祁艷萍（福州城建設計研究院有限公司，福建　福州　350001）

基于供水管網監(jiān)測系統(tǒng)和GIS技術的供水管網系統(tǒng)管理方案研究

祁艷萍
（福州城建設計研究院有限公司，福建福州350001）

摘要：本文針對水業(yè)公司供水管網管理的現(xiàn)狀，提出利用GIS和供水管網監(jiān)測系統(tǒng)集成技術實現(xiàn)供水管網GIS的靜態(tài)數(shù)據(jù)和供水管網監(jiān)測系統(tǒng)的動態(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。

關鍵詞：供水管網GIS系統(tǒng)；供水管網監(jiān)測系統(tǒng)；供水管網調度管理

一、供水管網GIS系統(tǒng)與供水管網監(jiān)測系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

隨著城市建設的快速發(fā)展，供水管線數(shù)量急劇增加，形成一個縱橫交錯的巨大網絡，供水管網管理的難度越來越大。針對這一問題，大力推進管網信息化建設，建立起供水管網監(jiān)測系統(tǒng)和供水管網GIS系統(tǒng)成為各個水業(yè)公司的解決之道。這兩個系統(tǒng)都比較成熟，構建并非難事，但絕大多數(shù)水業(yè)公司只是作為單獨的軟件系統(tǒng)平臺使用，相互間數(shù)據(jù)不共享。只有充分發(fā)揮供水管網監(jiān)測系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)的作用優(yōu)勢互補，才能更好地為水業(yè)公司的管網管理提供幫助。隨著管網信息化建設的發(fā)展，如何將GIS靜態(tài)數(shù)據(jù)同供水管網監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)融合在一起，成為供水管網管理的趨勢。

針對維護現(xiàn)狀管網資料，GIS系統(tǒng)能將空間信息和屬性信息有機地聯(lián)系起來，對信息的管理十分方便。供水管網監(jiān)測系統(tǒng)能夠檢測管網中突發(fā)事件運行情況的實時數(shù)據(jù)，但無法對未來突發(fā)事件進行預測。

二、供水管網GIS系統(tǒng)與供水管網監(jiān)測系統(tǒng)概述

1供水管網GIS系統(tǒng)

供水管網GIS系統(tǒng)，是利用GIS技術手段，實現(xiàn)管網空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和拓撲關系一體化管理的計算機系統(tǒng)，它側重于對管網靜態(tài)信息進行查詢統(tǒng)計、空間分析等管理，能夠為管網系統(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，高效服務群眾，是城市供水行業(yè)現(xiàn)代化管理的關鍵。

2供水管網監(jiān)測系統(tǒng)

供水管網監(jiān)測系統(tǒng)的建設，水業(yè)公司各相關部門能夠及時掌握城區(qū)供水管網監(jiān)測點的運行工作狀態(tài)，能在最短的時間內發(fā)現(xiàn)管網壓力、流量突變情況，并迅速解決問題，提高工作效率；實施后可極大的提高供水保證率，實現(xiàn)城區(qū)供水管理的信息化和現(xiàn)代化，滿足日益增長的用水量需求。供水管網監(jiān)測系統(tǒng)可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，由水司調度中心、通信平臺、監(jiān)測終端、壓力變送器和流量儀表組成，在關鍵點、最不利點處設置測壓測流點，采集其流量、壓力、余氯等實時數(shù)據(jù)，另外在管網上還設置了自控調節(jié)閥，通過調節(jié)閥的開啟度使管網上的壓力分布均勻。

3供水管網GIS系統(tǒng)與供水管網監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系

供水管網監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。供水管網監(jiān)測系統(tǒng)只能監(jiān)測管網系統(tǒng)中正在發(fā)生的情況，無法預測未來將要發(fā)生情況，因此沒有分析和輔助決策功能。監(jiān)測站點只可能安裝在監(jiān)測網絡上一些關鍵地位置上，不可能安裝在網絡上的所有位置上。供水管網GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(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GIS系統(tǒng)具有強大的空間數(shù)據(jù)管理和顯示能力，可以利用GIS系統(tǒng)強大的分析功能，快速判定需關閉閥門和停水區(qū)域，為管網搶修提供支持，但它無法根據(jù)系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和輔助決策。

三、基于GIS和供水管網監(jiān)測系統(tǒng)集成技術的供水管網調度管理

1建立供水管網GIS系統(tǒng)

隨著GIS技術的日趨成熟、GIS平臺的日趨完善，供水企業(yè)建立一套供水管網系統(tǒng)已非難事，但是建設好一個供水管網GIS卻非易事?；A數(shù)據(jù)是GIS的靈魂，系統(tǒng)建設成敗的關鍵在于管網數(shù)據(jù)的真實性、可靠性和完整性。因此建設一套成功的供水管網GIS系統(tǒng)應最大限度地確保數(shù)據(jù)的準確與全面。

首先，應將用戶水表前管線及其相關設施全方位納入GIS系統(tǒng)；除把全部的管線、閥門、消防栓全面收集外，還應將獨立用戶水表全部收集到系統(tǒng)中。實踐證明，這樣的策略對后期系統(tǒng)的拓展有著積極重要的作用。如管網規(guī)模較小，可一次性完成，如管網規(guī)模龐大應進行分片實施，最終將管網資料并入系統(tǒng)中。

其次，應確保基礎資料數(shù)據(jù)的準確性和完整性；

（1）應聘請專業(yè)的管線探測單位對表前管進行全面普查，以便摸清管網的實際情況；

（2）組織臨時項目小組將探測結果與現(xiàn)存檔案資料進行比對驗證，現(xiàn)場抽樣核對，確保探測結果的準確性；

（3）為確保管網資料的完整性，組織相關管線部門普查全部水表、閥門、消防栓等附屬設施的屬性數(shù)據(jù)。

第三，組建協(xié)作管理團隊。供水管網GIS系統(tǒng)的管理工作不只是管網管理部門一個部門的事，使用該系統(tǒng)涉及到眾多部門，不同的部門在使用上各有側重點，因此應充分有效地利用各部門掌握的資源，因此形成一個跨部門的協(xié)作管理團隊勢在必行。

第四，嚴格的數(shù)據(jù)更新制度。嚴格的數(shù)據(jù)更新機制是保證GIS生命力的源泉，應制定一系列數(shù)據(jù)更新的制度，對涉及到的相關部門規(guī)定相應的職責，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)更新的及時性和準確性。

2建立供水管網監(jiān)測系統(tǒng)

管網監(jiān)測系統(tǒng)總體劃分成二個層次：最上層是福州市瑯岐海峽水業(yè)有限公司供水管網監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控中心，底層是市政管網壓力流量信息采集和水質在線監(jiān)測采集等信息采集站。系統(tǒng)主要由壓力流量信息采集站、壓力信息采集站、水質在線監(jiān)測站、計算機通信網絡系統(tǒng)、應用軟件系統(tǒng)等組成。

2.1供水管網監(jiān)測系統(tǒng)功能

（1）實現(xiàn)對供水管網水質信息的實時采集，并集中監(jiān)測報警。同時對實時數(shù)據(jù)進行最優(yōu)化的存儲、分析和管理；

（2）實現(xiàn)對供水管網的壓力、流量信息的實時接收及動態(tài)顯示，并對數(shù)據(jù)進行分析、存儲、預警與管理；

（3）實現(xiàn)對供水管網的壓力、流量、水質監(jiān)測點設備設施情況、維護情況規(guī)范化建檔管理；

（4）系統(tǒng)采用B/S結構。各職能工作人員通過IE瀏覽器，經用戶名和密碼認證后登錄相應級別管理系統(tǒng)，進行相關操作與管理。

2.2網絡總體結構

監(jiān)測站點采用CDMA/GPRS無線通信方式及高速工業(yè)以太網，將站點的各種信息數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心站。監(jiān)控中心站建立計算機局域網絡、數(shù)據(jù)接收/監(jiān)測系統(tǒng)，為水業(yè)公司供水管網監(jiān)測系統(tǒng)提供監(jiān)測站的流量、壓力、水質在線等實時信息的查詢、統(tǒng)計等業(yè)務。

2.3供水管網監(jiān)測系統(tǒng)配置

管網監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心管網監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務器及相關軟件、城區(qū)內各個管網流量壓力監(jiān)測站點以及中國電信的VPDN專網的無線通訊網絡組成。

現(xiàn)場監(jiān)測點中的采集器采集流量壓力值，定時通過VPDN傳輸至監(jiān)控中心服務器。內網監(jiān)控用戶通過訪問服務器安裝的B/S結構管網監(jiān)測軟件，實時查看管網流量壓力值。

（1）現(xiàn)場監(jiān)測點組成

①采集箱

通過在供水區(qū)域各個管網分區(qū)分界點、高低區(qū)域控制點上安裝壓力變送器、流量計等儀表，然后通過安裝簡單靈活的監(jiān)測站點采集裝置，采集壓力變送器及流量計的檢測值，并通過無線通訊遠傳至監(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

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

由于城區(qū)供水大部分采用環(huán)網供水，各監(jiān)測點的流量會出現(xiàn)反向流量，選擇流量計時考慮檢測反向流量功能的流量計。

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)測點設置

擬設置管網測壓測流點15個，并預留大用戶測壓測流點3個；設置管網測壓點10個。

（2）監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控中心組成

監(jiān)控中心配置數(shù)據(jù)庫服務器一套、路由器一套以及UPS電源一套。數(shù)據(jù)庫服務器站配置一臺高性能電腦，液晶顯示器，并安裝數(shù)據(jù)平臺軟件、數(shù)據(jù)采集軟件和管網監(jiān)測系統(tǒng)軟件，用于遠程監(jiān)測現(xiàn)場采集點數(shù)據(jù)信息采，集并點對上現(xiàn)傳場的信息進行處理、存儲、分析、發(fā)出相應的報警。

圖1　系統(tǒng)體系結構圖

管網監(jiān)測系統(tǒng)軟件采用BS結構設計，由實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)報表、數(shù)據(jù)圖表、系統(tǒng)設置等主要功能模塊組成。系統(tǒng)采用高效的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫，支持SQL，支持局域網、廣域網上瀏覽操作。系統(tǒng)留有網絡接口用以和辦公自動化系統(tǒng)和企業(yè)MIS系統(tǒng)連接，實現(xiàn)企業(yè)內部的數(shù)據(jù)共享。

2.3供水管網GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)集成

2.3.1集成的目的

通過供水管網GIS系統(tǒng)與管網監(jiān)測系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的優(yōu)勢互補。管網GIS系統(tǒng)向管網監(jiān)測系統(tǒng)提供圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的同時，管網監(jiān)測系統(tǒng)能向GIS系統(tǒng)提供管網運行的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)的有機結合，增強數(shù)據(jù)表達能力，為準確掌握管網運行狀況提供保障，大大減少數(shù)據(jù)傳輸和維護的工作量，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GIS系統(tǒng)與管網監(jiān)測系統(tǒng)相互獨立，確保兩個系統(tǒng)運行的安全、穩(wěn)定和高效；

（2）管網空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)均來源于GIS系統(tǒng)，實施數(shù)據(jù)均來自于管網監(jiān)測系統(tǒng)，要確保兩個系統(tǒng)的實時刷新速度相關。

2.3.3集成方式

在供水管網GIS中集成供水管網監(jiān)測系統(tǒng)的功能，供水管網GIS和供水管網監(jiān)測系統(tǒng)由各自的平臺支撐，他們之間通過建立數(shù)據(jù)庫連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。供水管網GIS系統(tǒng)與供水管網監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫相對獨立，它們之間通過數(shù)據(jù)表鏈接實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫關聯(lián)。管網GIS數(shù)據(jù)庫與供水管網監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間通過建立數(shù)據(jù)庫鏈接實現(xiàn)了邏輯上的一體化。首先在GIS數(shù)據(jù)庫中建立一個用于專門存放實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，并通過建立唯一索引使其與其他數(shù)據(jù)表相關聯(lián)；當供水管網監(jiān)測系統(tǒng)采集到實時數(shù)據(jù)，供水管網監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫將新的數(shù)據(jù)復制到GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中；最后，GIS系統(tǒng)對從供水管網監(jiān)測系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)進行分析管理，并加以顯示。圖1為供水管網GIS中集成供水管網監(jiān)測系統(tǒng)體系結構圖。

結語

基于供水管網監(jiān)測系統(tǒng)和GIS技術的供水管網系統(tǒng)實現(xiàn)供水管網GIS的靜態(tài)數(shù)據(jù)和供水管網監(jiān)測系統(tǒng)的動態(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，具有良好的應用前景。

參考文獻

[1]王勇．基于ArcGIS的供水管網地理信息系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]．長江大學，2012．

中圖分類號：TP315

文獻標識碼：A