翟梓瑋

[摘 要]隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，供水管網(wǎng)設(shè)施管理日趨復(fù)雜，圖形、文字資料越來越多，供水問題日益突出，如何將GIS技術(shù)應(yīng)用到供水行業(yè)中，提高供水效率、降低成本需要認(rèn)真思考。本文通過對(duì)GIS技術(shù)發(fā)展的概述，闡述GIS技術(shù)在我國(guó)城市供水行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]城市供水 GIS 信息化

中圖分類號(hào)：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）12-0258-01

1 概述

地下管網(wǎng)是城市的“生命線”。近年來，隨著城市快速發(fā)展，一些地方由于地下管網(wǎng)管理水平和技術(shù)手段相對(duì)滯后，導(dǎo)致供水、排水、燃?xì)?、熱力管線泄漏等安全事故時(shí)有發(fā)生，直接影響人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和城市運(yùn)行安全。2014年7月～9月，濟(jì)南二環(huán)西路修路，給水管道兩個(gè)月內(nèi)被挖爆三次，一次次停水給周圍市民帶來很大不便；2014年9月，廣州自來水公司處理了48宗因人為破壞的爆管事故。同年，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》（國(guó)辦發(fā)〔2014〕27號(hào)），強(qiáng)調(diào)開展城市地下管線普查，建立地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，滿足城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和應(yīng)急等工作需要，保障城市運(yùn)行安全。

地下管線管理是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，而目前我國(guó)的地下管線管理信息化水平參差不齊，存在各種不同問題，利用信息化技術(shù)提升管理水平，實(shí)現(xiàn)真正的分析決策，建立共享服務(wù)，具有重大意義。

2 GIS技術(shù)發(fā)展概況

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）可以被簡(jiǎn)單定義為獲取、存儲(chǔ)、檢查、操作、分析和顯示地球空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由硬件、軟件、人員和數(shù)據(jù)等部分組成，所以從本質(zhì)來說，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展的確制約著GIS的發(fā)展，GIS始終是跟隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的腳步而發(fā)展的。目前GIS在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛，不僅應(yīng)用在傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、土地利用、測(cè)繪、環(huán)境保護(hù)、減災(zāi)防災(zāi)，而且成為礦產(chǎn)資源調(diào)查、海洋資源調(diào)查與管理等各方面的重要工具。

GIS應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，雖然歷史較短，但發(fā)展迅猛。我國(guó)GIS的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段主要經(jīng)歷了提出倡議、組建隊(duì)伍、培訓(xùn)人才、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究等階段。第二階段完成了技術(shù)引進(jìn)、數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開發(fā)等環(huán)節(jié)，對(duì)GIS進(jìn)行了理論探索和區(qū)域性的實(shí)驗(yàn)研究。第三個(gè)階段進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段，逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室。目前，GIS正向著數(shù)據(jù)多維化、系統(tǒng)集成化、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化和應(yīng)用社會(huì)化的方向發(fā)展，包括InteroperableGIS（互操作地理信息系統(tǒng)）、WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）、ComGIS（面向?qū)ο蠛蜆?gòu)件的地理信息系統(tǒng)）、EnbedGIS（嵌入式地理信息系統(tǒng)）和3DGIS（三維地理信息系統(tǒng)）。

3 GIS在供水行業(yè)中的功能

我國(guó)城市供水管網(wǎng)大部分采用直埋方式，由于歷史原因，很多工程并沒有竣工圖留存下來，而且數(shù)據(jù)仍停留在紙質(zhì)圖紙的階段，各種數(shù)據(jù)極其分散，沒有統(tǒng)一的管理人員。管網(wǎng)巡檢全靠老員工的“活地圖”，具體位置靠推測(cè)，管道瀕臨破損邊緣卻無(wú)人知曉，第三方施工破壞供水管線的情況屢見不鮮。許多城市甚至找不出一個(gè)部門可以拿出城市綜合地下管網(wǎng)圖，普查后的數(shù)據(jù)得不到及時(shí)的更新，應(yīng)用驅(qū)動(dòng)力不足，系統(tǒng)基本被擱置，過幾年再重復(fù)進(jìn)行新的管網(wǎng)普查、建庫(kù)，長(zhǎng)此以往，城市綜合地下管網(wǎng)仍是亂象叢生。

GIS系統(tǒng)最重要的組成部分是GIS數(shù)據(jù)，保證GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性是關(guān)鍵。GIS系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)主要分為兩大類，一類是管網(wǎng)設(shè)備的地理信息，另一類是管網(wǎng)設(shè)備的屬性信息。管網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理流程如圖1所示。

對(duì)供水行業(yè)來說，GIS的功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：

*管網(wǎng)的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析。除了可以查看地下管線的空間分布情況外，還可以根據(jù)需要按自定義條件查詢管網(wǎng)信息，并且查詢結(jié)果可儲(chǔ)存為統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

*管網(wǎng)編輯、自動(dòng)捕捉。通過編輯工具欄，可以對(duì)管線和閥門、水表等進(jìn)行任何形式的增加、刪除、修改等編輯工作；自動(dòng)捕捉功能則可以非常高效及準(zhǔn)確地完成編輯。

*電子地圖維護(hù)管理。通過與CAD互相轉(zhuǎn)換，可以將GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)出CAD進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，還可以將CAD竣工圖導(dǎo)入到GIS系統(tǒng)中，節(jié)省錄入時(shí)間，提高錄入準(zhǔn)確度。

*管網(wǎng)基礎(chǔ)資料維護(hù)管理。對(duì)供水管網(wǎng)的拓展延伸、廢棄、維修保養(yǎng)等信息，通過查詢、輸入、合并、編輯等操作加入到已建立的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)中，對(duì)其他資料進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

*爆管分析。出現(xiàn)爆管事故后可及時(shí)查詢優(yōu)先關(guān)閥方案和候選關(guān)閥方案，提供準(zhǔn)確的停水信息，將爆管對(duì)居民生活的影響降至最低。

*閥門狀態(tài)管理。閥門的開關(guān)狀態(tài)影響到供水管道的水流走向以及分區(qū)計(jì)量的準(zhǔn)確性，用戶根據(jù)閥門實(shí)際狀態(tài)調(diào)整系統(tǒng)中閥門的狀態(tài)記錄，每次操作都會(huì)有日志記錄，防止出現(xiàn)誤操作。

*優(yōu)化調(diào)度。對(duì)整個(gè)城市的輸配水系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，可以與SCADA系統(tǒng)和供水管網(wǎng)水力模型相結(jié)合，合理地調(diào)度泵站的流量與壓力，分配不同區(qū)域的供水量等。

*供水管網(wǎng)水力模型。在整個(gè)供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)完善的前提下，通過水力模型可以計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的水壓、水管的流速、水流的阻力等參數(shù)，確定最優(yōu)的泵站加壓方案，讓調(diào)度人員實(shí)時(shí)了解各區(qū)域的供水情況，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度。

4 展望

供水GIS系統(tǒng)可以顯著提高水司的工作效率，產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。GIS應(yīng)用于供水行業(yè)所產(chǎn)生的功效遠(yuǎn)不止于此，就GIS本身而言，對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理只是最基本的功能，GIS的空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析還可用于管道施工、管網(wǎng)維修預(yù)案和管網(wǎng)事故搶修決策等方面，從中選擇最優(yōu)方案，避免管理和決策的失誤。比如在管網(wǎng)建設(shè)施工中，利用GIS的Buffer（緩沖區(qū)）模型，對(duì)將要敷設(shè)的管道進(jìn)行緩沖區(qū)分析，并將計(jì)算出的緩沖區(qū)與數(shù)字高程模型選加，計(jì)算其工程土方量?；蛘咴诠芫W(wǎng)事故緊急搶修時(shí)，采用GIS與GPS相結(jié)合，一方面通過GPS準(zhǔn)確獲取搶修車的地理位置，通過最短路徑分析出最優(yōu)行車路線，另一方面利用關(guān)閥分析，快速分析事故的影響程度和范圍，以便調(diào)度管網(wǎng)有關(guān)設(shè)施，確保供水服務(wù)質(zhì)量。

因此，GIS在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用不能僅僅作為一個(gè)圖形庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，還應(yīng)該利用GIS分析、模擬與預(yù)測(cè)，與專業(yè)理論方法相結(jié)合，進(jìn)行深度開發(fā)，為管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、各種運(yùn)行狀態(tài)下的優(yōu)化調(diào)度以及事故搶修等提供決策支持，爭(zhēng)取從“數(shù)字水務(wù)”進(jìn)化為真正的“智慧水務(wù)”。

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