基于GIS 的污水管网巡检路线优化与调度研究

引言

随着城市发展，污水管网系统日趋复杂，传统巡检依赖人工经验，存在路线重复、盲区多、数据零散等问题，导致运维效率低下。GIS 技术凭借强大的空间数据处理与可视化能力，成为管网巡检管理的重要工具。通过 GIS 整合管网信息、优化巡检路线、实现动态调度，可有效减少资源浪费，提高故障发现及时性。本文结合城市污水管网运维实际，梳理 GIS 在巡检优化中的应用路径，为推动管网运维智能化提供思路。

一、GIS 在污水管网巡检中的核心技术应用场景

1.1 管网空间信息可视化与数字化建模应用

GIS 技术通过构建污水管网数字化模型，实现管网空间信息的可视化展示。将管网的管径、埋深、材质、位置分布等属性数据与地理空间坐标关联，在电子地图上直观呈现管网拓扑结构。通过分层显示功能，可按区域、管径或敷设年代等维度查询管网信息，支持缩放、平移等交互操作。这种可视化建模让巡检人员能快速掌握管网布局，明确巡检目标位置与周边环境关系，为路线规划提供空间基础，改变传统依赖纸质图纸的低效模式。

1.2 巡检数据整合与空间分析技术应用

GIS 平台可整合多源巡检数据，建立统一的空间数据库。将历史巡检记录、故障维修档案、管网检测数据等与空间位置绑定，实现数据的集中管理与关联查询。利用空间分析功能，可进行缓冲区分析、网络分析等操作，计算管网密度、评估巡检覆盖范围。通过数据叠加分析，能挖掘管网状态与环境因素的关联规律，为巡检重点确定提供依据，解决传统数据分散、分析困难的问题。

1.3 管网风险点识别与巡检重点标注应用

基于 GIS 的空间分析能力，可结合管网运行年限、材质、周边地质条件等因素，识别潜在风险点。通过设定风险评估指标，对管网段进行风险等级划分，在地图上标注高风险区域与重点巡检点。同时，将历史故障位置、易淤积路段等信息叠加显示，形成动态更新的风险分布图。这使巡检人员能针对性制定计划，优先覆盖高风险区域，提高巡检的精准性与有效性。

二、污水管网巡检路线优化的关键实现路径

2.1 基于 GIS 空间分析的巡检节点优化排序

借助 GIS 的网络分析功能，对巡检节点进行优化排序。将管网检查井、阀门、泵站等关键设施作为网络节点，基于高精度空间坐标数据计算节点间的直线距离与实际路网连通关系，构建节点关联网络模型。结合节点的风险等级、历史故障频率、所在管网重要性等属性，为每个节点赋予相应权重，运用加权排序算法生成综合优先级序列。通过 GIS 平台可视化展示节点优化序列，标注高优先级节点的空间分布，确保高风险、高重要性节点优先纳入巡检计划，避免传统按区域无序巡检导致的重点遗漏问题，为后续路线规划提供科学有序的节点基础。

2.2 多约束条件下的巡检路线动态规划

在 GIS 环境中构建多约束路线规划模型，综合考虑路网通行条件、巡检时段交通管制、节点空间分布密度等环境因素。通过网络分析模块中的最短路径算法生成初始路线，再根据巡检人员配置数量、检测设备负载能力、单日巡检时长限制等资源约束条件进行迭代调整优化。模型支持动态修改约束参数，如遇突发天气变化或临时交通管制，可实时更新路网权重数据，快速生成多条备选路线方案。通过对比各方案的总里程、节点覆盖率、资源消耗等核心指标，自动筛选最优路线，实现巡检路线从静态规划到动态适配的高效转变。

2.3 巡检资源配置与路线匹配优化

将巡检人员技能等级、车辆续航能力、检测设备类型等资源信息录入系统，关联空间位置坐标标注资源实时分布与可用状态。根据路线的总长度、节点密集度、风险等级高低等特征，通过负荷计算模型确定所需资源数量与类型，运用空间匹配算法将资源与路线进行优化组合。例如，为高风险长距离路线匹配经验丰富的巡检人员与多功能检测车辆，为短距离密集节点路线配置轻便型设备。通过 GIS 平台可视化展示资源分配方案，确保各路线资源负荷均衡，避免资源闲置浪费或过度集中导致的效率损失，实现人员、设备与路线的协同优化。

三、污水管网巡检调度机制的完善与发展方向

3.1 基于 GIS 的实时巡检调度与动态调整机制

构建基于 GIS 的实时调度平台，实现巡检全过程的动态可视化管理。通过为巡检人员与车辆配备定位终端，在电子地图上实时追踪显示移动轨迹与任务执行进度，同步更新已完成节点与待检节点状态。当接收到管网突发故障报警或临时巡检任务时，调度人员可在 GIS 平台上快速圈定事发区域，调用周边巡检资源分布数据，运用应急路径算法规划最优支援路线，通过移动端 APP 向现场人员推送新指令、位置坐标与电子图纸。平台支持根据实时路况与任务进展动态调整路线分配，实现巡检资源的灵活调度与快速响应，显著提高应急处置效率。

3.2 巡检数据反馈与路线优化模型迭代升级

建立闭环的巡检数据反馈机制，通过移动端采集工具将现场记录的管网破损程度、淤积状况、设备运行参数等信息实时上传至 GIS 平台，自动更新空间数据库中的节点属性与状态标签。通过内置的统计分析模块，对比不同路线的巡检时长、故障发现率、资源消耗等指标，生成路线效能评估报告，精准识别路线规划中存在的节点冗余、里程过长等问题。基于反馈数据对路线优化模型的权重参数、约束条件与算法逻辑进行针对性调整迭代，例如增加高故障节点的巡检频次权重，优化长距离路线的分段策略，使模型持续适应管网状态变化与巡检需求升级，形成 “数据采集 - 分析评估 - 模型优化 - 应用提升” 的良性循环。​

3.3 GIS 与物联网技术融合的智能巡检体系构建

推动 GIS 与物联网技术深度融合，构建全流程智能巡检体系。在管网关键节点部署液位传感器、压力变送器、水质监测终端等物联网设备，实时采集流量、压力、泄漏等运行参数与周边环境数据，通过无线传输网络汇聚至 GIS 平台。平台将传感器空间位置、实时监测数据与管网数字化模型进行叠加分析，自动识别异常波动区域并在地图上高亮显示，实现故障的早期预警与精准空间定位。结合 GIS 的空间规划能力与物联网的实时感知功能，构建从异常监测、需求识别、路线生成到资源调度的一体化智能管理流程，减少人工干预，提升巡检决策的及时性与准确性，推动巡检模式向智能化、无人化方向发展。

四、结论​

GIS 技术为污水管网巡检优化提供了有效支撑，通过可视化建模、数据整合与风险识别，奠定了巡检精准化基础。路线优化路径通过节点排序、动态规划与资源匹配，提升了巡检效率。实时调度、模型迭代与技术融合的发展方向，推动调度机制不断完善。随着 GIS 与相关技术的深度应用，污水管网巡检将实现从经验驱动向数据驱动转变，为城市管网安全高效运行提供有力保障。

参考文献

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[2] 李丹琳 . 城市污水管网外水入侵风险评估模型及工程应用研究 [D]. 合肥工业大学 ，2023.

[3] 苏旭苒. 基于智能技术的污水管网运维管理研究[D]. 吉林建筑大学，2023.