互连。
  2)通过线路防盗监测技术,实现全市照明线路的防盗、防故障等功能。
  3)通过优化现有不同季节的节能,建立优化模型,达到节能减排的目的。
  燃气建设目标:
  1)通过整合原有的信息系统平台,优化部署典型传感设备,实现试点区域燃气系统重要设备设施的监控和信息互连。
  2)通过监测和分析燃气管线的阴极保护数据,实时掌握燃气管道的腐蚀情况。
  3)通过监测燃气高压管线的振动情况,辅以视频监控技术的配合,及时发现对管道可能产生的破坏性活动,第一时间采取必要的应对措施。
  4)通过监测燃气高压管线的应力数据,分析管道的受力情况,预测管道的疲劳程度,减少或避免管道爆管事故的发生。
  5)通过监测燃气高压管线的泄漏情况,对管线进行泄漏即时报警和定位,对燃气管网进行全方位的监测。
  电网建设目标:
  1)通过整合原有的信息系统平台,优化部署典型传感设备,实现试点区域电网系统重要设备设施的监控和信息互连。
  2)通过监测电网电压管线情况,对电网的运行状态进行实时监管与预报。
  三、项目建设内容
  试点项目建设内容可简单概括为1个中平台、1个网络和5大支撑体系,简称“115”结构体系。
  项目拟通过1个平台(市政管网三维仿真综合监管平台),1个网络(市政管线及其设备运行状态感知物联网)和5个业务应用支撑(排水、供水、燃气、路灯、电网)构成。
  市政管网三维仿真综合监管平台
  以地下管网数据共享为基础、地下管网运行感知物联网为血液,以管网监管为主体应用,以控制管线安全运营风险为目的,在燃气、排水、供水、电网、路灯等市政管网设施的基础上,采用信息化的技术将海量信息进行及时分析与处理,并做出相应的处理结果与辅助决策建议,融合先进理念,利用现代信息技术,控制技术和通讯技术,搭建由感知层、网络层和应用层组成的三维管网建设及运行智慧化信息管理平台。以更加精细和动态的方式,协同多部门的审批和监管,实现管线监测-评估-预(报)警-处置-考核全流程、管线运行全生命周期的管理,达到“智慧”状态。
  市政管线及其设备运行状态感知物联网
  主要针对5类管线设备的监测需求及各自业务特点,完成管网监管感知网络体系构建、监测感知设备选型和研制、管网监测点布设及优化、监测数据采集与处理、物联网维护等,是智慧管网的天眼和血液。具体采用数采仪、感应器、无线网络、水质水压器、水位探测器等在线监测设备实时感知城市管线和设备的运行状态;由有线和无线通讯网络(GPRS/CDMA、ADSL、光纤网络等)与RTU控制系统(后期各站点自动化改造,可监视和采集水位、压力、流量、泵频等各种数据)网络相连构成通信网络系统;采用可视化的方式有机整合,形成数据集成化的构建智能化识别、定位、跟踪、监控“城市管网物联网”。
  5个业务应用
  主要是针对上述的5个业务应用,为项目的应用程序层。以三维GIS 技术为支撑,结合海量的业务数据、专业模型、预警算法等的研发,形成一套完善的三维管网信息管理系统,支持C/S和B/S系统架构。 
  四、建设方案
  (一)总体方案
  项目建设要求,不仅是管网信息系统,更是管网核心资产管理、运行维护和完整信息化的战略平台。实时在线提供各类管网信息服务,实现管网数据统一管理,数据平台无缝拼接,资源共享,为业务系统提供支撑。构建各类预警、模拟智慧模型,灾难预测、事故分析、设备状态分析等,提供决策依据,决策支持。 
  (二)软件平台开发思路
  1、系统开发总体框架
  系统的设计是基于移动无线数据传输技术和网络技术之上的,软件开发采用B/S和C/S 两种结构相结合的方式设计:
  1)数据汇集处理和前端控制程序等应用系统采用C/S 体系结构。
  2)各职能管理人员使用浏览器访问系统完成所有操作,采用B/S 体系结构。
  系统软件采用Web技术,局域网用户可通过内网访问,经认证用户名和密码后进入相应级别管理系统。监测中心具备公网上固定IP时,广域网用户可通过公网访问系统。
  ◆  数据库管理系统采用Orcale 12g;可存储不少于三年的各种历史数据。如果需要访问数据库,三维和二维系统均直接访问各自数据库的方式(采用SDE和ADO.net技术);
  ◆ 系统结构总体分为三个层次:数据库、业务模型、系统前端展现。下面分别进行说明:
  1) 数据库层:分为业务数据库和三维模型库,分别存储系统业务数据和三维模型数据;
  2) 业务模型:分为核心业务模型和三维展现引擎;
  3) 前端系统:分为二维平面系统和三维立体系统。 
  2、虚拟三维仿真系统功能
  在管线三维显示的系统中,工作流程主要分为数据输入、数据编辑、数据入库、三维场景显示、图形操作、交互查询、空间分析等。
  3)系统特色功能
  a.重力管流向显示
  为了更为直观地显示重力管线的流向,该应用按照地下管线的高程和属性信息,对管网进行流向追踪,依据管线规划制图要求,实现表达流向的三维动态纹理设置。
  b.三维道路断面图
  除了需要直观了解已有管线的相对位置、埋深、距离、类型、管径外,有时还需要了解道路、管线、绿化等之间的相关情况,道路与管线综合断面图提供了在道路的任何位置,快速、精确地画出该处的断面图,以利于统筹安排各类工程管线的空间位置,综合协调工程管线之间以及与城市其他各项工程之间的矛盾。提供了更为直观的三维断面图,能让用户从不同角度查看相对关系。
  c.三维爆管分析
  该功能也是本系统的特色亮点之一。以喷水、喷火的动画形式表示事故的发生,并通过空间分析,快速查找和定位需控制的阀门,从而达到快速事故定位的目的。
  3、三维物联网监测平台
  通过和物联设备的接入,大数据物联平台支撑,改变了原有的静态的三维仿真平台的数据滞后性,完美地体现了智慧城市三维管网的实时数据的监测。系统能够提供各类管道上安装的压力、流量、温度、泄露、气体等传感器的实时数据,并且根据实时数据显示在三维监测系统上,实时体现整个管网的运行状态。
  4、系统运行环境
  
硬件设施
处理器 英特尔(R) 酷睿(TM)2 双核 E6550 (2.33G/1333前端总线/4MB二级高速缓存缓存)
操作系统 正版Windows Vista(R) 商用版 32位 (简体中文)
声卡 模拟1984 2.1 CH 集成声卡
网卡 英特尔 X38 Express 芯片 含集成 Broadcom 10/100/1000 千兆以太网卡
内存 2GB (2x1GB) NECC 双通道 DDR2 667MHz SDRAM内存
光驱 48X/32X/48X/16X CD-RW/DVD 一体化光驱
视频卡 512MB PCIe x16 NVIDIA Quadro FX1700显卡,支持双DVI或 VGA显示
机箱 小型塔式机箱不带1394接口
硬盘 160GB SATA (7200RPM) 硬盘
Resource CD Precision的资源DVD光盘
  (三)感知物联网
  采用有线+无线的方式。在各主要排污站、自来水厂、燃气公司、主要变电站、市监控中心部署骨干交换机,交换机之间以千兆光纤相连,以支持视频数据、运行状态数据、控制指令等信息的传输;在排水系统、供水系统、燃气供给系统、路灯系统、供电系统的关键区域设置无线监测点,通过传感器采集运行状态数据,在要害区域设置视频监控摄像头,通过有线方式就近接入有线传输系统。处于同一区域或附近的不同类型传感器通过ZigBee等方式自组成网,经簇头融合后,由运营商(电信、连通、移动)的4G/3G/2G网络或者经由有线网络传输到监控中心,见下图。为了支持无线节点的长期连续运行,可在不便提供市电的测点安装太阳能装置。
  通过数据采集器实现任意工业传感器的数据接入功能,完成目标数据采集,通道校准、存储,设备诊断,设备休眠等功能,任意工业传感器输出信号均可通过数据接驳器转换成标准的MODBUS-RTU协议输出,简化后端系统接入,并可与现有DCS、组态软件进行无缝连接,实现快速部署和升级。
  (四)五个示范应用开发思路及效果
  1. 结合三维地理信息系统(3D GIS)实现空间精确快速定位;
  2. 运用三维数据可视化技术,实现数据展现形式直观生动;
  3. 融入“防消结合”的管理思想,实现对地下管线的立体化、数字化、实时化监管管理;
  4. 集成物联网技术,构建智能数字化管网实现动态应急预案管理。
  (五)功能要求
  1)各类管线数据的地上地下三维显示、查询、统计。如供水二三维地图可视化服务:等水压线图、漏水点分布图、大客户分布图、爆管点分布图、水质/水压监测点分布图。
  2)各类监测点的分布、监测数据、视频的及时查询。如供水功能服务:水量水压分析、漏水量计算、关阀搜索等。
  3)管网安全预警:及时发现管道安全威胁,避免发生管道事故;安全监控:泄漏、堵塞等事故的监测及定位;
  4)管网事故决策支持与应急预案。管网事故定位;事故灾害预测;事故应急指挥;网事故分析;如供水位置服务:巡检抢修检漏等人员和车辆定位
  5)各业务支撑功能
  五、建设成果
  项目的预期成果可概括为“631”,即“六个构建、3个形成、1个实现”。
  (一)六个构建
  构建全面准确的管网监测体系,形成覆盖燃气、排水、供水、电网、路灯等对象的监测网络;构建先进兼容的感知物联网络传输体系,形成大容量、高速率,高质量,高保障的数据传输网络;构建云计算数据处理中心,为市政服务需求提供全面支撑;构建面向行业的管理支持体系, 为市政管理与安全保障等提供支持;构建面向公众的服务支持体系,为管网宣传提供服务;构建智慧管网示范基地,为智慧管网应用推广提供理论和实践经验。
  (二)三个形成
  形成一个智慧管网运行服务中心;形成一个智慧管网虚拟仿真平台;形成一套协同管理工作和预警方案。
  (三)一个实现
  实现采集站网全覆盖、资源共享协作、业务全过程、息统全统一、监测全服务、应急联动响应的物联网物色应用示范。
  公司在大丰大泗河以及南昌市红谷滩新区等地进行地下管线测量,对管线数据进行采集、数据入库与系统建设,促进了地下管网生产管理的跨越式发展,从而为地下管网的安全运行奠定坚实的基础。


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