城市生命线的安全预警系统建设
城市生命线的安全预警系统建设
第一部分：什么是城市生命线？
城市生命线是保障城市正常运行的工程系统，涉及燃气、供水、排水、交通、通信、供电、桥梁等众多领域，其安全运行对于城市具有重大影响。随着先进的检测设备、智能传感器、无线通讯、大数据、人工智能等新兴技术的涌现和发展，带来了新的机遇。城市生命线亟需通过数智化的升级和赋能，提升城市应对重大灾害的能力，保障其服役安全性和抗灾害韧性。
城市生命线监测预警
城市生命线关系到我们生活的各个方面，在生活中有着至关重要的作用，同时又存在诸多安全隐患，如何利用科学技术推动城市生命线的自动化监测预警，成为了当下一个非常重要的，并且亟待解决的难题。随着智能感知技术和计算环境的成熟，国内一些城市开始将大数据、云计算和物联网等信息技术结合起来应用于水、电、气、油和交通等生命线系统的风险监测。
如果要进行全面的监测，这将是一个非常庞大并且复杂的系统。我们以燃气管线地下空间安全监测为例：首先运用地下管线惯性定位仪精准定位管线的地理位置，在前端感知系统部署很多传感器，通过传感器收集监测可燃气体浓度等等，配合精准的燃气管线地理信息，再将信息通过网络通信系统回传至数据库，分析系统调取数据库中的多项数据进行计算，最终得出监测分析结果。
当然，从各地时有发生的燃气爆炸、水电灾害等事故来看，目前我国关于生命线工程监控系统的建设还很不完善，主要的难点包括：
1、全面数据采集能力不够
全面的数据采集是进行智能风险预警的前提，但是城市生命线系统复杂交错，采集全面有效的数据可以说非常困难，具体体现在三个方面：
1.1、历史数据获取难度非常大，由于一些管线建设较早，关于系统，设施，零部件及其早期的设计、研发、施工、维护和运行方面的数据缺失严重。
1.2、管线地理信息普查尚需时间，自地下管线惯性定位仪在管线探测方面的运用，新建管线基本解决管线数据信息问题，但老旧管线的普查，受到的制约因素比较多，尚需时间解决。
1.3、各个子系统间的关联互动信息很难获取，“数据孤岛”是在大数据应用中非常突出的问题。
1.4、城市生命线系统与人类社会运作息息相关，相互影响，社会系统数据的影响也不可忽略，但是社会系统数据规模庞大，多源异构并且具有动态演化的特点，很难全面掌握并精确应用。
2、异处数据融合效率不够
2.1、数据来源 上，跨部门、跨领域、跨空间的数据融合还不够高效；
2.2、数据形式上，跨模态的数据融合技术还亟需提升；
2.3、数据价值上，跨领域、跨模态、跨空间的城市生命线大数据尽管规模总量较大，但价值密度非常低。
3、智能化，精准的数据分析方法
虽然在数据分析方法上有很多相关的研究已经走在前面，但是结合实际数据落地应用并且具有实践意义的却少有，因为数据的缺失，很多算法模型都还仅仅处于纸上谈兵的阶段，真正投入到使用当中还有很长的路要走。
第二部分：总体实施方案详细介绍
建设总体框架
随着我国城镇化水平不断提升，城市人口与产业越发密集，突发性安全问题也随之衍生，深圳光明滑坡、天津港爆炸、郑州特大暴雨洪涝、河北沧州特大暴雨洪涝等事件灾害的惨痛过往历历在目，这些事件一次又一次为城市安全敲响了警钟。2021年8月，国务院发布《推广城市生命线安全工程“合肥模式”经验》《城市安全风险综合监测预警平台建设指南（试行）》（以下简称《指南》）两份标准文件，为保障城市生命线提供建设标准，在18个中心城市建立“城市安全风险综合监测预警平台”。
作为国家重点工程，城市安全风险综合监测预警平台涉及到多个产业领域和技术的交叉融合，涉及物探、感知、传输、网络、平台、应用多个物联网技术层，覆盖了智慧城市、公共安全、智慧安防、智慧消防、通信定位、大数据云平台、人工智能、智能传感等多个领域技术应用。
据统计，2022年国内第一季度智慧城市相关200项千万级招标中，智慧预警/雪亮工程项目占16.7%,与智慧医疗、智慧政务的中标数位居前三。
我国是世界气候脆弱区之一，自然灾害频发，2009年起国家将“应急产业”纳入新兴产业，逐步建立应急产业体系。过去10年在政府主导下，应急产业得到快速发展，在国家层面逐步建成以国务院-省/部级-地市级-县级为架构的国家应急平台体系。在市场上，当前公共安全产销研企业超过15000家，涉及管线定位检测、保安报警、CCTV监控、防盗报警、楼宇对讲、智能家居、生物识别、智能交通等诸多领域。
2020年我国应急产业市场规模突破1.79万亿元人民币，工信部将我国应急产业细分领域划分为安全防护、监测预警、应急救援处置、安全应急服务4大类。根据全国应急产业联盟的统计分析，我国处置救援类市场占比最高为56%，监测预警类为24%，预防防护类占比18%，安全应急服务类仅有2%。
作为应急安全产业的分支，城市生命线工程意在对城市重要基础设施进行24小时不间断监测，是城市安全、智慧城市建设的基础性环节。
根据《指南》的要求，预警平台建设分成两步走，第一阶段主要是对城市生命线工程和洪涝安全的监测，改革开放后，经过40多年的城市发展，城市生命线系统愈加复杂，一些管网设备逐渐老化，存在严重的安全隐患，构建智慧管网感知网络、监测预警系统成为第一阶段主要发力点。
城市生命线感知网络，主要是针对燃气、供排水、热力、桥梁、综合管廊等基础设备，需要用到定位、压力、流量、影像、震动、气体、超声波、温度、湿度、加速度等多种传感器；第二阶段中要求满足城市公共安全感知、生产安全感知、自然灾害感知三类感知网络覆盖，需要采用音视频监控、温度、烟感、光感、火灾探测器等可控设备，对感知网络、信息传输、终端平台、预警处理等系统化要求更高。
感知网络建设中传感器、探测器设备和物联网智能终端应用量较大，市场前景可观。
地下管线惯性定位仪（管线惯性陀螺仪）是零偏科技具有自主知识产权的地下管道定位设备，采用航天器的自主导航技术—惯性导航技术，利用组合导航以及基于IMU/里程/运动特征/环境特征的多传感器信息融合和误差在线补偿技术，能够精准可靠地获取城市复杂环境下的地下管线三维信息。全自主知识产权、厘米级测量精度、全口径测量范围40mm-1500mm，地下管线惯性定位仪解决了传统技术存在的受埋深、地质条件、电磁干扰等因素影响造成测试结果不可靠的问题。可以为石油、燃气、电力、热力、水务、通信等客户提供管道普查、施工前详查、竣工验收、应急抢修等管道三维定位服务，为城市地下空间的规划、设计和施工提供安全可靠的数据。
