基于供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和GIS技術(shù)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)管理方案研究

祁艷萍（福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建　福州　350001）

基于供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和GIS技術(shù)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)管理方案研究

祁艷萍
（福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建福州350001）

摘要：本文針對(duì)水業(yè)公司供水管網(wǎng)管理的現(xiàn)狀，提出利用GIS和供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)GIS的靜態(tài)數(shù)據(jù)和供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)融合，最大限度提高水業(yè)公司的管理水平和工作效率。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)；供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；供水管網(wǎng)調(diào)度管理

一、供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，供水管線(xiàn)數(shù)量急劇增加，形成一個(gè)縱橫交錯(cuò)的巨大網(wǎng)絡(luò)，供水管網(wǎng)管理的難度越來(lái)越大。針對(duì)這一問(wèn)題，大力推進(jìn)管網(wǎng)信息化建設(shè)，建立起供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)成為各個(gè)水業(yè)公司的解決之道。這兩個(gè)系統(tǒng)都比較成熟，構(gòu)建并非難事，但絕大多數(shù)水業(yè)公司只是作為單獨(dú)的軟件系統(tǒng)平臺(tái)使用，相互間數(shù)據(jù)不共享。只有充分發(fā)揮供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)的作用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，才能更好地為水業(yè)公司的管網(wǎng)管理提供幫助。隨著管網(wǎng)信息化建設(shè)的發(fā)展，如何將GIS靜態(tài)數(shù)據(jù)同供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)融合在一起，成為供水管網(wǎng)管理的趨勢(shì)。

針對(duì)維護(hù)現(xiàn)狀管網(wǎng)資料，GIS系統(tǒng)能將空間信息和屬性信息有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，對(duì)信息的管理十分方便。供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)管網(wǎng)中突發(fā)事件運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但無(wú)法對(duì)未來(lái)突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)測(cè)。

二、供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

1供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，是利用GIS技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和拓?fù)潢P(guān)系一體化管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它側(cè)重于對(duì)管網(wǎng)靜態(tài)信息進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、空間分析等管理，能夠?yàn)楣芫W(wǎng)系統(tǒng)提供必要的地理數(shù)據(jù)和圖形支持，是提高城市供水行業(yè)的管理和信息化水平，高效服務(wù)群眾，是城市供水行業(yè)現(xiàn)代化管理的關(guān)鍵。

2供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，水業(yè)公司各相關(guān)部門(mén)能夠及時(shí)掌握城區(qū)供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行工作狀態(tài)，能在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)壓力、流量突變情況，并迅速解決問(wèn)題，提高工作效率；實(shí)施后可極大的提高供水保證率，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水管理的信息化和現(xiàn)代化，滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的用水量需求。供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，由水司調(diào)度中心、通信平臺(tái)、監(jiān)測(cè)終端、壓力變送器和流量?jī)x表組成，在關(guān)鍵點(diǎn)、最不利點(diǎn)處設(shè)置測(cè)壓測(cè)流點(diǎn)，采集其流量、壓力、余氯等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，另外在管網(wǎng)上還設(shè)置了自控調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟度使管網(wǎng)上的壓力分布均勻。

3供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系

供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)中正在發(fā)生的情況，無(wú)法預(yù)測(cè)未來(lái)將要發(fā)生情況，因此沒(méi)有分析和輔助決策功能。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)只可能安裝在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上一些關(guān)鍵地位置上，不可能安裝在網(wǎng)絡(luò)上的所有位置上。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，系統(tǒng)顯示的空間和屬性數(shù)據(jù)。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理和顯示能力，可以利用GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的分析功能，快速判定需關(guān)閉閥門(mén)和停水區(qū)域，為管網(wǎng)搶修提供支持，但它無(wú)法根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和輔助決策。

三、基于GIS和供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)的供水管網(wǎng)調(diào)度管理

1建立供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

隨著GIS技術(shù)的日趨成熟、GIS平臺(tái)的日趨完善，供水企業(yè)建立一套供水管網(wǎng)系統(tǒng)已非難事，但是建設(shè)好一個(gè)供水管網(wǎng)GIS卻非易事。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是GIS的靈魂，系統(tǒng)建設(shè)成敗的關(guān)鍵在于管網(wǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性和完整性。因此建設(shè)一套成功的供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)應(yīng)最大限度地確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與全面。

首先，應(yīng)將用戶(hù)水表前管線(xiàn)及其相關(guān)設(shè)施全方位納入GIS系統(tǒng)；除把全部的管線(xiàn)、閥門(mén)、消防栓全面收集外，還應(yīng)將獨(dú)立用戶(hù)水表全部收集到系統(tǒng)中。實(shí)踐證明，這樣的策略對(duì)后期系統(tǒng)的拓展有著積極重要的作用。如管網(wǎng)規(guī)模較小，可一次性完成，如管網(wǎng)規(guī)模龐大應(yīng)進(jìn)行分片實(shí)施，最終將管網(wǎng)資料并入系統(tǒng)中。

其次，應(yīng)確保基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性；

（1）應(yīng)聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的管線(xiàn)探測(cè)單位對(duì)表前管進(jìn)行全面普查，以便摸清管網(wǎng)的實(shí)際情況；

（2）組織臨時(shí)項(xiàng)目小組將探測(cè)結(jié)果與現(xiàn)存檔案資料進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)抽樣核對(duì)，確保探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；

（3）為確保管網(wǎng)資料的完整性，組織相關(guān)管線(xiàn)部門(mén)普查全部水表、閥門(mén)、消防栓等附屬設(shè)施的屬性數(shù)據(jù)。

第三，組建協(xié)作管理團(tuán)隊(duì)。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)的管理工作不只是管網(wǎng)管理部門(mén)一個(gè)部門(mén)的事，使用該系統(tǒng)涉及到眾多部門(mén)，不同的部門(mén)在使用上各有側(cè)重點(diǎn)，因此應(yīng)充分有效地利用各部門(mén)掌握的資源，因此形成一個(gè)跨部門(mén)的協(xié)作管理團(tuán)隊(duì)勢(shì)在必行。

第四，嚴(yán)格的數(shù)據(jù)更新制度。嚴(yán)格的數(shù)據(jù)更新機(jī)制是保證GIS生命力的源泉，應(yīng)制定一系列數(shù)據(jù)更新的制度，對(duì)涉及到的相關(guān)部門(mén)規(guī)定相應(yīng)的職責(zé)，并制定數(shù)據(jù)更新的流程和具體的操作方法，確保數(shù)據(jù)更新的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2建立供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體劃分成二個(gè)層次：最上層是福州市瑯岐海峽水業(yè)有限公司供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控中心，底層是市政管網(wǎng)壓力流量信息采集和水質(zhì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)采集等信息采集站。系統(tǒng)主要由壓力流量信息采集站、壓力信息采集站、水質(zhì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)站、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。

2.1供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)采集，并集中監(jiān)測(cè)報(bào)警。同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)化的存儲(chǔ)、分析和管理；

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)的壓力、流量信息的實(shí)時(shí)接收及動(dòng)態(tài)顯示，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、預(yù)警與管理；

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)的壓力、流量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備設(shè)施情況、維護(hù)情況規(guī)范化建檔管理；

（4）系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)。各職能工作人員通過(guò)IE瀏覽器，經(jīng)用戶(hù)名和密碼認(rèn)證后登錄相應(yīng)級(jí)別管理系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)操作與管理。

2.2網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采用CDMA/GPRS無(wú)線(xiàn)通信方式及高速工業(yè)以太網(wǎng)，將站點(diǎn)的各種信息數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心站。監(jiān)控中心站建立計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)接收/監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為水業(yè)公司供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供監(jiān)測(cè)站的流量、壓力、水質(zhì)在線(xiàn)等實(shí)時(shí)信息的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)。

2.3供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置

管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及相關(guān)軟件、城區(qū)內(nèi)各個(gè)管網(wǎng)流量壓力監(jiān)測(cè)站點(diǎn)以及中國(guó)電信的VPDN專(zhuān)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)組成。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的采集器采集流量壓力值，定時(shí)通過(guò)VPDN傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器。內(nèi)網(wǎng)監(jiān)控用戶(hù)通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器安裝的B/S結(jié)構(gòu)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)軟件，實(shí)時(shí)查看管網(wǎng)流量壓力值。

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成

①采集箱

通過(guò)在供水區(qū)域各個(gè)管網(wǎng)分區(qū)分界點(diǎn)、高低區(qū)域控制點(diǎn)上安裝壓力變送器、流量計(jì)等儀表，然后通過(guò)安裝簡(jiǎn)單靈活的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集裝置，采集壓力變送器及流量計(jì)的檢測(cè)值，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心。采集裝置安裝方式采用壁掛式或坐地式等形式。

②供電方式

供電方式采用市電供電或市電蓄電池混合供電等方式。

③流量計(jì)

采用電池供電的超聲波插入式流量計(jì)?？山鉀Q現(xiàn)場(chǎng)供電不方便、安裝流量計(jì)需停水問(wèn)題。

由于城區(qū)供水大部分采用環(huán)網(wǎng)供水，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流量會(huì)出現(xiàn)反向流量，選擇流量計(jì)時(shí)考慮檢測(cè)反向流量功能的流量計(jì)。

④壓力變送器

壓力變送器必須選擇低功耗的壓力變送器。

⑤監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

擬設(shè)置管網(wǎng)測(cè)壓測(cè)流點(diǎn)15個(gè)，并預(yù)留大用戶(hù)測(cè)壓測(cè)流點(diǎn)3個(gè)；設(shè)置管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)10個(gè)。

（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控中心組成

監(jiān)控中心配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器一套、路由器一套以及UPS電源一套。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器站配置一臺(tái)高性能電腦，液晶顯示器，并安裝數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件、數(shù)據(jù)采集軟件和管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)信息采，集并點(diǎn)對(duì)上現(xiàn)傳場(chǎng)的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、分析、發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警。

圖1　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件采用BS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)圖表、系統(tǒng)設(shè)置等主要功能模塊組成。系統(tǒng)采用高效的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持SQL，支持局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)上瀏覽操作。系統(tǒng)留有網(wǎng)絡(luò)接口用以和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和企業(yè)MIS系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享。

2.3供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)集成

2.3.1集成的目的

通過(guò)供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。管網(wǎng)GIS系統(tǒng)向管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的同時(shí)，管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能向GIS系統(tǒng)提供管網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)數(shù)據(jù)表達(dá)能力，為準(zhǔn)確掌握管網(wǎng)運(yùn)行狀況提供保障，大大減少數(shù)據(jù)傳輸和維護(hù)的工作量，保障數(shù)據(jù)的完整性、統(tǒng)一性和可靠性。

2.3.2集成的原則

（1）供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，確保兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定和高效；

（2）管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)均來(lái)源于GIS系統(tǒng)，實(shí)施數(shù)據(jù)均來(lái)自于管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要確保兩個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)刷新速度相關(guān)。

2.3.3集成方式

在供水管網(wǎng)GIS中集成供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，供水管網(wǎng)GIS和供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由各自的平臺(tái)支撐，他們之間通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)與供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)獨(dú)立，它們之間通過(guò)數(shù)據(jù)表鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)。管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)與供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)之間通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接實(shí)現(xiàn)了邏輯上的一體化。首先在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中建立一個(gè)用于專(zhuān)門(mén)存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，并通過(guò)建立唯一索引使其與其他數(shù)據(jù)表相關(guān)聯(lián)；當(dāng)供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將新的數(shù)據(jù)復(fù)制到GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表中；最后，GIS系統(tǒng)對(duì)從供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理，并加以顯示。圖1為供水管網(wǎng)GIS中集成供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。

結(jié)語(yǔ)

基于供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和GIS技術(shù)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)GIS的靜態(tài)數(shù)據(jù)和供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)融合，最大限度提高水業(yè)公司的管理水平和工作效率，能夠增加供水安全性，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王勇．基于A(yíng)rcGIS的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．長(zhǎng)江大學(xué)，2012．

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A