基于GIS的智慧水務(wù)平臺軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫國慶

摘 要：文中介紹了基于GIS的智慧水務(wù)平臺軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法途徑。采用云GIS快速便捷地構(gòu)建水務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水務(wù)智能調(diào)度、智能管網(wǎng)監(jiān)測及城市供水信息服務(wù)，該成果對城市智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；云地理信息系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；智能管網(wǎng)；智能調(diào)度

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）06-0-03

0 引 言

水務(wù)行業(yè)是城市最重要的服務(wù)行業(yè)之一，咸陽市水務(wù)集團(tuán)于2001年建成的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)存在設(shè)備老化、監(jiān)測信息采集傳輸中斷等諸多問題，隨著供水范圍及供水量的不斷擴(kuò)大，管網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，為確保供水質(zhì)量及供水安全，建設(shè)智慧水務(wù)勢在必行。水務(wù)設(shè)備分布廣，地理位置分散，監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，實(shí)時性要求高，構(gòu)建基于GIS的智慧水務(wù)平臺是水務(wù)集團(tuán)管理運(yùn)營的必然選擇。

智慧水務(wù)軟件以GIS平臺為基礎(chǔ)，針對分布全市的管網(wǎng)系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、自來水廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)、污水廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)構(gòu)建統(tǒng)一的運(yùn)行管理平臺，實(shí)時采集、分析各種生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能的生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度與管理。

1 平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 平臺功能設(shè)計(jì)

咸陽智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)建立在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，借助GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)智能化、企業(yè)管理精細(xì)化和供水服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化，輔助企業(yè)決策者及相關(guān)人員采取相應(yīng)的措施，是咸陽水務(wù)集團(tuán)有限公司核心資產(chǎn)管理和企業(yè)信息化的戰(zhàn)略平臺，也是公眾涉水信息服務(wù)的窗口。

通過傳感器、有線或無線網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)水壓等在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時感知凈水制水過程、水質(zhì)水情、供水排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用基于GIS的可視化展示方式，有機(jī)整合咸陽水務(wù)集團(tuán)各管理部門職能與供水、污水設(shè)施，并將海量水務(wù)信息進(jìn)行及時分析處理以輔助管理決策，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，使其達(dá)到“智慧”狀態(tài)。

1.1.1 智能調(diào)度子系統(tǒng)

通過對各下屬生產(chǎn)運(yùn)行單位（凈配水廠、污水處理廠、增壓泵站及輸水管網(wǎng)等）的各類生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與分析，并對生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與統(tǒng)一決策調(diào)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行智能調(diào)度和安全可靠運(yùn)行，可有效降低產(chǎn)銷差，確保供水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，提高系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)能力和生產(chǎn)管理效率。

1.1.2 智慧管網(wǎng)管理子系統(tǒng)

在水務(wù)管網(wǎng)部署監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，結(jié)合咸陽智慧城市云GIS平臺，通過水力計(jì)算得出城市供水系統(tǒng)中任意位置管道內(nèi)部的壓力、流量、濁度、余氯等情況，分析不同事件如開停泵、開關(guān)閥、漏損、爆管、管網(wǎng)改造等對管網(wǎng)的影響，從而為管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、管網(wǎng)改造、日常運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)度、管網(wǎng)控漏、預(yù)案制定等方面提供依據(jù)。

1.1.3 水務(wù)數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)

水務(wù)數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)包括安全、運(yùn)營、調(diào)度、用戶、權(quán)限、生產(chǎn)過程、資源管理配套的一系列基礎(chǔ)信息。構(gòu)建管網(wǎng)地理信息庫，設(shè)備資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫，生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫等，歷史數(shù)據(jù)可長期存儲，作為生產(chǎn)決策的分析依據(jù)與咸陽智慧城市實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。

1.1.4 水務(wù)信息服務(wù)

搭建水務(wù)智慧應(yīng)用系統(tǒng)，用戶可在多種客戶端如瀏覽器、智能手機(jī)及傳統(tǒng)桌面系統(tǒng)等查詢?yōu)g覽水務(wù)信息，系統(tǒng)也可為用戶推送用水信息、停水公告等，為企業(yè)管理、用水用戶、設(shè)備廠家、供電局、市政及其它政府部門提供及時、全面的信息服務(wù)。

1.2 GIS云服務(wù)平臺

咸陽市作為國家首批智慧城市建設(shè)的試點(diǎn)城市，已經(jīng)建成地理信息公共服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)云GIS。云GIS通過互聯(lián)網(wǎng)以Web服務(wù)的形式提供空間數(shù)據(jù)存取與交換服務(wù)、空間信息查詢服務(wù)以及分析服務(wù)應(yīng)用接口服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)分布式跨平臺的空間數(shù)據(jù)集成，為用戶提供分布式協(xié)同信息處理和按需服務(wù)。該平臺以ArcGIS為基礎(chǔ)，為各種用戶瀏覽地理信息、搭建業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)提供了便捷的途徑，使地理信息服務(wù)可無縫嵌入到各部門、各行業(yè)的現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。因此咸陽水務(wù)集團(tuán)無需再建設(shè)GIS系統(tǒng)，只需進(jìn)行業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用即可。GIS平臺統(tǒng)一建設(shè)維護(hù)，地圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一更新，既縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，又大幅降低了建設(shè)及運(yùn)維成本。

ArcGIS是目前供水行業(yè)使用最多的GIS平臺之一。ArcGIS產(chǎn)品線為用戶提供一個可伸縮的、全面的GIS平臺，功能強(qiáng)大，技術(shù)先進(jìn)成熟，具有良好的延續(xù)性和可持續(xù)發(fā)展性。Web API作為Esri開發(fā)API的重要組成部分，其作為ArcGIS for Server的前端API，可以讓用戶在互聯(lián)網(wǎng)上調(diào)用ArcGIS for Server發(fā)布的服務(wù)，具有Web GIS功能，也可通過Internet實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的顯示與查詢。使用Esri的Web APIs可創(chuàng)建各種應(yīng)用，本項(xiàng)目主要采用ArcGIS API for Javascript、ArcGIS API for Flex等。

1.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.3.1 市政公網(wǎng)

水務(wù)集團(tuán)數(shù)據(jù)中心與咸陽智慧城市之間通過政務(wù)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。為保證互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的安全，采用VPN技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上建立加密的傳輸通路，通過加密的VPN隧道傳輸所有數(shù)據(jù)。同時為了更好的對VPN組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，在數(shù)據(jù)中心新建VPN管理平臺，對VPN設(shè)備和VPN隧道進(jìn)行監(jiān)控和管理。

水務(wù)集團(tuán)在使用智慧城市GIS平臺的同時，也將水務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送至智慧城市數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)布和共享，政府各職能部門根據(jù)權(quán)限可查詢、瀏覽水務(wù)信息。

1.3.2 GPRS專網(wǎng)

管網(wǎng)信息監(jiān)測點(diǎn)位置分布分散，多數(shù)不具備有線通訊的條件。智慧水務(wù)系統(tǒng)通過GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)采集管網(wǎng)壓力、水質(zhì)（濁度、余氯等）、主要供水管道流量等信息，為科學(xué)調(diào)度、適壓供水、管網(wǎng)壓力平衡提供依據(jù)與支持。水務(wù)數(shù)據(jù)中心開通至中國移動的2 M數(shù)據(jù)APN專線，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器也可作為GPRS服務(wù)器。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

1.4 平臺架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)將采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，總體架構(gòu)圖如圖2所示，主要包括數(shù)據(jù)采集層（感知層）、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層。

1.4.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層（感知層）是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架的基礎(chǔ)，也是實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的來源。主要以咸陽水務(wù)下屬各生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)及城市供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過平臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)與現(xiàn)場智能控制設(shè)備、智能測量儀表、在線分析儀表、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等軟硬件系統(tǒng)對廠級、站點(diǎn)級設(shè)備進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集。

1.4.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層采用4G網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，建立網(wǎng)絡(luò)層，將感知層的數(shù)據(jù)整理匯總，搭建數(shù)據(jù)倉庫、功能倉庫、工作流管理平臺，提供應(yīng)用業(yè)務(wù)搭建協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布與信息共享。

1.4.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層通過對各類數(shù)據(jù)的整理、加工和展示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)的廠站分布情況與各廠生產(chǎn)運(yùn)行工藝畫面的展示，實(shí)現(xiàn)對各廠實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)的超限告警；其次通過對生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，繪制日常運(yùn)行管理的各類圖表，方便管理人員進(jìn)行日常運(yùn)行情況的總結(jié)與分析；通過對日常運(yùn)行管理中涉及的化驗(yàn)管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、項(xiàng)目管理、辦公審核等功能進(jìn)行信息化管理，獲取更全面的運(yùn)營管理數(shù)據(jù)；最后通過生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的深入分析挖掘?qū)崿F(xiàn)指導(dǎo)生產(chǎn)，可提供各類異常預(yù)警、運(yùn)行工藝模擬、優(yōu)化調(diào)度分析、綜合運(yùn)營決策等，指導(dǎo)水務(wù)集團(tuán)公司綜合運(yùn)營決策的工藝分析、設(shè)備分析、成本分析、風(fēng)險分析等智能業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1.4.4 服務(wù)層

服務(wù)層基于水務(wù)用戶的共性需求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系列標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口，以及在此基礎(chǔ)上建立的門戶網(wǎng)站系統(tǒng)、移動App等，用戶可以訪問門戶網(wǎng)站獲得各類水務(wù)信息服務(wù)，查詢用水情況，同時系統(tǒng)也可向用戶推送停水公告，搶修信息等。

1.4.5 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)中心功能，設(shè)計(jì)空間屬性數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫、水務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、供水設(shè)施數(shù)據(jù)庫、政務(wù)信息資源庫等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2008 R2。數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)水廠及管網(wǎng)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換與管理，將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、空間地理地測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的備災(zāi)管理。通過建立數(shù)據(jù)倉庫、功能倉庫、工作流等，構(gòu)建完善的信息資源管理、整合、共享和開發(fā)利用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及運(yùn)行管理體系，構(gòu)建齊全的信息數(shù)據(jù)體系和技術(shù)支撐體系，解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成的難題。

2 結(jié) 語

本文提出了一種智慧水務(wù)平臺軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的思路和方法，借助云GIS平臺設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有成本低，開發(fā)周期短，用戶體驗(yàn)好等優(yōu)點(diǎn)，該平臺在咸陽水務(wù)集團(tuán)已成功投入運(yùn)行。該項(xiàng)目的成功實(shí)施經(jīng)驗(yàn)在同類項(xiàng)目的建設(shè)中具有推廣價值，同時也對其它智慧城市地理信息平臺的統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)具有一定的參考價值。

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