基于GIS與SCADA技術的供水管網(wǎng)系統(tǒng)研究

楊惠晨 鄭上雄

【摘要】GIS是一種具有采集、存儲、管理、分析、顯示和應用空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，而SCADA的作用是具有遠程監(jiān)測、控制和采集并上傳數(shù)據(jù)到監(jiān)測中心，通過利用GIS和SCADA相結合的技術，可以增加數(shù)據(jù)的準確度并進行實時的可視化分析能力。

【關鍵詞】GIS；SCADA；供水管網(wǎng)系統(tǒng)；可視化分析

1、前言

城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市經濟和社會發(fā)展的必然產物，具有不可或缺的作用，是城市供水管網(wǎng)信息化建設的重要基礎且具有重要意義。在計算機技術、通信技術及自動化技術的支撐下，通過對供水管網(wǎng)運作過程的重要參數(shù)、靜態(tài)信息、設備運行狀態(tài)等進行實時、動態(tài)監(jiān)測及自動化控制，從而實現(xiàn)供水管網(wǎng)科學的信息化管理，通過將監(jiān)測點數(shù)據(jù)信息與其空間位置進行有效結合，在地形數(shù)據(jù)的基礎上，對供水管網(wǎng)監(jiān)測點進行監(jiān)控，結合數(shù)學模型、統(tǒng)計方法、空間分析等技術手段，實現(xiàn)供水管網(wǎng)系統(tǒng)的信息查詢檢索、供水爆管分析預警、對供水管網(wǎng)調度等各個環(huán)節(jié)進行合理配置，從而保障供水管網(wǎng)的科學、安全、經濟、可靠運作[1]。

2、GIS 技術在供水管網(wǎng)調度系統(tǒng)中的應用

GIS作為一門綜合學科，是集計算機科學、地理學、測繪科學、遙感等學科的一門新興學科，是將與空間地理位置、空間屬性及時間特征進行統(tǒng)一管理，通過一種新的方式進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行生產和分析。GIS在管理數(shù)據(jù)內容的同時，其理論和方法也有很多的特色，其相應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)、拓撲關系及拓撲結構進行有效管理，通過與其空間相關的空間分析、空間統(tǒng)計及三維建模、實現(xiàn)不同空間數(shù)據(jù)的錄入和輸出功能等等。

3、SCADA 技術在供水管網(wǎng)調度系統(tǒng)中的應用

SCADA具有對城市供水管網(wǎng)現(xiàn)場監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)監(jiān)測、收集和自動化管理的作用。通過建立城市供水系統(tǒng)能夠對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行收集并利用通訊技術進行傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，該系統(tǒng)能夠非常經濟有效的對大范圍內的區(qū)域進行監(jiān)控。我國從上個世紀80年代初開始將SCADA技術應用到供水行業(yè)并得到廣泛的應用。SCADA是由遠程終端、一級或多級站點及相應的通信設備等組成的。遠程終端是SCADA系統(tǒng)的核心部位，其承擔著監(jiān)控設備的數(shù)據(jù)讀取、顯示和監(jiān)測，并接受遠程控制的重要使命。遠程終端是通過對監(jiān)控設備進行實時的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)送，接受遠程命令最終達到遠程控制作用。

4、基于SCADA和GIS技術的供水管網(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，但是在當前實際供水管理當中，也僅僅只是作為一個單獨的軟件平臺進行應用，而沒有有效的對實時數(shù)據(jù)進行管理。又因為SCADA系統(tǒng)缺乏顯示空間數(shù)據(jù)能力，而GIS系統(tǒng)不但具有強大的空間顯示能力，又能很好的管理實時數(shù)據(jù)，故將GIS與SCADA進行有效集成可以達到實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化能力，從而實現(xiàn)GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)技術上的互補。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動態(tài)數(shù)據(jù)的有機結合，必會成為供水調度管理的趨勢，如何利用GIS和SCADA系統(tǒng)的集成技術實現(xiàn)對供水信息與調度監(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)進行集中的統(tǒng)一管理在關系數(shù)據(jù)庫中。地形數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基礎輔助數(shù)據(jù)，在沒有地形數(shù)據(jù)資料時，系統(tǒng)的相關應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)不經常變動。

②數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計。系統(tǒng)提供多種功能手段對圖形、屬性數(shù)據(jù)進行交互查詢檢索，在此同時又能對所選的元素的某一字段進行分類統(tǒng)計，可以統(tǒng)計出圖元總數(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行修改、添加和刪除等操作。在編輯數(shù)據(jù)的同時，應當確保有完備的設備關系規(guī)則庫系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性，同時支持版本管理和事務處理。

④反映管網(wǎng)的實時運作狀態(tài)。通過系統(tǒng)可以將SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行導入，能實時的顯示各個供水管線上的水壓、流速、流量及水質等信息。

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

⑥故障定位。當出現(xiàn)用戶停水的時候，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。當閥門關閉的時候，用戶接口模塊在地圖上的閥門控制線路顏色會由紅色轉為藍色，并立刻列出所有停水的用戶，管理人員可以根據(jù)相關通訊方式快速發(fā)送停水范圍及范圍內的用戶名稱。

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

⑨管網(wǎng)老化計算。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的工時。

結語：

基于GIS及SCADA技術的城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)較好的提高了供水系統(tǒng)中的信息質量，同時也加強了輔助決策，有效的實現(xiàn)了GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)技術上的互補，實現(xiàn)兩大系統(tǒng)的整合及統(tǒng)一管理，在提高實時監(jiān)測能力的同時也實現(xiàn)了可視化能力。縱觀整個系統(tǒng)，其能夠較好的提升企業(yè)的經濟利益，使城市供水管理更加科學化、現(xiàn)代化，同時也大大的提升了日常工作效率和管理水平，增強了供水管網(wǎng)運行的安全性、可靠性并具良好的應用前景。

參考文獻：

[1]徐友武，陳四海.供水企業(yè)信息化建設研究[J].電腦知識與技術，2008，14（6）：1504-1505.

[2]蔡振環(huán).自來水行業(yè)信息化建設的研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.