《基于北斗精准时空信息的市政管网风险管控关键技术与应用》

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市政管网是城市的“生命线”,事关人民生命财产安全、能源供给安全乃至国家安全。我国燃气、热力、给排水等市政管网在地下纵横交错,服役时间长、规模巨大,管线事故正从潜伏期进入爆发期。管线时空信息错乱导致隐患难以发现、事故难以控制,造成管线断裂、爆炸甚至大规模次生灾害。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“市政基础设施、防灾减灾等综合功能提升技术”列为优先主题,精准时空信息是解决市政管网风险管控难题的首要条件。在市政管网行业规模化应用自主可控的北斗系统,既是提升风险管控水平的迫切需求,也是推动北斗产业发展、贯彻军民融合国家战略的实际行动,具有重大而深远的意义。

该项目在国家863计划、北斗二代重大专项的支持下,构建了国家北斗精准服务网、市政管线立体化监测网,创建了基于天地一体化网络的风险管控与决策体系,极大提升了特大型城市市政管网风险管控的能力和水平,开创了北斗精准时空信息在市政管网领域应用的先河。主要技术创新如下:

1、发明了城市空间高可用性卫星精准定位技术,城市室外空间的可用范围提高近30%;建立了城市环境定位误差场实时改正技术,动态定位准确度由5m提高到0.01m:建设了国家北斗精准服务网,率先实现了北斗精准时空信息在市政管网领域的应用。

2、提出了管网故障和缺陷检测方法,攻克了管网多参数协同感知技术,发明了21种地下管网监/检测传感设备;突破了地下多传感器时延校准技术,时间同步精度由100ns缩短到1ns,显著提升管线故障点定位精度:创建了基于北斗精准服务的立体化感知监/检测网,较传统监测模式成本降低90%。

3、建:市政管网风险要素数据库,提出了基于大数据处理和智能分析技术的故障诊断、预测与处置模型,构建了基于北斗时空信息的市政管网风险管控体系,实现了风险管理模式从被动应对到主动管控的转变。在北京2.3万公里燃气管线的示范应用表明泄漏事件被动接警率从22.4%降低到4.7%。

该项目获授权发明专利52项、实用新型专利23项、软件著作权17项,发表SCI/EI论文85篇,出版专著4部,制定行业标准6部,率先将北斗实时定位写入主编的行业标准中。成果在全国20省/直辖市、447个城镇应用,涵盖燃气、热力、排水等领域,部分技术和产品已经应用至“一带一路”沿线国家,推动了北斗民用产业的快速发展,近三年新增直接销售额超过25亿元。

项目技术成果先后被院士专家鉴定为“整体达到国际先进水平”,“多频卫星导航数字信号处理一体化等技术具有创新性”、“基于北斗定位的专用设备和管线物联网传感器技术方面处于国际领先地位”。项目应用成果得到美国卫星导航行业权威媒体报道,并被12位院士评价为“填补了北斗精准服务在市政管网管理中的应用技术空白,整体应用成果达到了国际领先水平”。部分成果在2015-2017年间分获卫星导航定位科技进步一等奖、中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖和中国土木工程詹天佑奖。

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