地理信息技術在供水管網上的研究與應用

摘要：以華北某城市的供水管網信息系統建設為例，介紹了供水管網地理信息系統的開發目標、功能、系統的結構。系統的建立為該公司的供水生產管理水平提高到新的臺階，為企業信息化的建設打下了堅實的基礎。

關鍵詞：供水管網 GIS 開發 功能

供水管線地理信息系統是以計算機網絡為載體，利用地理信息系統GIS技術，實現地下供水管線及其附屬設施的空間和屬性信息進行輸入、編輯、存儲、查詢統計、維護更新和輸出的計算機管理的技術系統，能為城市（礦區）規劃、建設和管理提供技術決策支持，極大地提高了管理效益和管理水平。

1 立項原因及背景

該公司現有供水管線220余公里，日供水量約11萬立方米，由于公司供水管道大多敷設于19世紀60年代至90年代初期，采用地形資料陳舊，資料精度不高或與現狀不符，且資料都是圖紙、圖表方式記錄保存，采用人工方式管理，效率低下。隨著城市發展，地面環境發生巨大變化，原有管線資料已無法滿足供水企業“安全用水，優質服務”的要求，更難以適應各種突發事故的應變處理需求。

供水管線信息系統是以地理信息系統技術為平臺，通過實現供水管線、管材、管徑、閥門、檢查井等綜合信息輸入、查詢、管理，管網系統橫縱剖面圖紙的繪制以及地形和專業管線圖紙輸出等功能，同時為管網系統規劃設計、改造施工等提供準確可靠的地下供水管線的分布、走向、埋深等狀態信息及各專業屬性信息，還能夠對供水管網進行計算機管理與輔助決策，從而實現動態的現代化管理。因此開發建立精確、完整的供水管線地理信息系統，在提高供水公司的科學管理水平，降低運行成本，確保管網系統安全、穩定運行等方面都將發揮十分重要的作用。

2 項目研究的技術路線

本項目的研發工作，首先要收集現有的原始資料，并進行分類編碼，然后到現場進行實地探測，用GPS對管線及其附屬物進行定位測量，再將探測和定位測量所獲得的數據，制成管線探測數據成果表，并以此成果表里的數據為依據，建立相關數據庫，即“點表”和“線表”，把“點表”和“線表”數據錄入計算機進行編輯，開發功能塊后，進行系統聯合調試并試運行，若系統運行穩定并可達到預期效果，則系統研發成功。

3 項目的研究實施

供水管線地理信息系統研發分為供水管線探測和系統開發兩個階段，第一階段為供水管線探測，這個階段所獲得的成果是第二階段系統開發的根本依據，只有管線探測獲得了精準的信息數據，才能開發出先進的功能完善的實用的地理信息系統。

3.1 地下供水管線探測 采用現代無損探測技術和方法來確定地下管線屬性、空間位置的全過程，謂之地下管線探測。利用世界先進的英國產的管線探測儀RD-8000等儀器對公司現有的供水管線進行現場實地精準的探測，是徹底搞清供水管線現況、研究開發供水管線地理信息系統的根本依據。

本次探測的工區面積約156平方公里，供水管線均為該公司供水的主干管線，分布范圍廣，地表條件復雜，在城市區，地面建設的迅速現代化，擠占供水管線多有發生，供水管線現況不清，資料不全，向各廠礦供水的每組管線延伸距離長，埋深大，無地面標識物，因此探測難度大，管道材質有鋼、鑄鐵、水泥、玻璃鋼等多種材質，增加了探測難度。我們深入現場進行實地連續追蹤探測，準確地查清了供水管線的起點、終點、走向、分布、拐點、分支、連接關系，對于管線復雜的地方，采用不同頻率加載搜索模式探測以確保準確無誤。

3.2 地下供水管線測量 地下供水管線測量一般包括控制測量和地下管線測量，以地質處提供的基準點為基準在測區內進行供水管線測量，來獲得地下供水管線坐標和高程。為了保證測量精度，我們選用了最新先進的GPS科力達風云K9T進行圖根控制網布設，在基準控制點上架設基準站，在測區內每一個加壓站設置檢測站，在測區內均勻布設了15個圖根控制點，把外業測量所獲得的數據，嚴格的按規定記錄并及時導入計算機，以確保數據安全無誤，切實做到一個不丟，一個不漏，將測量的管線點數據全部列入地下管線點成果表中。

3.3 依據供水管線信息數據，按要求建立數據庫 以計算機技術、網絡技術為基礎，以供水管線外業探測所獲得的管線信息數據為依據，研究開發先進的供水管線地理信息系統。

①首先優選大型MapGIS軟件為開發平臺，MapGIS是我國具有完全自主知識產權的地理信息系統軟件，是全球領先的搭建式GIS數據中心開發平臺，能實現管線探測與GIS的完全融合。②利用MapGIS的轉換功能，把CAD格式的地形圖轉換成MapGIS格式，作為供水管線地理信息系統的底圖數據，以便系統的開發。③把外業探測所獲得管線數據，按MapGIS數據管理的要求，建立了“管線點屬性數據庫”<點表>和“管線線屬性數據庫”<線表>輸入計算機，MapGIS管網信息系統將自動讀取“點表”和“線表”，依測據點的編號建立管網拓撲關系，測點的編號是唯一的，從而建立起依據外業探測的供水管網。

竣工圖入庫：可直接將紙質竣工圖紙進行矢量化處理，并自動接邊建網；提供CAD等電子竣工圖數據建網向導，可便捷地導入到供水管網數據庫中。

3.4 供水管線地理信息系統架構設計 根據該項目的具體情況和實際需求，整個系統的總體結構設計共分為四個層次，包括軟硬件基礎層、數據中心、供水地理信息系統平臺、應用層。

4 供水管線地理信息系統功能描述

4.1 地形圖庫管理功能 本系統具有海量的圖庫管理能力，對測區內的地形圖統一管理，包括增加、刪除、編輯、檢索等，具有圖幅無縫拼接和可按多種方式調圖的功能；能夠提供外業探測成圖與建庫一體化工具；支持從Access、Excel中導入外業數據并成圖，可進行管點連通度、坐標、孤立管點、空值、負值和重復值等檢查，保證外業探測數據的質量；可實現不同格式、不同比例尺的空間數據轉換。

4.2 管線數據管理輸入與編輯功能 系統提供輸入編輯工具（鼠標和鍵盤方式），可以在已有管網中進行添加、修改、刪除等操作，達到管網及其設備的輸入目的；提供對已經建庫的管網的圖形、屬性的編輯和修改工具；提供對管網設備（包括管點設備和管線設備）的屬性和參數的編輯、統改。

4.3 管線信息檢查 檢查有重復錯誤的管件屬性；點擊單個管件修改其屬性數據，如更換某一鋼材管線為球墨管，更換較大口徑的管線，都可以直接修改屬性更新屬性數據；按條件批量修改管件的屬性；按管件圖形參數批量修改管件屬性數據。

4.4 管線信息查詢、統計功能 系統可實現圖數互動的聯動查詢功能，提供圖形檢索屬性和屬性檢索圖形的雙向查詢功能；能夠方便地對閥門及其它管網設備的定位圖、操作圖等所有信息進行搜索查詢，提供從空間位置和文字（地名、閥門編號等）為信息的交互式查詢；能夠按照所給區域范圍、任意條件來瀏覽查詢設備屬性，且所有查詢出來的數據都可輸出其它通用數據格式。

4.5 管線信息分析功能 系統可實現對供水分公司的管網系統爆管分析、消防栓搜索分析、緩沖區分析、連通分析、預警分析、橫縱斷面分析等功能。全面檢查管網的閥門是否全部處于開狀態，并產生當前關閉的閥門的列表，由列表可以定位到閥門的空間位置。

4.6 地圖量算功能 系統提供豐富的量算功能，包括自由量算和定位量算功能。在進行自由量算時，系統提供圓形、矩形、任意多邊形、折線和角度的量算功能。

4.7 管網更新與維護 系統允許任意修改數據庫結構、管網設備圖示符號，提供對管網數據的錯誤、一致性及拓撲完整性進行檢查和自動校正，并可直接輸出管網明碼文件。

4.8 管網數據輸出功能 實現與綜合管網及其它專業管網信息系統間的數據交換，還可實現管網圖形和屬性數據轉換成明碼txt格式文檔以及轉換成外業探測數據表格。

5 結論

供水管網地理信息系統的建立，確保了公司供水管網資料的完整、準確，方便了管理人員對大量資料進行高效科學的管理，同時也便于決策者隨時掌握最新的管線數據信息，為地下供水管線的維護、檢修、改建提供了準確的依據和科學的檢修方案，提高檢修效率，縮短停水時間，減少經濟損失，確保各類用戶的生產和生活用水的穩定供給，確保了公司供水事業穩步健康的發展，是管網運行中的有效管理工具。

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