基于GIS與SCADA技術(shù)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)研究

文/楊惠晨、鄭上雄 惠州市惠陽供水有限公司 廣東惠州 516200

1、前言

城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，具有不可或缺的作用，是城市供水管網(wǎng)信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)且具有重要意義。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的支撐下，通過對供水管網(wǎng)運(yùn)作過程的重要參數(shù)、靜態(tài)信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化控制，從而實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)科學(xué)的信息化管理，通過將監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)信息與其空間位置進(jìn)行有效結(jié)合，在地形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對供水管網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)合數(shù)學(xué)模型、統(tǒng)計(jì)方法、空間分析等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)系統(tǒng)的信息查詢檢索、供水爆管分析預(yù)警、對供水管網(wǎng)調(diào)度等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理配置，從而保障供水管網(wǎng)的科學(xué)、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)作[1]。

2、GIS 技術(shù)在供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

GIS作為一門綜合學(xué)科，是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測繪科學(xué)、遙感等學(xué)科的一門新興學(xué)科，是將與空間地理位置、空間屬性及時(shí)間特征進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過一種新的方式進(jìn)行地理信息的組織和使用，以便更加有效的對新的地理信息進(jìn)行生產(chǎn)和分析。GIS在管理數(shù)據(jù)內(nèi)容的同時(shí)，其理論和方法也有很多的特色，其相應(yīng)的眾多新的功能是其傳統(tǒng)方法不能滿足的[2]。GIS可以通過對海量的空間數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行有效管理，通過與其空間相關(guān)的空間分析、空間統(tǒng)計(jì)及三維建模、實(shí)現(xiàn)不同空間數(shù)據(jù)的錄入和輸出功能等等。

3、SCADA 技術(shù)在供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

SCADA具有對城市供水管網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測、收集和自動(dòng)化管理的作用。通過建立城市供水系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并利用通訊技術(shù)進(jìn)行傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，該系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)有效的對大范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控。我國從上個(gè)世紀(jì)80年代初開始將SCADA技術(shù)應(yīng)用到供水行業(yè)并得到廣泛的應(yīng)用。SCADA是由遠(yuǎn)程終端、一級或多級站點(diǎn)及相應(yīng)的通信設(shè)備等組成的。遠(yuǎn)程終端是SCADA系統(tǒng)的核心部位，其承擔(dān)著監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取、顯示和監(jiān)測，并接受遠(yuǎn)程控制的重要使命。遠(yuǎn)程終端是通過對監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送，接受遠(yuǎn)程命令最終達(dá)到遠(yuǎn)程控制作用。

4、基于SCADA和GIS技術(shù)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)概述

目前我國的GIS軟件和SCADA軟件在供水行業(yè)都比較成熟，但是在當(dāng)前實(shí)際供水管理當(dāng)中，也僅僅只是作為一個(gè)單獨(dú)的軟件平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用，而沒有有效的對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。又因?yàn)镾CADA系統(tǒng)缺乏顯示空間數(shù)據(jù)能力，而GIS系統(tǒng)不但具有強(qiáng)大的空間顯示能力，又能很好的管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，故將GIS與SCADA進(jìn)行有效集成可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化能力，從而實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)技術(shù)上的互補(bǔ)。因此，隨著城市供水管網(wǎng)信息化的快速發(fā)展，將GIS的靜態(tài)數(shù)據(jù)與SCADA動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，必會(huì)成為供水調(diào)度管理的趨勢，如何利用GIS和SCADA系統(tǒng)的集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)對供水信息與調(diào)度監(jiān)控的有效管理,這將較好地提高供水部門的管理水平和工作效率。

4.2 系統(tǒng)組成

基于GIS與SCADA的供水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

①數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。將各類圖形數(shù)據(jù)和非圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的統(tǒng)一管理在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。地形數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)輔助數(shù)據(jù)，在沒有地形數(shù)據(jù)資料時(shí)，系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用功能仍然可以支持圖形數(shù)據(jù)，而通常情況下地形數(shù)據(jù)不經(jīng)常變動(dòng)。

②數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)提供多種功能手段對圖形、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行交互查詢檢索，在此同時(shí)又能對所選的元素的某一字段進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)出圖元總數(shù)、最大值、最小值、平均值等。并且能用各類統(tǒng)計(jì)圖形一一將其顯示。

③管網(wǎng)數(shù)據(jù)的編輯。系統(tǒng)具有完善的編輯工具，用戶可以根據(jù)自己的需求對供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的空間和屬性信息進(jìn)行修改、添加和刪除等操作。在編輯數(shù)據(jù)的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保有完備的設(shè)備關(guān)系規(guī)則庫系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，同時(shí)支持版本管理和事務(wù)處理。

④反映管網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)作狀態(tài)。通過系統(tǒng)可以將SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，能實(shí)時(shí)的顯示各個(gè)供水管線上的水壓、流速、流量及水質(zhì)等信息。

⑤方案模擬。在實(shí)施方案確定之前，可以通過在系統(tǒng)上進(jìn)行模擬操作，從SCADA中讀取相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行水流模擬分配，根據(jù)不同管徑大小規(guī)格對其進(jìn)行水流校對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水壓和流速超出管徑允許范圍時(shí)，便立即進(jìn)行報(bào)警，以避免爆管事件的發(fā)生。

⑥故障定位。當(dāng)出現(xiàn)用戶停水的時(shí)候,只要通過檢索用戶名字就能在系統(tǒng)中快速的定位到該用戶位置及其用水信息,同時(shí)又能列出該用戶閥門位置,為快速的找出故障位置及隔離故障創(chuàng)造良好條件。

⑦發(fā)布停水信息。當(dāng)閥門關(guān)閉的時(shí)候，用戶接口模塊在地圖上的閥門控制線路顏色會(huì)由紅色轉(zhuǎn)為藍(lán)色，并立刻列出所有停水的用戶，管理人員可以根據(jù)相關(guān)通訊方式快速發(fā)送停水范圍及范圍內(nèi)的用戶名稱。

⑧管網(wǎng)數(shù)據(jù)可靠性統(tǒng)計(jì)管理。系統(tǒng)中的泵站、閥門、管線都有明確的連接關(guān)系，故系統(tǒng)可根據(jù)其運(yùn)行方式中斷泵站、關(guān)閉閥門等以確定其停水范圍，能自動(dòng)的統(tǒng)計(jì)出所有的特殊用戶并列出清單。

⑨管網(wǎng)老化計(jì)算。根據(jù)管線的管材、填埋環(huán)境、年限及維修次數(shù)等因素作為參數(shù)，通過建立相應(yīng)的管網(wǎng)分析模型得出需要維修的管線的緊急等級和相應(yīng)的工時(shí)。

結(jié)語：

基于GIS及SCADA技術(shù)的城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)較好的提高了供水系統(tǒng)中的信息質(zhì)量，同時(shí)也加強(qiáng)了輔助決策，有效的實(shí)現(xiàn)了GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)技術(shù)上的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)兩大系統(tǒng)的整合及統(tǒng)一管理，在提高實(shí)時(shí)監(jiān)測能力的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了可視化能力?？v觀整個(gè)系統(tǒng)，其能夠較好的提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，使城市供水管理更加科學(xué)化、現(xiàn)代化，同時(shí)也大大的提升了日常工作效率和管理水平，增強(qiáng)了供水管網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性并具良好的應(yīng)用前景。