GIS在水務管理中的應用與探索

宋海軍

(天津水務集團有限公司，天津300042)

1 背景

20世紀90年代，數(shù)字化管道的概念被提出。隨著3S技術的推廣與集成應用，城市管網(wǎng)管理已從CAD時代過渡到GIS時代。如今，GIS技術在我國城市規(guī)劃、水電氣熱管理等多個領域得到了廣泛應用。天津水司與時俱進，大力開展信息化工作，瞄準國際先進、國內(nèi)領先水平，在管網(wǎng)普查的基礎上投資建設了供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)。該系統(tǒng)自2009年正式運行至今，基本替代了原有紙質圖檔資料的作用，同時具備爆管分析、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實施展示、運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能，為生產(chǎn)決策提供了有效的輔助支持。

為推動水務事業(yè)發(fā)展，著力打造城市水務統(tǒng)一運營平臺和責任主體，天津水務集團有限公司(以下簡稱水務集團)于2015年11月經(jīng)天津市委、市政府批準成立，由市自來水集團有限公司、水務投資集團有限公司以及相關的引灤入津、南水北調(diào)原水管理單位等優(yōu)勢國有資源整合而成，并于2016年1月注冊。水務集團業(yè)務布局為打造“一主三輔”業(yè)務格局，其中“一主”指供水板塊，包括原水輸配和城市供水業(yè)務，為集團核心業(yè)務板塊。隨著水務集團業(yè)務領域的拓展以及信息技術的更新與發(fā)展，對管網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、資源的整合等都提出了更高的標準。為滿足業(yè)務發(fā)展需求、不斷提升管理水平，真正實現(xiàn)原水、供水“一張網(wǎng)”管理，對GIS提出了新的管理和使用要求。

2 GIS的需求梳理

天津GIS在建設之初主要用于市政供水管網(wǎng)的運行管理，水務集團成立后對供水業(yè)務進行了深度擴展，對標原水管網(wǎng)一張網(wǎng)運營布局，GIS尚存在以下方面的需求。

2.1 原水工程方面

目前，原水輸送已基本形成引灤、引江雙水源保障格局。引灤入津工程、南水北調(diào)中線工程等原水供水工程已納入運行管理，供水范圍覆蓋中心城區(qū)、濱海新區(qū)、武清、寶坻各大水廠和海河沿岸各大電廠。原水工程中的明渠、暗渠、管線、水庫、泵站、水閘等相關設施的管理相對獨立，缺乏整體的智慧化管理軟件。為進一步提高原水運行管理水平，為全市用水調(diào)度建立水力模型提供基礎數(shù)據(jù)支持，需將原水工程資料納入GIS管理。

2.2 二次供水方面

天津市現(xiàn)有二次供水設施5 000余處，其中居民住宅二次供水設施近3 500處。目前，水務集團已接管居民住宅二次供水設施1 085處，主要負責對二次供水泵房、地埋管網(wǎng)的巡查、維護、搶修等工作。二次供水設施資料的存儲方式較為傳統(tǒng)，主要采用紙質資料和電子CAD竣工圖紙。隨著城市化進程的發(fā)展，二次供水用戶的比例不斷增大，后續(xù)接管的二次供水設施將進一步增多。為提升二次供水管理水平，響應水務發(fā)展一體化要求，亟需將二次供水資料納入GIS。

2.3 管網(wǎng)管理方面

2.3.1 缺乏統(tǒng)一GIS管理平臺

目前，GIS的應用區(qū)域主要包括中心城區(qū)、濱海新區(qū)塘沽區(qū)域和部分西青、津南、靜海范圍。隨著集團供水業(yè)務范圍的擴大，以及“三供一業(yè)”項目的移交接管，濱海新區(qū)大港油田地區(qū)與諸多開發(fā)區(qū)范圍內(nèi)的供水管網(wǎng)尚未納入GIS管理。GIS由各二級單位按照供水范圍管理使用，水務集團缺乏一個相對完整的GIS以統(tǒng)一管理各單位系統(tǒng)運行。

2.3.2 城市發(fā)展地形變化

GIS管網(wǎng)資料均為竣工驗收合格的管網(wǎng)，一些重大工程項目往往分為若干標段實施。但因為工程整體未完工，有些已通水運行的標段遲遲無法實施GIS上圖，給后期搶修維護工作等造成不便。城市發(fā)展日新月異，系統(tǒng)內(nèi)地形多發(fā)生改變，尤其是中心城區(qū)以外區(qū)域的地形變化較為突出，使GIS地形與實際有所不符。

2.3.3 管理輔助決策方面

區(qū)域供水公司只能查看各自供水范圍內(nèi)的管網(wǎng)信息，遇到工程涉及跨區(qū)域停水(降壓)時，無法第一時間查看、分析，影響工作效率。管網(wǎng)管理輔助功能有所欠缺，搶修、維護信息不完善。

2.4 數(shù)據(jù)管理方面

壓力、流量、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)等是管網(wǎng)運行管理過程中的重要信息，目前數(shù)據(jù)由各二級單位管理，尚無統(tǒng)籌管理部門。水務集團成立后，急需對各單位的壓力、流量、水質監(jiān)測情況等開展統(tǒng)一管理與實時監(jiān)管。

2.5 系統(tǒng)軟硬件需求

09版GIS選用ArcGIS9.3作為基礎平臺，經(jīng)過多年的發(fā)展，開發(fā)方法已有根本性改變。目前，該平臺已經(jīng)相對落后，行業(yè)最新科技成果無法在此平臺上實施。需對ArcGIS平臺進行升級，從而更好地為GIS提供服務。隨著硬件設備性能的提高和硬件成本的降低，64位操作系統(tǒng)已經(jīng)取代32位的WinXP系統(tǒng)，成為當前計算機的主流操作系統(tǒng)。09版GIS是基于后者開發(fā)，后期系統(tǒng)提升也將影響計算機性能。

3 GIS的提升與改進

3.1 原有GIS的升級

3.1.1 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

將原數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使用的ArcGIS平臺從9.3版本升級到10版本，在保留原有GIS功能的前提下進行系統(tǒng)優(yōu)化、功能改造，并按新業(yè)務需求調(diào)整數(shù)據(jù)庫結構，以適應管網(wǎng)管理發(fā)展的需要。

3.1.2 基于Wdb的發(fā)布管理子系統(tǒng)

將基于ADF框架的ArcGIS Server9.3發(fā)布平臺升級到基于Htm15的ArcGIS Server10發(fā)布平臺，有權限的人員可以隨時通過網(wǎng)頁查看當前的管網(wǎng)情況，并可對管網(wǎng)數(shù)據(jù)應用統(tǒng)計、查詢、分析等高級功能。

3.1.3 移動系統(tǒng)

增加移動系統(tǒng)對緩存數(shù)據(jù)格式的支持，減少外業(yè)使用的流量消耗，保證原有功能的正常使用。

3.2 GIS的功能擴展

3.2.1 建立水務集團GIS

將現(xiàn)有3家區(qū)域供水公司的GIS數(shù)據(jù)整合，統(tǒng)一保存到水務集團數(shù)據(jù)服務器中，實現(xiàn)自來水管網(wǎng)資料的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一應用，建設水務集團GIS，為全市GIS管理提供基礎支持，為使用GIS基礎數(shù)據(jù)的各個部門提供數(shù)據(jù)支持。將全市的供水管網(wǎng)壓力、流量、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)接入后，可通過集團GIS實時查看并統(tǒng)計、分析。

3.2.2 原水資料拓展

將原水數(shù)據(jù)納入GIS統(tǒng)一管理，對市區(qū)內(nèi)長度為60多公里的原水物探管線、引灤工程項目資料、南水北調(diào)工程項目資料，以及沿途各關鍵點位信息統(tǒng)一在GIS管理。以水閘為例，通過GIS屬性查詢，可調(diào)出該設施的全部屬性資料，見圖1。

圖1 原水GIS資料

3.2.3 二次供水資料拓展

建設二次供水設施圖層，將二次供水數(shù)據(jù)接入GIS管理?？赏ㄟ^GIS查看全市的二次供水情況，點擊可查看每處二次供水設施的具體情況，根據(jù)二次供水設施服務的小區(qū)用戶進行了區(qū)域輻射劃分?？赏ㄟ^GIS直接查看單個二次供水設施供水服務區(qū)域，如圖2所示。

圖2 二次供水設施分布

3.3 提升資料準確度

針對GIS地形圖不夠精確、范圍不夠廣泛、管網(wǎng)資料更新不夠及時等相關問題，逐一解決。

3.3.1 購置新地形圖

原有GIS地形圖僅涵蓋市內(nèi)六區(qū)和外環(huán)線周邊地區(qū)，通過采購全市區(qū)域內(nèi)地形圖，一方面新增了擴展業(yè)務地區(qū)地形，另一方面更新了原有地形區(qū)域地形。購置了全市域現(xiàn)勢遙感影像圖電子地圖切片數(shù)據(jù)以及全市域現(xiàn)勢1 ∶2000地形圖(其中中心城區(qū)為1 ∶500)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)坐標并定期進行地形圖數(shù)據(jù)更新，保證地形資料的現(xiàn)勢性、完整性和準確性，從而更好地滿足集團系統(tǒng)開發(fā)與應用的具體需求。

3.3.2 規(guī)范數(shù)據(jù)管理

出臺《天津水務集團有限公司GIS運行維護管理辦法》，明確各級單位的管理職責、資料數(shù)據(jù)錄入和協(xié)調(diào)同步周期。明確所有通水運行工程要在30個工作日內(nèi)完成數(shù)據(jù)資料的錄入工作，將部分已通水運行但未總體竣工驗收的項目的數(shù)據(jù)錄入臨時圖層，待正式驗收后調(diào)整至正式圖層。各營銷公司每個工作日編輯提交系統(tǒng)數(shù)據(jù)，各GIS運管單位每個工作日對數(shù)據(jù)進行協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)壓縮，解決上傳數(shù)據(jù)問題并將數(shù)據(jù)整合到GIS主信息庫。集團每個月同步處理整體GIS數(shù)據(jù)，確保資料更新及時、準確。

3.4 構建三級管理體系

形成水務集團三級GIS管理體系。水務集團GIS為一級管理平臺，負責全市管網(wǎng)資料的統(tǒng)籌管理；各區(qū)域供水公司GIS為二級管理平臺，負責各自管轄區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)資料的管理；各營銷分公司GIS為三級管理平臺，具體負責營銷范圍內(nèi)管網(wǎng)資料的上圖、維護和使用等工作。按照三級管理體系職能，合理匹配各級GIS管理人員操作權限。打破原有區(qū)域公司無法查看其他地區(qū)管網(wǎng)資料的尷尬格局，開放查閱權限。各區(qū)域公司均能查看全部供水管網(wǎng)GIS資料的權限，使爆管分析、停水分析等管網(wǎng)管理和分析工作更加科學、合理、高效。

4 結語

伴隨信息化水平的提升，GIS的應用使管網(wǎng)管理水平實現(xiàn)了質的飛躍。近年來智慧水務的概念越來越為國內(nèi)外供水企業(yè)所接受，智慧管網(wǎng)作為其中重要的組成部分，亦成為未來管網(wǎng)管理的發(fā)展方向。GIS作為智慧水務的底層應用平臺，具備強大的圖形、效果展示和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析功能，并可為其他業(yè)務管理系統(tǒng)提供平臺支持，必將成為智慧管網(wǎng)的重要組成部分。天津水司結合管理需求，不斷開發(fā)完善GIS功能，將供水運行中營業(yè)、計量、客服服務等諸多業(yè)務工作架構于 GIS 平臺之上，形成了綜合管理平臺。未來，天津水司將繼續(xù)開發(fā)和優(yōu)化GIS功能，使之能更好地實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外部各系統(tǒng)的有機銜接和數(shù)據(jù)共享，從而實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的自動歸集與深度分析，提升系統(tǒng)工作效率，進而更有效地支持和服務供水企業(yè)管理決策。