溫嶺供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)的集成與優(yōu)化

鄭 龍

（溫嶺市供水有限公司，浙江溫嶺 317500）

隨著城市發(fā)展速度的加快和城鄉(xiāng)供水一體化的推進(jìn)，溫嶺舊有與新建的供水管網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，其構(gòu)造與設(shè)施也越來越繁雜。供水管網(wǎng)是城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，供水管網(wǎng)的管理也是基礎(chǔ)建設(shè)管理工作中最重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的人工管理供水管網(wǎng)方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代供水企業(yè)科學(xué)、高效的管理需求，如何實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)信息化管理已成當(dāng)務(wù)之急。供水管網(wǎng)管理信息化是通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)整個(gè)供水管網(wǎng)運(yùn)行中的管網(wǎng)信息、設(shè)備運(yùn)行狀況及其它主要參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)度和自動(dòng)化控制，并以海量的地形圖和供水管網(wǎng)圖為基礎(chǔ)，直觀展示管網(wǎng)運(yùn)行狀況和監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)，利用統(tǒng)計(jì)、空間分析、預(yù)測(cè)等方式，優(yōu)化和合理配置供水管網(wǎng)運(yùn)行中的各個(gè)環(huán)節(jié)，即解決供水輸配調(diào)度、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)優(yōu)化、管網(wǎng)設(shè)備管理等難點(diǎn)問題[1,2]。

溫嶺供水現(xiàn)已陸續(xù)建立了供水管網(wǎng)GIS（地理信息系統(tǒng)）與供水SCADA（監(jiān)測(cè)調(diào)度）軟件系統(tǒng)平臺(tái)。這兩個(gè)軟件系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立且功能具有互補(bǔ)性，可以通過一體化設(shè)計(jì)將GIS靜態(tài)數(shù)據(jù)和SCADA動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以建立供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)信息和運(yùn)行數(shù)據(jù)的集成，從而全面提升供水綜合管理水平和工作效率，最大程度地適應(yīng)當(dāng)前供水量快速增長(zhǎng)和供水管理要求不斷提高的需求。

1 溫嶺供水GIS與SCADA系統(tǒng)概況

1.1 供水管網(wǎng)GIS

2004年溫嶺供水開展了供水管網(wǎng)普查工作，獲得了數(shù)字化管網(wǎng)圖形。以城鄉(xiāng)基礎(chǔ)電子地形圖和地下供水管線及屬性信息作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源構(gòu)建的供水管網(wǎng)GIS平臺(tái)投入運(yùn)行。供水管網(wǎng)GIS選擇MapInfo公司的MapX作為GIS基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，對(duì)供水區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)和設(shè)備、設(shè)施數(shù)據(jù)以圖形資料和臺(tái)帳資料的方式進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的綜合管理，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)各信息的快速采集、數(shù)據(jù)編輯、信息查詢、圖形瀏覽、信息統(tǒng)計(jì)、報(bào)表輸出及空間分析等功能，為管網(wǎng)事故搶修處理決策和供水工程更新、改造設(shè)計(jì)提供現(xiàn)勢(shì)性和高精度的地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)。特別是實(shí)現(xiàn)任意斷面生成、關(guān)閥方案計(jì)算、管線工程規(guī)劃和輔助設(shè)計(jì)等具有空間決策、分析及設(shè)計(jì)功能[3]。

1.2 供水SCADA系統(tǒng)

2013年溫嶺供水在原有的供水SCADA（監(jiān)測(cè)調(diào)度）系統(tǒng)中增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)并升級(jí)改造了通信方式。供水SCADA系統(tǒng)由遠(yuǎn)程管理終端（RTU）、數(shù)據(jù)采集儀表設(shè)備、GPRS通信系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)軟件組成。它解決對(duì)供水各環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的參考數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過對(duì)3個(gè)凈水廠、9個(gè)加壓泵站、15個(gè)流量計(jì)、50個(gè)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和10個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各水廠和整個(gè)供水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，包括水廠運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、管網(wǎng)壓力及流量等各種數(shù)據(jù)。水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)，能夠合理調(diào)控制水設(shè)備；在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠?qū)Τ鰪S或管網(wǎng)的余氯、濁度、PH值等水質(zhì)指標(biāo)變化狀況做出評(píng)估，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布水質(zhì)狀況；實(shí)時(shí)管網(wǎng)壓力和流量數(shù)據(jù)，能夠反映整個(gè)管網(wǎng)的壓力分布和區(qū)域用水情況，為生產(chǎn)調(diào)度和查漏工作提供輔助決策參考[4]。

2 供水管網(wǎng)GIS與SCADA系統(tǒng)融合的必要性

2.1 GIS與SCADA系統(tǒng)存在的不足

供水管網(wǎng)GIS和供水SCADA兩個(gè)系統(tǒng)是供水管網(wǎng)管理和運(yùn)行調(diào)度不可缺少的基礎(chǔ)平臺(tái)。SCADA系統(tǒng)缺乏呈現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的能力是其最大的不足之處，而GIS具有呈現(xiàn)復(fù)雜空間數(shù)據(jù)的能力，有效分析地理信息相關(guān)的空間位置、屬性信息的能力。由于現(xiàn)有兩個(gè)系統(tǒng)建于不同時(shí)期，其程序編寫規(guī)范和數(shù)據(jù)庫(kù)接口等技術(shù)不盡相同，而且彼此獨(dú)立使得數(shù)據(jù)不能進(jìn)行共享，導(dǎo)致信息傳遞途徑不暢。因此供水管網(wǎng)管理顯得繁瑣且松散，在需要查看管網(wǎng)分布地理信息及其它的靜態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)使用GIS系統(tǒng)，而當(dāng)需要查看供水工作參數(shù)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)只能使用SCADA系統(tǒng)。

2.2 GIS與SCADA系一體化設(shè)計(jì)的必要性

GIS和SCADA系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)了兩大系統(tǒng)的功能相互補(bǔ)充與數(shù)據(jù)相互交換，同時(shí)消除了信息壁壘，建立具有信息管理與調(diào)度監(jiān)控功能的供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)綜合平臺(tái)?；贕IS與SCADA技術(shù)的集成系統(tǒng)平臺(tái)，通過對(duì)各類數(shù)據(jù)的挖掘與分析，能夠?yàn)楣┧\(yùn)營(yíng)管理與決策提供更深層次的信息化應(yīng)用；通過統(tǒng)一集成系統(tǒng)平臺(tái)接口訪問平臺(tái)上空間的、歷史的和實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)供水信息的集成化管理；通過同時(shí)支持空間靜態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的相互結(jié)有機(jī)融合和高效處理，可以增加現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化能力；通過不同類數(shù)據(jù)之間統(tǒng)一管理和調(diào)用，可以減少數(shù)據(jù)傳輸及保證數(shù)據(jù)的可靠性。

3 GIS與SCADA技術(shù)集成的平臺(tái)建設(shè)

現(xiàn)代化的供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)就是將供水企業(yè)運(yùn)營(yíng)中相關(guān)的各種數(shù)據(jù)信息資源進(jìn)行效能整合與升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)供水設(shè)施與調(diào)度等信息的跨平臺(tái)共享，形成可統(tǒng)一指揮決策、實(shí)時(shí)反應(yīng)、協(xié)調(diào)運(yùn)作的信息平臺(tái)，用更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的控制方式管理供水系統(tǒng)的整個(gè)流程。

3.1 集成原則

基于“自上而下”的整體設(shè)計(jì)方法和“自下而上”的分布實(shí)施理念，通過在建設(shè)過程中貫徹“整體規(guī)劃，分布實(shí)施”的原則，按照系統(tǒng)工程的特點(diǎn)，使得供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)平臺(tái)能夠分期建成，分步完善。該系統(tǒng)遵循各種開放式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，將來可按照企業(yè)的需求對(duì)各類軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分批建設(shè)，逐步投入，以達(dá)到持續(xù)的擴(kuò)展和穩(wěn)定的升級(jí)，而保護(hù)原有的投入，亦能使系統(tǒng)具有良好的集成性和擴(kuò)充性。

3.2 集成方案

在GIS與SCADA技術(shù)基礎(chǔ)上集成的供水信息管理與調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，是一個(gè)分布式供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)平臺(tái)。分布式計(jì)算模型能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享和數(shù)據(jù)處理的分工合作能保障兩個(gè)系統(tǒng)的性能，而且能夠減少網(wǎng)絡(luò)傳輸量和降低開發(fā)代價(jià)。在GIS中集成SCADA系統(tǒng)的功能，管網(wǎng)GIS和SCADA系統(tǒng)由其各自的平臺(tái)進(jìn)行支撐，并保持系統(tǒng)各自原有的性能。GIS數(shù)據(jù)庫(kù)和SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在物理上相互獨(dú)立，之間依靠數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制和鏈接技術(shù)來建立互聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯上的一體化，以數(shù)據(jù)耦合的方式運(yùn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，優(yōu)化了集成系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)見圖1。

供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)平臺(tái)采用桌面應(yīng)用（C／S）、瀏覽器（B／S）及手持智能智能移動(dòng)終端（PAD）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)與室外、有線與無線數(shù)據(jù)交換相結(jié)合。系統(tǒng)的內(nèi)部功能進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，確保在系統(tǒng)各功能模塊開發(fā)完成后，完全可以依據(jù)生產(chǎn)管理的流程自行選擇不同的模塊或組件進(jìn)行組合，通過設(shè)置模塊的功能和模塊之間的關(guān)系滿足不同部門的管理需求，這樣有助于提高系統(tǒng)平臺(tái)的可靠性、先進(jìn)性、實(shí)用性和開放性。

圖1 供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖Fig．1 Structure of Information System in Water Supply Network

3.4 平臺(tái)實(shí)施計(jì)劃

供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)采取整體統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施的策略，系統(tǒng)建設(shè)水平的提高需要企業(yè)管理水平與之相適應(yīng)，也逐步促進(jìn)供水管理信息化水準(zhǔn)的提升。

（1）近期：進(jìn)行GIS與SCADA系統(tǒng)的集成，完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在GIS上的實(shí)時(shí)顯示與更新；實(shí)現(xiàn)與收費(fèi)系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)GIS平臺(tái)上的用戶定位、營(yíng)業(yè)數(shù)據(jù)顯示及分析等。

（2）中期：為工作現(xiàn)場(chǎng)提供手持智能移動(dòng)終端(PAD)；建立應(yīng)急指揮決策系統(tǒng)，為企業(yè)管理層提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、遠(yuǎn)程指揮功能。

（3）遠(yuǎn)期：增加管網(wǎng)壓力、流量及水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，建立管網(wǎng)水力模型系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

利用GIS靜態(tài)數(shù)據(jù)和SCADA動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集成的供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)將為溫嶺供水現(xiàn)代化管理夯實(shí)基礎(chǔ)，使供水各環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在關(guān)系更為明確，對(duì)提高供水安全、節(jié)能降耗、優(yōu)化管理等方面起到了舉足輕重的作用。同時(shí)，系統(tǒng)的建設(shè)也是一個(gè)長(zhǎng)期的、不斷充實(shí)和完善的過程，在信息共享和系統(tǒng)集成的指導(dǎo)思想下，供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)能夠方便地接入或嵌入其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)，成為一個(gè)綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和管理、合理共享和深層挖掘，為供水管理工作提供強(qiáng)大工具和可靠依據(jù)。

［1］ 季偉．供水管網(wǎng)信息化建設(shè)及其技術(shù)難點(diǎn)探討[J]．凈水技術(shù),2011,30(5)：85-89．

［2］ 陶建科,胡永清．基于GIS和SCADA技術(shù)的供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)[J]．供水技術(shù),2008，2(2)：29-32．

［3］ 楊弦,顧麗華,樊敏敏,等．基于GIS信息的供水管網(wǎng)更新改造探討[J]．凈水技術(shù),2014,33(s1)：161-163,201．

［4］ 王偉華．城市供水多系統(tǒng)集成SCADA調(diào)度信息平臺(tái)[J]．凈水技術(shù),2012,31(5)：85-89．