供水管網(wǎng)地理系統(tǒng)在城市中的應(yīng)用

姚春霞

摘要：隨著城市建設(shè)速度的不斷加快，供水管網(wǎng)的壓力也越來越大，傳統(tǒng)的人工手段已經(jīng)無法適應(yīng)龐大的供水需求，因此，通過地理信息系統(tǒng)等科技手段，建立完善的城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)成為當今社會的必要途徑。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；供水需求；計算機；地理信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP313文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)18-4549-02

Geographical System of Water Supply Network in the City

YAO Chun-xia

(Repair Center of Hefei Water Supply Group Co., Ltd., Hefei 230001,China)

Abstract：With the accelerating pace of city construction, Water supply networks is feeling more and more pressure. The traditional manu al method has been unable to adapt to the huge demand for water supply. Therefore, establishing and improving the city water supply sys tem, which used the geographic information system technology, is a necessary way in todays society.

Key words：water supply network; water demand;computer; geographic information system

當今社會，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)大量融入人們的生活、工作以及企業(yè)、政府的信息化建設(shè)中。地理信息系統(tǒng)作為計算機技術(shù)的其中一種，在城市建設(shè)、地理勘探、供電供水等各方面都起著不可或缺的作用。

地理信息系統(tǒng)（GIS）是利用計算機的輸出、輸入、查詢，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)對地理信息進行分析的一門綜合性技術(shù)，以地理空間數(shù)據(jù)位基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)建立、空間操作與模型分析，為企業(yè)管理、城市規(guī)劃等提供有效的信息。從上世紀70年代起，國際上開始把這門技術(shù)應(yīng)用于城市建設(shè)。而隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，從上世紀90年代開始應(yīng)用于中國的城市建設(shè)。

城市供水管網(wǎng)對于一個城市的日常生活、生產(chǎn)和各項設(shè)施來說，起著至關(guān)重要的作用，一旦發(fā)生中斷或者混亂，將造成無法估計的影響和損失。目前，國內(nèi)很多城市的供水公司都采用地理信息系統(tǒng)（GIS）建立了供水管網(wǎng)專用的信息管理系統(tǒng)，GIS已經(jīng)成為供水行業(yè)必不可少的管理工具。

該文通過安徽某城市所使用的供水管網(wǎng)系統(tǒng)，詳細介紹了供水管網(wǎng)地理系統(tǒng)在城市中的應(yīng)用。

1系統(tǒng)概述

安徽某城市的供水管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)非常龐大、復雜，其中包涵了1:500地形圖共約2200張，1:2000管網(wǎng)圖大約150余張，直徑100毫米以上供水管網(wǎng)約2800公里，覆蓋面積約370平方公里，各項配套設(shè)施近4000個，以及所對應(yīng)的位置詳圖，供應(yīng)人口約350萬。

為滿足以上需求，該城市供水公司對供水管網(wǎng)綜合管理GIS系統(tǒng)進行了開發(fā)與設(shè)計,對所轄區(qū)域內(nèi)的供水管網(wǎng)和各項配套設(shè)施進行了圖形數(shù)據(jù)和所有信息的錄入工作,在數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成的指導思想下,在原始GIS的基礎(chǔ)上，開發(fā)出GIS多個子系統(tǒng),提供了空間分析、設(shè)施管理、客戶服務(wù)等多項功能,其應(yīng)用包括建設(shè)、運維、管理客服等諸多部門,形成了一套適合供水公司的供水管網(wǎng)地理信息應(yīng)用系統(tǒng)。

目前,國內(nèi)使用的地理信息系統(tǒng)大致有ARC/INFO、GENAMAP、SPACE-MEN等。這些國外軟件都是一些通用性非常強的系統(tǒng)。就他們所能處理的范疇，遠超出供水行業(yè)的專業(yè)要求,但是在專業(yè)程度上,不可以直接使用,必須深入的進行研究以及二次開發(fā)工作。

建立GIS系統(tǒng)，需要一套完整準確的原始數(shù)據(jù)，包括兩個方面：屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)。為便于綜合處理，必須在各項數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，同時，要盡可能的減少數(shù)據(jù)信息冗余，這就需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行充分的分析，這是GIS系統(tǒng)最終能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

2系統(tǒng)功能分析

建立供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，主要工作是系統(tǒng)軟件開發(fā)和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)的收集整理，其中，基礎(chǔ)信息的收集整理是供水公司的核心工作。

供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)是以供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)為核心,集成了管網(wǎng)實時采集和監(jiān)測系統(tǒng) (SCADA)、自來水營業(yè)抄表計算機管理系統(tǒng)等信息化技術(shù)和現(xiàn)代化管理手段的一個整合平臺。該系統(tǒng)的主要功能有如下幾點:

1）電子圖冊運維管理：可以講數(shù)字化儀、野外全站儀和掃描儀等設(shè)備所采集的圖像輸入進圖形數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持編輯數(shù)據(jù)庫中的圖像數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，支持其它數(shù)據(jù)格式的GIS系統(tǒng)文件的輸入、輸出，支持GIF、PS等多種格式的圖像輸出，并且支持多圖層管理,可以將任意文件設(shè)置為所需要的背景底圖。

2）管網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲和管理:建立在大型數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，如SQLserver、Oracle等,各子系統(tǒng)之間能夠統(tǒng)一操作管理界面和分層管理，并能夠共享數(shù)據(jù)庫，可以直接讀取遠程監(jiān)控設(shè)備自動采集的數(shù)據(jù)，也可以通過手動輸入、刪除、編輯、查詢等手段記錄供水管網(wǎng)的各項屬性及其變化,提供基于地理位置的查詢，能夠精確統(tǒng)計和分析用戶所指定的類別、屬性和范圍等數(shù)據(jù)。

3）管網(wǎng)運行情況實時分析:根據(jù)GIS系統(tǒng)生成的水力模型，模擬出管網(wǎng)的工作狀況，進而對對供水管網(wǎng)的諸多元素進行實時分析。

4）管網(wǎng)設(shè)計和優(yōu)化:GIS系統(tǒng)嵌入了各類工學設(shè)計工具，再結(jié)合水力模型，使得設(shè)計人員可以在管網(wǎng)圖等圖形數(shù)據(jù)上進行諸多復雜的設(shè)計和編輯工作，如規(guī)劃水源、評測區(qū)域供水能力、確定管徑、計算運行費用、投入費用、后期維護費用以及效益等，同時可以優(yōu)化測壓點、測流點、水質(zhì)監(jiān)測點的布置等。

5）管網(wǎng)安全分析:根據(jù)GIS系統(tǒng)建立的水力模型，結(jié)合管網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備，可以對一下情況進行綜合安全分析，如：管網(wǎng)中存在的異常波動進行壓力，可能生成的水錘，可能的漏水點以及隱性的爆管點，發(fā)現(xiàn)后回自動發(fā)出告警。通過調(diào)節(jié)水泵、閥門等操作，以及GIS系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型，可以控制管網(wǎng)中的最大壓力，評估管道爆管的危險等級，從而提高供水管網(wǎng)的安全性。

3系統(tǒng)開發(fā)

3.1綜合開發(fā)

3.1.1地形圖信息的處理

以城市1:500電子地圖作為地形背景圖，在圖中要求各元素可以單獨顯示、完整顯示，各元素包括建筑、河流、道路以及各項供水設(shè)施，背景圖信息完全顯示。背景圖比例不同(1：500或1：2000)時，其顯示的地理密度不能相同。在對電子版CAD背景圖修正完成后，需轉(zhuǎn)換成GIS系統(tǒng)標準格式，并提取地名、河流、道路、建筑等圖層，能夠制成單獨的文件，在地圖庫中以層類區(qū)分。地形圖信息是所有城市規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)及日常管理的基礎(chǔ)，因此必須對地理信息尤其是地形圖進行錄入和編輯。

3.1.2處理供水管網(wǎng)圖

供水管網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)的組織、屬性數(shù)據(jù)的組織以及數(shù)據(jù)庫體系的確立，這三項是處理管網(wǎng)圖的關(guān)鍵所在。為方便供水管網(wǎng)的管理，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)采用分層方式，不同的數(shù)據(jù)層由不同直徑的管線、閥門構(gòu)成，通過不同的顏色和圖標加以區(qū)分，從而建立起完善的拓撲關(guān)系。其優(yōu)點在于不需要對管徑、閘徑進行過多注釋,只需通過顏色、圖標的不同便能夠識別管線、閥門的布局。

創(chuàng)建供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的過程中，由于使用1：2000管網(wǎng)圖的精度偏低，會導致閥門位置發(fā)生部分偏差，鑒于城市在未來會不斷擴展、建設(shè)，此過程中道路、街區(qū)的改造極可能引起閥門占壓等故障，屆時如果無法精確定位關(guān)閥操作和閥門檢修,必然會增大事故影響程度,將會使施工和檢修的不便。因此確保建立準確與完備的管網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)庫是重中之重。

3.1.3系統(tǒng)集成

在完成系統(tǒng)的初步開發(fā)的工作后，必須進行系統(tǒng)集成和各項基本功能調(diào)試，測試系統(tǒng)各項功能是否完善、兼容，從各部分組成、功能，到街區(qū)背景圖的比對，充分利用GIS系統(tǒng)本身的功能。對城市郊區(qū)外圍目前尚未建立電子地圖的地區(qū)，采取人工錄入的方式建立街區(qū)背景圖。經(jīng)過反復測試糾錯，最終妥善解決系統(tǒng)集成后所暴露的問題。

3.2系統(tǒng)主要功能設(shè)計

3.2.1制定設(shè)備卡片

從方便識別的角度出發(fā)，GIS系統(tǒng)提供了各項設(shè)備的詳細資料，比如閥門、消防栓、水表等，但實際操作的過程中，發(fā)現(xiàn)在認知上容易出現(xiàn)混亂，針對此項問題，系統(tǒng)特別制定了各項設(shè)備的專用卡片，卡片中的信息包括有：設(shè)備與四周道路、建筑的詳細情況、設(shè)備的定位、各項性能屬性等，同時，將卡片關(guān)聯(lián)到所屬的設(shè)備，只需查詢設(shè)備即可顯示其設(shè)備卡片，同樣，查詢卡片名稱也可定位到該設(shè)備。而且，該系統(tǒng)系統(tǒng)提供了設(shè)備卡片模板，在進行錄入卡片工作時，可以方便、快捷的將數(shù)千張設(shè)備卡片完成錄入。

3.2.2圖表輸出功能

鑒于用戶在運維工作中經(jīng)常會需要將各類報表統(tǒng)計上報，該系統(tǒng)從用戶管理的角度出發(fā)，提供了各類圖表模版，可以通過打印機等設(shè)備將查詢搜索的結(jié)果打印出來，方便快捷。在進行事故影響分析以及確定管線、設(shè)施檢修方案時，大多時候會需要提供相關(guān)閥門的位置圖，對此，該系統(tǒng)特別設(shè)計了閥門卡片，卡片的信息包括有：閥門與四周道路、建筑的詳細情況，并結(jié)合實際測量距離定位閥門的位置，與閥門各項屬性一起輸出，內(nèi)容豐富詳盡。此外，根據(jù)用戶的需求可以輸出比例為1：2000和1：500兩種標準圖紙，同時考慮到字體大小的限定對于不同比例的圖紙是不盡相同的，因此分別設(shè)計了兩種高度不同的字體文件，以適應(yīng)不同比例的圖紙。

4結(jié)束語

GIS技術(shù)作為一種計算機地理技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用與交通、測繪、制造及能源等各行各業(yè)，并衍生出適合各行業(yè)使用的GIS軟件系統(tǒng)，這些GIS系統(tǒng)的功能主要用于采集信息、運維以及統(tǒng)計分析，但是在解決一些比較專業(yè)的問題方面仍然略顯不足，特別是在高層次的應(yīng)用模型上作用很小。通過構(gòu)建供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)進行供水管網(wǎng)管理，既能夠使得用戶受益、職工受益、企業(yè)受益，同時對于城市的可持續(xù)發(fā)展也起到了重要的作用。供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)作為城市地理信息系統(tǒng)的重要組成部分之一，系統(tǒng)框架規(guī)范、開放、嚴整，為接入城市地理信息系統(tǒng)提供了便捷可靠的接口。

該城市供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)實現(xiàn)了如下目標：

1）完整地涵蓋了供水相關(guān)的全部基礎(chǔ)信息，圖形數(shù)據(jù)庫非常龐大并且擴展方便，對圖形的管理能力極強，同時具備強大的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的處理能力，基礎(chǔ)信息完整精確、更新方便，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫各環(huán)節(jié)均安全可靠；

2）該系統(tǒng)實現(xiàn)了供水管網(wǎng)信息動態(tài)GIS管理，可以便捷的對全市供水管網(wǎng)進行檢索、編輯、統(tǒng)計和輸出等操作，此外，連續(xù)的水質(zhì)模擬和管網(wǎng)水力平差分析統(tǒng)計，也是該系統(tǒng)的亮點之一；

3）性格比非常高，開發(fā)難度較小，后期技術(shù)支持穩(wěn)定可靠，綜合各方面，此系統(tǒng)在國內(nèi)是比較先進和成熟的，提高了企業(yè)的形象和影響。

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市的建設(shè)速度也越來越快，城市供水系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)也越來越大。隨著城市供水設(shè)施的不斷完善，如何做好供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)將十分重要。通過對城市供水系統(tǒng)的合理運用，使其為城市建設(shè)、發(fā)展、規(guī)劃起到關(guān)鍵作用。

參考文獻：

[1]彭明軍,李宗華,楊存吉.WebGIS實現(xiàn)技術(shù)及發(fā)展研究[J].測繪信息與工程,2001(1):41-44.

[2]郭杰華.基于Internet的地理信息系統(tǒng)的研究和開發(fā)[J].圖形圖像學報,1999(1):32-35.

[3]魏祖寬,金洪然,趙永興,等.利用ActiveX技術(shù)的Web-enabled C/S地理信息系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機工程與應(yīng)用,1999,35(4):63-66.

[4]呂紅霞,倪紹祥,蔣建軍,等.基于組件式GIS的城市土地定級信息系統(tǒng)研究[J].南京師范大學學報:自然科學版,2002, 25(2):23-25.

[5]宋小冬,葉嘉安.地理信息系統(tǒng)及其在城市規(guī)劃與管理中的應(yīng)用[M].北京:科學出版社,1995.