基于GIS和SCADA系統(tǒng)的城市管網(wǎng)信息化建設(shè)

徐桂芳　許保海

摘 要：目前城市給水排水管網(wǎng)GIS和SCADA系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。隨著更多的軍事技術(shù)應(yīng)用于民用工程，相應(yīng)的導(dǎo)致遙測(cè)、遠(yuǎn)傳等設(shè)備價(jià)格的下降，SCADA系統(tǒng)得到了更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用，并且已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生活中，隨著GIS技術(shù)的進(jìn)一步完善，其宏大的空間數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)分析功能為城市給水排水管網(wǎng)水力計(jì)算模塊提供了有效的數(shù)據(jù)管理和組織手段，簡(jiǎn)化了建立模型的過(guò)程。利用GIS的實(shí)際城市給水排水管網(wǎng)圖構(gòu)造出給水排水管網(wǎng)計(jì)算圖形，并從GIS的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中提取有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行城市給水排水管網(wǎng)建立模型，通過(guò)編制計(jì)算程序，可進(jìn)行城市給水排水管網(wǎng)水力工況進(jìn)行具體分析。對(duì)此文章以沭陽(yáng)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)為模型，采用管網(wǎng)GIS和SCA

DA系統(tǒng)構(gòu)建了供水管網(wǎng)信息化系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)應(yīng)用試驗(yàn)，取得較好的效果。

關(guān)鍵詞：管網(wǎng)信息化；管網(wǎng)GIS；傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）23-0190-03

Abstract： At present， GIS and SCADA system of urban water supply and drainage network have been widely used. With the application of more military technology in civil engineering， SCADA system， which leads to the decrease of equipment price such as telemetry and remote transmission， has been applied in a wider field， and has been applied in real life. With the further improvement of GIS technology， its great function of spatial data management and network analysis provides effective data management and organization means for the hydraulic calculation module of urban water supply and drainage network， and simplifies the process of establishing the model. The calculation figure of water supply and drainage network is constructed using the actual urban water supply and drainage network diagram of GIS， the relevant data are extracted from the attribute database of GIS to establish the model of urban water supply and drainage network， and the calculation program is compiled. The hydraulic condition of urban water supply and drainage network can be analyzed concretely. Taking Shuyang Economic Development Zone as a model， this paper uses GIS and SCADA systems to construct the information system of water supply pipe network， and carries on the related application test， and achieves a good effect.

Keywords： pipe network informatization； pipe network GIS； sensor

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛的發(fā)展，城市化也進(jìn)一步加快，給水排水作為城市的基礎(chǔ)配套民生工程出現(xiàn)了許多問(wèn)題，怎樣更好的服務(wù)廣大市民，城市給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)信息化建設(shè)提上了議事日程，信息化建設(shè)包括咨詢服務(wù)、軟件開(kāi)發(fā)、硬件開(kāi)發(fā)與集成、信息化管理人才培養(yǎng)等一整套產(chǎn)業(yè)體系。

城市給水排水管網(wǎng)信息化系統(tǒng)建設(shè)，改變了以往單純依靠人腦記憶和利用保管圖紙溯源管理城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)的方法，而且借助信息化手段幫助城市市政管理人員準(zhǔn)確、高效、及時(shí)、方便的對(duì)城市給水排水管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、定位、管理、查詢、統(tǒng)計(jì)、綜合分析，使其在城市給水排水管網(wǎng)設(shè)備管理、資產(chǎn)匯總、規(guī)劃建設(shè)、事故維修、調(diào)度、營(yíng)業(yè)性收費(fèi)管理和用戶服務(wù)等方方面面的業(yè)務(wù)發(fā)揮了較好作用，提高城市給水排水管網(wǎng)管理和企業(yè)管理水平，解決了以前城市給水排水管網(wǎng)管理混亂的局面，方便了廣大人民群眾的生活水平，提高了民生質(zhì)量。

2 總體架構(gòu)

城市給水排水管網(wǎng)信息化建設(shè)適用于供水企業(yè)遠(yuǎn)程控制管理水廠，水廠的技術(shù)操作人員可以在自來(lái)水廠控制室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)自來(lái)水廠內(nèi)水池的水位、進(jìn)出廠的水流量、出廠水的壓力、水質(zhì)實(shí)際情況等相關(guān)具體信息；也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)加壓泵組運(yùn)轉(zhuǎn)情況，監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備及相關(guān)的自動(dòng)化設(shè)備的工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況；可以遠(yuǎn)程控制加壓泵的啟停。自來(lái)水公司調(diào)度中心的工作人員及公司的行政主管領(lǐng)導(dǎo)可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各水廠的工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況及水廠操作人員的實(shí)際操作情況。

結(jié)合沭陽(yáng)縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)給水排水管網(wǎng)建設(shè)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)整合相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)沭陽(yáng)縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)給水排水管網(wǎng)建設(shè)市場(chǎng)進(jìn)行整理分析，并參考國(guó)家權(quán)威數(shù)據(jù)資源和長(zhǎng)期市場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)城市給水排水管網(wǎng)建設(shè)行業(yè)進(jìn)行了整體的調(diào)研分析。提出以下架構(gòu)：

該系統(tǒng)建設(shè)分為兩步走，第一步建設(shè)一套GIS系統(tǒng)軟件，主要側(cè)重于供水管網(wǎng)信息化建設(shè)的工作原理展示；第二步接入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬與仿真，系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，傳感器網(wǎng)絡(luò)同樣將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器。兩個(gè)階段并不孤立，第二階段是在第一階段基礎(chǔ)上的增量式更新。

信息系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。

3 實(shí)施方案

本研究主要以宿遷市沭陽(yáng)縣區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)為模型，建設(shè)管網(wǎng)信息化工程。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括供水信息管理軟件、供水管道仿真和傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接口。具體試驗(yàn)方案如下：

采用管網(wǎng)GIS和SCADA系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建供水管網(wǎng)的三維仿真。供水管線是一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，閥門(mén)的存在可以控制水量的通斷。在前期進(jìn)行了很詳細(xì)、大量的數(shù)據(jù)調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)供水管道進(jìn)行水力計(jì)算，設(shè)計(jì)選用合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法來(lái)對(duì)供水管線進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)供水管道閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制，本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)功能

結(jié)合沭陽(yáng)縣管網(wǎng)建設(shè)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，整合相關(guān)力量對(duì)沭陽(yáng)縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)給水排水管網(wǎng)建設(shè)市場(chǎng)情況進(jìn)行研究分析，并參考國(guó)家權(quán)威數(shù)據(jù)資源和長(zhǎng)期市場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)管網(wǎng)建設(shè)行業(yè)進(jìn)行了整體的調(diào)研分析。本系統(tǒng)采用大型開(kāi)放式GIS平臺(tái)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器采用Windows Server 2008操作系統(tǒng)，SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)；客戶端操作系統(tǒng)采用Windows7，Direct3D 9.0，.Net FrameWork4.0環(huán)境。采用MicroSoft Visual Studio2010作為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，利用ADO.Net訪問(wèn)關(guān)系型數(shù)據(jù)，基于Uinity3D SDK進(jìn)行開(kāi)發(fā)組建。主要功能有：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)流量、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力、分析統(tǒng)計(jì)管網(wǎng)流量曲線、分析統(tǒng)計(jì)管網(wǎng)壓力曲線、管網(wǎng)壓力、流量異常報(bào)警、管網(wǎng)流量、壓力突變報(bào)警、爆管報(bào)警、管網(wǎng)漏損分析等。

系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)方面：

（1）供水管線三維展示。供水管線系統(tǒng)主要包括供水水廠、供水管線以及各類(lèi)閥門(mén)、水表、壓力表。三維展示真實(shí)反映系統(tǒng)的分布情況。提供基本的三維場(chǎng)景瀏覽功能，包括旋轉(zhuǎn)、平移、縮放。（2）供水管線參數(shù)查詢。在工藝流程圖上點(diǎn)擊查詢某一個(gè)設(shè)備的參數(shù)。在三維仿真場(chǎng)景中可以查詢?cè)O(shè)備的參數(shù)。（3）供水管線工作原理動(dòng)畫(huà)。工藝流程圖中點(diǎn)擊供水水廠，顯示供水水廠參數(shù)的同時(shí)展示供水水廠的工作原理動(dòng)畫(huà)。（4）傳感器設(shè)備參數(shù)查詢。根據(jù)設(shè)備的安裝位置查詢?cè)O(shè)備的相關(guān)參數(shù)。（5）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢。實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前傳感器監(jiān)測(cè)到的設(shè)備的工作狀態(tài)。根據(jù)傳感器上傳數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。（6）監(jiān)測(cè)預(yù)警。對(duì)返回的故障信息進(jìn)行報(bào)警顯示。提供相關(guān)的故障分析和處理意見(jiàn)。（7）歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢。查詢之前某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)或者時(shí)段的傳感器監(jiān)測(cè)到的設(shè)備工作狀態(tài)信息。（8）閥門(mén)開(kāi)關(guān)控制。展示供水管網(wǎng)系統(tǒng)中閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉會(huì)改變水的流動(dòng)和供水的供用。（9）管道水力仿真計(jì)算。從供水管網(wǎng)系統(tǒng)中，水在水管中流動(dòng)一段距離水壓會(huì)降低，需要計(jì)算給水管線的壓力變化。

5 系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

本次供水管網(wǎng)系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，通過(guò)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)每個(gè)時(shí)段、每日、每月和每年的流量和壓力進(jìn)行記錄和監(jiān)測(cè)，可全面掌控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并自動(dòng)建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。如2017年7月至2018年3月，開(kāi)發(fā)區(qū)給水排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的月平均壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1，年曲線分析如圖3、圖4所示。

經(jīng)過(guò)此次系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用，自來(lái)水廠的技術(shù)操作人員，可以在水廠操作室遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)廠內(nèi)水池的水位、進(jìn)出廠的流量、出廠的水壓力、水質(zhì)的具體情況等信息；也可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)加壓泵組、配電設(shè)備及相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備的工作運(yùn)行狀況；可以遠(yuǎn)程控制加壓泵的啟停。水廠調(diào)度中心的操作人員及水廠主管領(lǐng)導(dǎo)也可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各水廠的工作運(yùn)行情況及水廠操作人員的操作情況。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，和巡視情況進(jìn)行比對(duì)，以此對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，保障供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

6 本研究的特色和創(chuàng)新點(diǎn)

城市給水排水管網(wǎng)信息化系統(tǒng)建設(shè)，改變了以往單純依靠人腦記憶和利用保管圖紙溯源管理城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)的方法，而且借助信息化手段幫助城市市政管理人員準(zhǔn)確、高效、及時(shí)、方便的對(duì)城市給水排水管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、定位、管理、查詢、統(tǒng)計(jì)、綜合分析，使其在城市給水排水管網(wǎng)設(shè)備管理、資產(chǎn)匯總、規(guī)劃建設(shè)、事故維修、調(diào)度、營(yíng)業(yè)性收費(fèi)管理和用戶服務(wù)等方方面面的業(yè)務(wù)發(fā)揮了較好作用，提高城市給水排水管網(wǎng)管理和企業(yè)管理水平，解決了以前城市給水排水管網(wǎng)管理混亂的局面，方便了廣大人民群眾的生活，提高了民生質(zhì)量。

7 結(jié)束語(yǔ)

供水管網(wǎng)信息化建設(shè)工程為鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水項(xiàng)目，項(xiàng)目的建設(shè)提高了供水安全性、可靠性。本次工程實(shí)施后隊(duì)該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)促進(jìn)安定團(tuán)結(jié)、穩(wěn)定民心、改善人民生活條件、增進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善投資環(huán)境等方面有著非常重要的意義。

供水管網(wǎng)信息化建設(shè)工程為鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水項(xiàng)目，項(xiàng)目的建設(shè)提高了供水管網(wǎng)的安全性、可靠性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性。項(xiàng)目施工期間環(huán)境影響較小，且項(xiàng)目實(shí)施后，這種暫時(shí)的影響就會(huì)消失。

供水管網(wǎng)信息化建設(shè)工程是一項(xiàng)公益性社會(huì)事業(yè)，本次工程實(shí)施后，該項(xiàng)目對(duì)促進(jìn)安定團(tuán)結(jié)、穩(wěn)定民心、改善人民生活便利條件、增進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善投資環(huán)境等各方面有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王燁，蔣白懿，張志磊，等.水力模型在供水管網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2014，32（6）：101-102.

[2]吳海麗.天津市城市供水管理業(yè)務(wù)應(yīng)用信息系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].城市管理與科技，2013（6）：52-54.

[3]孟明群，趙平偉，張立尖，等.基于GIS平臺(tái)的供水信息化多系統(tǒng)跨區(qū)域整合[J].城鎮(zhèn)供水，2012（6）：53-56.

[4]吳瀟勇，樊敏敏.新建水廠并網(wǎng)對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)的影響及控制[J].給水排水，2011（10）：103-106.

[5]王培永，孫浙軍，俞靚斌.供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)在企業(yè)管理中的應(yīng)用[J].城鎮(zhèn)供水，2010（2）：45-47.

[6]李娜.縣域農(nóng)村生活污水管網(wǎng)系統(tǒng)長(zhǎng)效運(yùn)維信息化平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2016，39（2）：138-141.

[7]陳惠英，干佳躍.基于云服務(wù)的污水管網(wǎng)智能維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（10）：32-37.

[8]陳南玲.城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)[J].煤氣與熱力，2014，34（5）：41-42.

[9]余建朋，溫馨，肖誠(chéng)斌，等.一體化農(nóng)村生活污水處理技術(shù)應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程，2013（S1）：12-13.

[10]張瓊，鄭國(guó)輝，邱鴻榮.珠三角某市污水管網(wǎng)在線管理系統(tǒng)的構(gòu)建[J].中國(guó)給水排水，2013（16）：1-4.