武汉科技大学城市建设学院 湖北武汉 430065
摘要：随着经济的发展，城市的管网系统也得到一些完善，但还是会出现一些问题，特别是在一些老城区。近几年来，“看海”事件基本上每年都会出现。为了更好地解决排水管网的问题，本文提出应用GIS（Geographical Information System）技术，并加上一些辅助功能，结合机器人对地下管网进行探测，获得相关数据资料，对管网进行更好的检查和管理，同时GIS技术还可以根据收集的信息对城市的“综合管廊”建设提供科学的参考数据。
关键词:管网系统 GIS技术 机器人 综合管廊
0 引言
我们知道，在老城区，大部分的排水系统都是采用雨污合流制，即雨水和污水排入同一管道系统，这就很容易造成管道溢流，导致污水和雨水到很难排出，给大家的出行带来了极大的不便，特别是在下雨天。近几年来，由于暴雨的影响，“看海”事件层出不穷，尤其是在老城区，这与老城区的排水系统有很大的关系。
1 老城区排水管网的现状
1.1 排水体制不合理
老城区大部分采用雨污合流制[1]。这种排水系统当管道无法及时排水时易形成内涝,在暴雨时节易出现积水现象。而且截流式合流制会有部分污水未经处理直接排放，是水体遭受污染。
1.2 管网设计不合理
以前的排水管网系统设计落后于城市的发展,主要表现为以下两点:
管径偏小。合流制的管道不满足现在的排水量,主要原因一是城市人口增多，人们的生活水平不断提高，这会使污水排放量增加;二是房建和道路建设导致地面大部分硬化,雨水地表径流增加。
管网系统不完整。以前兴建的房屋内道路狭窄,居住楼密集,地下未设排水支管,污水通常通过暗沟排收集,卫生条件得不到保障。
2 GIS技术与机器人的结合应用
2.1 GIS技术发展的现状
GIS技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，在资源与环境应用领域中，它发挥着技术先导的作用[2]。GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价，而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，也可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流。可以对排水管网系统的数据进行收集、传输、分析和处理，更好的对排水管网系统进行查询、管理、维护、设计及各种辅助决策。目前，GIS技术在一些城市排水管网系统中得到了广泛的应用。
2.2 机器人技术发展的现状
随着科技的发展，机器人技术也越来越成熟，管道机器人也得到了广泛的应用。现有的管道机器人通过携带一种或多种传感器及操作机械，可以实现遥控操作或计算机自动控制[3]。从而可以自动行走在管道内以及进行一系列管道作业。
管道机器人结合软件可以对已收集的数据更准确的、更精细的分析和判读。利用图像处理技术，将采集到的图像进行进一步的分析和处理，可以更好的了解管道的情况，再结合人工进行判断，减少出错的几率，提高检测效率[4]。通过采用神经网络的方法，可以使机器人自动纠正，避过障碍，即使在不好的条件下也可以进行工作。
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2.3 GIS技术与机器人结合的应用方法
通过GIS技术和机器人相结合，我们可以利用机器人收集我们需要的数据：走向、管材、管径、坡度、流速、埋设深度、充满度、周围管网分布情况。根据现有的技术表明，GIS技术和机器人相结合是非常有可能的，而且它们也可以很好的发挥好自己的功能，而且现有的机器人灵动性很强，对于管网里的障碍物可以很好的避开，在淤积物较多的情况下可以很好的工作。
机器人收集到的数据通过专业软件进行分析、解释，同时形成图像，可以形象的了解管道的内部情况，最后生成专业的检测报告。通过机器人实时的检测我们可以很好的判断管道的损伤和淤积情况，从而我们可以更有针对性对管道进行清淤和养护，提高工作效率。
GIS技术结合机器人在管网探测中的详细步骤：
1.将机器人从检查井放入，机器人采用锂电池供电并装有与地面计算机进行网络连接的装备，实现数据的传输。
2.机器人沿着管道进行数据收集，并实时向终端传输数据。机器人收集的数据有管道的走向、管径、泄露情况、管长、管内流速、坡度、充满度、泄露情况、淤积情况。而且机器人当发生故障时，机器人会启动报警装置，同时地面的接收数据的计算机会收到机器人发出的报警信息并发出报警声，此时工作人员可以通过计算机启动机器人的自救装置实现机器人自救。
3.分析数据。计算机通过专业软件对接收的数据进行分析，模拟形成管道的详细图像，对状况不好的管道进行标记，并且对于进行标记的地方进行二次检测，对管道出现问题的地方进行再次确认，并将数据发给有关部门，由有关部门有针对性的实行有效措施。
4.对数据进行存储、备份。计算机对接收并分析好的数据进行存储和备份，以免数据的丢失。
5.机器人完成工作后，从下一个检查井拿出进行充电和维护。
3 应用前景
3.1 管道检测
对于排水管道，传统的人工方式很难准确的判断出管道的堵塞处和破损处。而GIS技术结合机器人通过GIS技术系统的可视化和三维模型可以很有效的得出管道的堵塞处和破损处，从而能更好的进行处理，提高效率。
3.2 维修管道
我们知道，排水管道内有很多的有毒气体，工作人员无法长时间的在管道内进行作业，容易造成危险，而且效率不高。通过GIS技术结合机器人对管道进行探测，可以得知管道的破损点。可以通过在机器人上装上相应的材料对管道能及时、有效的修复。
3.3 打造综合管廊
综合管廊，就是地下城市管道综合走廊，即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体[5]。GIS技术结合机器人通过对地下管道的检测和数据分析，可以得到地下管道的位置。从而在建设管廊时就可以很有效的避免挖到管道，避免造成不必要的损失。
在建成的综合管廊里可以利用机器人地下作业来收集各项数据，采用GIS系统对管廊内进行动态模拟，对管廊做出实时监控、分析，有利于对管廊的管理和维护。
4 结束语
本文通过老城区出现的问题，利用GIS技术结合机器人对地下管网进行探测，形成了地下管网的信息系统，实时的对管网进行监控。出现问题时可以第一时间掌握情况，提出有效措施。
该技术是使用机器人下到管道进行作业，安全性高。同时对人们的出行、城市的交通影响小，而且能高效运行，经济效益高且环保，符合现在城市的发展。
参考文献:
[1]李凯军. 浅析老城区排水管网系统存在的问题与对策[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2013(16).
[2]宋关福, 钟耳顺, 李绍俊, 等. 大数据时代的GIS软件技术发展[J]. 测绘地理信息, 2018(1).
[3]刘俞廷. 智能机器人的现状及发展[J]. 中国新技术新产品, 2018(4).
[4]陈奕颖. 管道机器人的发展现状及其趋势[J]. 科技创新与应用, 2015(36):76.
[5]董金志, 郑峰. 谈城市综合管廊建设[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015,5(12).
作者简介：张良晓（1997-），男，本科，研究方向：水处理技术。
基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（201510488002）。
论文作者:张良晓,朱雷,朱莹,肖邦,李大琳,张顺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/7
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