2021-01-08南水北调供水配套工程全要素信息管理技术创新及应用.pdf

南水北调供水配套工程全要素信息管理技术创新及应用 一、立项背景 南水北调中线工程总干渠，自丹江口水库引水，经河南、河 北至北京、天津，是解决京津和华北地区水资源短缺的重大调水 工程。 南水北调供水配套工程，上接供水总干渠，下连城市水厂， 肩负沿线亿万居民生活和工业引水，是南水北调工程发挥效益的 关键。 本项目面向南水北调供水配套工程安全保障、受水区供水安 全保障、应急响应保障等对信息化管理的需要，研发了“南水北调 供水配套工程全要素信息管理平台”，取得了创新性成果，实现了 配套工程全生命周期管理。 南水北调配套工程全要素信息，是指在建设管理过程中参建 单位形成的测绘、地质、设计、施工、监理、设备、建管等各类 基础技术资料，对配套工程全生命周期管理具有重要意义。 目前，由于配套工程全要素信息主要以各类资料归档时间顺 序进行管理，导致不同类型的数据信息存在难以共享、相互孤立 等问题，具体体现在有以下几个方面： 1. 数据要素组织管理方面：配套工程供水线路仅河南段就长 达 1054 千米、参建单位 168 家，施工标段 149 个，各类资料归档 -1- 时间跨度大，形成的全要素信息存在：要素多、类型多、结构复 杂、存储分散等特点。 2. 运行维护方面：配套工程运维管理所需要的全要素资料， 目前主要依赖人工查阅手段，信息化程度低，不便于地下隐蔽工 程的维修养护，难以满足智慧城市建设的要求。 3. 应急抢险方面：全要素信息相互不关联，形成信息孤岛， 针对长距离供水管线突发事件的高频次，难以快速采取有效的应 对措施。同时，由于城市地下综合管网错综复杂，加大了配套工 程应急抢险的难度。 二、项目研究内容 针对南水北调配套工程在“数据要素、运行维护、应急抢险” 等方面存在的不足，开展“从数据获取→数据融合→标准制定→ 数据库构建→平台研发→运维管理→应急决策”全流程关键技术 研究，实现对供水配套工程全要素信息的一体化管理。主要研究 内容如下： 1. 配套工程“全要素信息获取与处理”关键技术，包括：数据 标准制定、地下井室部件信息快速获取、栅格图模式识别处理及 在线发布、线路智慧巡检装备等，实现全要素高效组织与管理， 2. 全要素数据的组织管理与融合、知识挖掘理论与方法。研 究多类型数据融合、知识挖掘，构建全要素时空数据库，实现配 套工程全要素信息互联互通 -2- 3. 全要素信息“一张图”管理平台。研究构建全要素信息获 取、处理、应用一体化的“南水北调供水配套工程全要素信息管理 平台”，为运维管理、风险预警与应急处置提供技术支撑。 三、主要科技创新 创新（一）研制了配套工程“全要素信息获取与处理系统”， 通过与已有自动化监测系统对接，形成由地上到地下的全要素信 息立体获取体系，填补了大型引调水工程全要素信息获取与处理 缺乏流程化、标准化的空白，实现了各类基础数据资源的统一整 合与一体化表达。 创新（一）包括以下四项创新成果： 1．针对配套工程全要素信息“数据来源广泛、类型多、结构 复杂、存储分散”等特点，制定了《全要素信息搜集与整理技术标 准》、《全要素信息分类处理技术标准》等一整套数据标准，形 成了配套工程全要素信息标准化处理的技术流程。 2．为解决配套工程地下井室无卫星导航信号、测量困难等难 题，创新研制了一种井下测量辅助装置（发明专利号 ZL 2019 0177788.6），开发了数据采集处理软件，规范了信息采集、图片上 传及自动入库流程，实现了多达 3520 处地下井室内部件信息的高 效获取，提高作业效率 5~10 倍。 3．针对 DLG 数据发布在线地图服务过程中存在信息易丢失 的等问题，引入多级切片思想，提出根据要素几何特征分别采用 -3- 八方向法与全路径栅格化的方法，构建了无损转换算法模型，实 现了矢量数据到地图服务的无损转换。 4．自主研制了供水线路便携式智慧巡检仪，具有巡检任务制 定、导航、巡检信息自动采集、问题上报、查询和统计分析等功 能。目前巡检里程达 23 万多千米，处理上报的较大问题 237 件。 创新（二）构建了时空大数据融合处理、知识挖掘的技术方 法，建立了全要素信息关联模型，打破了信息孤岛，实现了配套 工程全要素数据的互联互通。 创新（二）包括以下两项技术创新： 1．构建了集“测绘、地质、设计、施工、管材设备”等信息于 一体的“综合纵剖面图”自动生成算法模型，可全面展示供水管线 的空间分布及附属设施、地质构造与地质评价，以及与路网、水 渠、其他地下管线的穿越情况，属国内首创。 2．面向地下管道渗漏、断裂等突发事故应急处理的需求，构 建了“一键式提取”指定区域所有技术文档资料，可为应急决策、 穿越配套工程的审批，提供详实、全面、准确的决策依据，避免 了应急抢险过程中次生灾害的发生。 创新（三）构建了集全要素信息“展示、查询、统计、分析、 更新”于一体的“河南省南水北调供水配套工程全要素信息管理系 统”，实现了南水北调配套工程“日常维护、应急抢险、风险预测、 跨越审批”一张图管理，开创了南水北调配套工程全生命周期信息 化管理的新模式，形成了独具特色的业务应用技术体系，填补了 -4- 我国大型引调水工程全要素信息“获取、处理、挖掘、融合、信 息化管理”的空白。 四、先进性比较 与国内外研究成果相比较，本成果的先进性主要体现在以下 四个方面： 1．为供水配套工程全生命周期信息化管理量身定制 本成果是针对供水配套工程运行维护管理量身定制的专业化 平台，既能满足各级管理部门信息化管理需求，又能为穿越工程、 应急处置实时提供全面、详实、准确的决策依据。目前，类似研 究成果在国内外尚未见报道。 2．地下无 GNSS 信号下数据采集方法 针对供水管线地下隐蔽设施难以定位、量测等难题，发明了 “一种基于井室坐标测量辅助装置的测量方法”，实现了供水线路 地下隐蔽工程空间信息的快速获取，提高数据采集效率 5~10 倍。 3．DLG 数据在线地图图式无损发布技术 本项目研发的 DLG 数据到地图服务的无损转换算法模型，实 现了矢量数据到地图服务的无损转换；目前，相似研究成果在国 内外尚未见报道。 4．配套工程全要素信息一键式提取技术 利用本成果，可一键式提取配套工程指定区域测绘地理信息、 供水管线及附属设施、地质评价报告、钻探资料、设计报告、设 -5- 计变更、施工、监理、生产厂家、建设管理单位等所有技术资料。 目前，相似研究成果在国内外尚未见报道。 五、实施效果与经济社会效益 本成果自 2017 年 6 月在河南省及其沿线 11 个省辖市应用以 来，实现了南水北调配套工程“日常维护、应急抢险、风险预测、 跨越审批”一张图管理，保障了工程和供水安全，开创了南水北调 配套工程全生命周期信息化管理的新模式。目前，累计引水 133.17 亿 m3，其中城镇供水 72.91 亿 m3，生态补水 26.21 亿 m3，农业用 水 34.05 亿 m3，受益人口 2380 万。 此外，本成果为南水北调配套工程各级管理部门日常维护和 应急抢险提供全要素数据查询 431 次； 为 1000 多处跨越工程设计、 施工、审批提供全要素数据服务；开发的巡检仪巡检里程已达 23 万千米，保障了工程供水安全。 本成果的应用，节省了大量的人力、物力和财力，有效避免 了穿越工程对配套工程的影响，以及抢险过程中次生灾害的发生， 显著提高了各级管理部门的工作效率，加快了信息化建设进程， 保障了亿万居民饮水安全，产生经济效益近 2 亿元，社会效益和 生态效益显著，受到了人民群众和国内主流媒体的高度赞誉。 -6-