基于GIS與SCADA技術的供水管網系統研究

文/楊惠晨、鄭上雄 惠州市惠陽供水有限公司 廣東惠州 516200

1、前言

城市供水管網系統是城市經濟和社會發展的必然產物，具有不可或缺的作用，是城市供水管網信息化建設的重要基礎且具有重要意義。在計算機技術、通信技術及自動化技術的支撐下，通過對供水管網運作過程的重要參數、靜態信息、設備運行狀態等進行實時、動態監測及自動化控制，從而實現供水管網科學的信息化管理，通過將監測點數據信息與其空間位置進行有效結合，在地形數據的基礎上，對供水管網監測點進行監控，結合數學模型、統計方法、空間分析等技術手段，實現供水管網系統的信息查詢檢索、供水爆管分析預警、對供水管網調度等各個環節進行合理配置，從而保障供水管網的科學、安全、經濟、可靠運作[1]。

2、GIS 技術在供水管網調度系統中的應用

GIS作為一門綜合學科，是集計算機科學、地理學、測繪科學、遙感等學科的一門新興學科，是將與空間地理位置、空間屬性及時間特征進行統一管理，通過一種新的方式進行地理信息的組織和使用，以便更加有效的對新的地理信息進行生產和分析。GIS在管理數據內容的同時，其理論和方法也有很多的特色，其相應的眾多新的功能是其傳統方法不能滿足的[2]。GIS可以通過對海量的空間數據、拓撲關系及拓撲結構進行有效管理，通過與其空間相關的空間分析、空間統計及三維建模、實現不同空間數據的錄入和輸出功能等等。

3、SCADA 技術在供水管網調度系統中的應用

SCADA具有對城市供水管網現場監測點進行數據監測、收集和自動化管理的作用。通過建立城市供水系統能夠對現場監測數據進行收集并利用通訊技術進行傳輸到監控中心，該系統能夠非常經濟有效的對大范圍內的區域進行監控。我國從上個世紀80年代初開始將SCADA技術應用到供水行業并得到廣泛的應用。SCADA是由遠程終端、一級或多級站點及相應的通信設備等組成的。遠程終端是SCADA系統的核心部位，其承擔著監控設備的數據讀取、顯示和監測，并接受遠程控制的重要使命。遠程終端是通過對監控設備進行實時的數據采集和數據發送，接受遠程命令最終達到遠程控制作用。

4、基于SCADA和GIS技術的供水管網系統

4.1 系統概述

目前我國的GIS軟件和SCADA軟件在供水行業都比較成熟，但是在當前實際供水管理當中，也僅僅只是作為一個單獨的軟件平臺進行應用，而沒有有效的對實時數據進行管理。又因為SCADA系統缺乏顯示空間數據能力，而GIS系統不但具有強大的空間顯示能力，又能很好的管理實時數據，故將GIS與SCADA進行有效集成可以達到實時監測數據的可視化能力，從而實現GIS系統與SCADA系統技術上的互補。因此，隨著城市供水管網信息化的快速發展，將GIS的靜態數據與SCADA動態數據的有機結合，必會成為供水調度管理的趨勢，如何利用GIS和SCADA系統的集成技術實現對供水信息與調度監控的有效管理,這將較好地提高供水部門的管理水平和工作效率。

4.2 系統組成

基于GIS與SCADA的供水管網調度系統具有以下優勢：

①數據的統一管理。將各類圖形數據和非圖形數據進行集中的統一管理在關系數據庫中。地形數據作為系統的基礎輔助數據，在沒有地形數據資料時，系統的相關應用功能仍然可以支持圖形數據，而通常情況下地形數據不經常變動。

②數據的查詢統計。系統提供多種功能手段對圖形、屬性數據進行交互查詢檢索，在此同時又能對所選的元素的某一字段進行分類統計，可以統計出圖元總數、最大值、最小值、平均值等。并且能用各類統計圖形一一將其顯示。

③管網數據的編輯。系統具有完善的編輯工具，用戶可以根據自己的需求對供水管網數據的空間和屬性信息進行修改、添加和刪除等操作。在編輯數據的同時，應當確保有完備的設備關系規則庫系統，以確保數據的完整性和準確性，同時支持版本管理和事務處理。

④反映管網的實時運作狀態。通過系統可以將SCADA系統的數據進行導入，能實時的顯示各個供水管線上的水壓、流速、流量及水質等信息。

⑤方案模擬。在實施方案確定之前，可以通過在系統上進行模擬操作，從SCADA中讀取相應的運行參數并進行水流模擬分配，根據不同管徑大小規格對其進行水流校對，當發現水壓和流速超出管徑允許范圍時，便立即進行報警，以避免爆管事件的發生。

⑥故障定位。當出現用戶停水的時候,只要通過檢索用戶名字就能在系統中快速的定位到該用戶位置及其用水信息,同時又能列出該用戶閥門位置,為快速的找出故障位置及隔離故障創造良好條件。

⑦發布停水信息。當閥門關閉的時候，用戶接口模塊在地圖上的閥門控制線路顏色會由紅色轉為藍色，并立刻列出所有停水的用戶，管理人員可以根據相關通訊方式快速發送停水范圍及范圍內的用戶名稱。

⑧管網數據可靠性統計管理。系統中的泵站、閥門、管線都有明確的連接關系，故系統可根據其運行方式中斷泵站、關閉閥門等以確定其停水范圍，能自動的統計出所有的特殊用戶并列出清單。

⑨管網老化計算。根據管線的管材、填埋環境、年限及維修次數等因素作為參數，通過建立相應的管網分析模型得出需要維修的管線的緊急等級和相應的工時。

結語：

基于GIS及SCADA技術的城市供水管網系統較好的提高了供水系統中的信息質量，同時也加強了輔助決策，有效的實現了GIS系統和SCADA系統技術上的互補，實現兩大系統的整合及統一管理，在提高實時監測能力的同時也實現了可視化能力。縱觀整個系統，其能夠較好的提升企業的經濟利益，使城市供水管理更加科學化、現代化，同時也大大的提升了日常工作效率和管理水平，增強了供水管網運行的安全性、可靠性并具良好的應用前景。