基于Java的城市地下管线风险监测系统研究

作     者：宋国豪 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王玉林;赵景波

授予年度：2023年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 081403[工学-市政工程] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：地下管线 风险监测 Java 系统开发 IGA-BP 

摘      要：目前,城市化进程不断加快,城市规模不断扩大,城市地下管线随之增加和扩建,而大量的管线在日常使用时难免产生腐蚀、泄漏以及破裂等一系列的问题。造成地下管线问题频频发生的原因是多方面的,大致可以总结为内部原因和外部原因两方面,内部原因主要是管线分布复杂而且种类繁多,管线质量不达标,以及管线长时间的超负荷使用;外部原因主要是管线管理体制不够健全,管线日常维护和监管机制缺乏以及现有的管线监测技术和水平严重不足。所以为了改善这些问题,减少水资源浪费以及实现智能化城市地下管线管理,本文结合卫星影像数据通过Java语言设计实现了包含管线漏点核查以及地表沉降监测等功能在内的城市地下管线风险监测平台,城市地下管线风险监测平台分为城市地下管线风险监测系统和手机端APP两个子系统。本文首先分析了现阶段城市地下管线存在的问题,对比了国内外现有的城市地下管线风险监测的技术水平和发展现状,经过分析发现目前国内外管线监测水平基本上局限于传统的监测仪器和方法,而利用雷达卫星数据监测地下管线风险的技术只是处于初探阶段,但是这种新技术的初探在国内外都取得了不错的效果。为了推进雷达探漏技术的应用并提高现有的管线监测水平和技术,本文结合卫星影像数据确定高精度的POI(疑似漏水点),并利用传统的监测仪器现场核查的方式,实现“天地一体化探漏的模式。文章基于此介绍了系统在设计和实现过程中涉及的主要技术与软件架构,并整理了系统的需求分析包括功能需求,非功能需求以及可行性分析,以此为基础进行了系统的设计包括系统架构设计、网络拓扑设计、结构设计以及数据库的设计。设计完成之后对系统的功能进行了实现。系统的核心业务是结合影像数据检测出管线漏水点,而卫星影像数据确定的只是疑似漏水点,所以巡检人员现场核查POI的准确性直接影响整个项目的可行性,接下来本人提取了影响巡检准确性的六个因子对巡检准确度进行了评估,以2023年1月到3月的巡检结果数据作为样本数据,利用传统的BP神经网络建模并训练测试之后,发现输出值和真实值的误差相差较大,因此考虑到了BP神经网络的缺陷,在此基础上引用前人改进的GA算法优化了BP神经网络,以优化后的算法(OGA-BP)重新建立模型,通过对比分析,OGA-BP模型比传统的BP神经网络模型精度有很大的提升,但相对误差仍然在15%左右。本人在前人的基础上改进了OGA-BP算法,在此文章中命名为IGA-BP。经过对这三种算法建立模型并仿真。通过对比分析,IGA-BP模型的精度在这三种模型中精度最高,而且改进的IGA-BP算法得出的预测结果与实际值相对误差不高于15%,达到了预期目标而且,验证了IGA-BP模型在评价巡检准确度方面的可行性。该算法评估巡检人员的巡检准确度比传统的人为评估技术更方便,更快捷,更可靠。在巡检准确度评估模型应用到实际中之后,巡检人员也更加认真且专注的去完成自己的巡检任务,这样以来漏点的找出率大大增加,卫星探漏效率大大提高。在系统实现和上线之后,经过测试得出以下结论:两个子系统功能基本上实现,满足设计的需求,整个系统具有稳定性好,安全性高,易于操作的特点,且对城市地下管线风险的降低以及智慧城市的建设有很大的作用。