萧山供水管网信息系统建设与应用

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1 引言 GIS（Geographical Information System，地理信息系统），是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间对象的属性和空间信息数据进行采集、管理、操作、存储、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和决策服务提供支持。是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息科学为一体的新兴学科。由于GIS技术具有空间数据管理、数据可视化、分析模拟、可与其他系统集成的特点，目前在城市供水方面的应用得到了迅速发展和应用。 杭州萧山自来水公司供水范围现已覆盖整个萧山区境内，供水面积达1000平方公里，DN300以上管线长度有1000公里左右，日供水能力已达到75万吨，供水规模名列浙江省前茅。但是供水管网错综复杂，附属设施种类繁多，传统纸质管网资料管理手段相对落后，给管网日常维护管理、供水服务、扩建改造、规划设计和事故抢修带来了很大困难，与快速发展的萧山供水事业日益矛盾。为解决这一问题，萧山自来水公司采取了一系列措施，一方面加大管网和一户一表改造力度，另一方面通过考察调研，决定采用GIS为平台的供水管网信息系统，更新和提高管网科学管理和决策水平，从而满足萧山供水事业乃至萧山经济的发展要求。 2 需求分析与平台选择 萧山自来水公司基于GIS的供水管网信息系统需要将萧山地理环境信息、管网资料的基础信息和公司SCADA（四遥）调度系统的各种参数信息相互融为一体，系统需要满足网络实时分析功能、条件查询功能、空间查询功能、空间数据测量功能、网络查询功能、图表分析和显示功能、图层编辑和实时信息显示等功能。为了更好地为管网管理服务，系统必需拥有图文数据库、管网输入编辑子系统、管网管理子系统、事故处理子系统、水表管理子系统、管网设计子系统、水力模拟计算和分析等功能模块。其中水表管理子系统和水力模拟计算分析子系统可以作为二期工程。 系统设计应遵循以下原则：先进性，方便性，简单性，标准性，实用性，合理性，安全性，可靠性和开放性。 在国内市场上，较为成熟的GIS平台有多种，例如ARC/INFO、MAPINFO和MAPGIS等等。综合考虑系统功能模块、系统稳定性、升级可行性、安全性、界面人性化、服务质量、价格和公司自身需求等诸多因素，本着务实的原则，经过比较，最终选择了武汉中地数码科技有限公司的GIS平台MAPGIS和供水管网信息系统。 3 GIS数据采集 完整、精确的GIS数据是建立基于GIS的供水管网信息系统的基础和关键，也是系统发挥管网管理、规划设计、事故处理和运行调度等作用的前提。地形图测绘，具有空间拓扑结构的空间数据和属性数据采集便成为供水管网信息系统建设前期一个非常重要的环节。 3.1 数据采集 3.1.1 地形图数据 萧山自来水公司目前采用的地图地形图是来自萧山区建设局绘制的1：500电子地图，为AutoCAD的DWG格式，包括地形、道路、水系、植被、居民区、境界、地名等图层。DWG格式需先转换为CAD图形标准数据交换格式——DXF格式，在利用MAPGIS平台的地图库管理模块将所需图幅无缝拼接为管网信息系统地形图。 3.1.2 管网普查 为采集管网及管网要素点相关空间数据和属性数据，公司通过招标方式委托专业管网探测公司采用先进的测绘和探测方式对公司所属管线进行全面普查。探测要求查明管网拓扑关系（通过上下节点连接关系确定），管网及其要素点空间绝对坐标和属性信息，包括埋深、标高、管径、走向、材质，管位标志桩、阀门和水表具体位置等等。为建立齐全的管网信息库，普查要求至用户水表。工程要求提交绘制DWG格式的1：500管线图和EXCEL数据表格，然后经专人数据转换最终录入供水管网信息系统。 3.2 数据录入 数据录入包括系统建设前期地形图和管网数据录入和后期动态更新。 l 前期地形图录入：将DWG格式转换为DXF格式，在平台中通过图层过滤得到所需图层，在利用地图库管理功能设置分幅参数和坐标系统将地形图无缝拼接入库。 l 管网数据录入：管网数据为EXCEL的XLS数据格式，需转换为DBF或TXT格式并建立数据源，采用ODBC数据连接方式。将探测数据建网，生成MAPGIS的WB格式表文件，再利用网络编辑模块将表文件转换为WN格式的管网文件，最后存入SQL Server数据库。 l 后期动态更新：管网建设是管线及其要素点不断建设和更新的过程，由于系统包括用户水表和表前所有管网，因此要保证供水管网信息系统的实时性和完整性，后期动态更新是一个非常重要而繁琐的环节。可采用数据库导入、管网合并和手动输入等方式来录入。 4 系统功能 根据系统需求分析和总体设计原则，以及系统软件公司多年来在自来水GIS应用系统的开发经验，将整个系统分成地形图库管理子系统、管网设计子系统、管网输入编辑子系统、管网管理子系统、事故处理子系统、用户水表管理子系统和水力计算子系统。 4.1 地形图库管理 系统提供了分别对点、线、区三种图元的空间数据和图形属性数据继续编辑的功能，同时还集成了矢量化和图形输出的功能，最主要的时能够对图库灵活的管理和方便的数据转换，是一个强大的图形编辑管理系统。 4.2 管网输入编辑 根据已有萧山区的管网电子地图，系统先在现有数据基础上进行应用。管网输入编辑系统提供了方便的管理供水管网的手段，迅速直观地构造整个网络，建立与管网要素相关的属性数据库，提供丰富有力的管网输入手段，除了直接的手动输入外，还对大批量的数据采用了外挂数据库的方式，大大方便了信息录入。 4.3 管网管理 管网管理是通过一些有效的方法快速对目前的管网信息进行全面的了解和详细的分析，从而能够知道管理人员高效率正确的继续管理和决策，另外通过提供的查询工具的各种查询方法，方便地得到想要的数据和信息。对于管网的管理，还可以进行分层管理，即把主干管线与支管进行分层，在需要的时候可以屏蔽某些层，这样可以提高系统运行效率。 系统管网管理图 4.4 管网设计 系统主要通过在设计模块完成设计，可以生产竣工图，再回帖进原管网（属性和图形），并可在设计模块中进行标准图纸输出，材料报表统计，从而将以往烦琐的手工图纸设计变为计算机辅助设计，提高设计的质量和精度。 4.5 事故处理 事故主要指管网中突发的爆管等漏水事故，这类事故会造成较大的损失，因此事故发生后及时制定事故处理方案是非常重要的。操作人员只需指定漏水处，系统将自动选择最优关阀方案，列出需关阀门和显示停水用户信息，并打印事故抢修单和停水通知单，还需要保存相关信息。 4.6 水力模拟计算 通过对供水管网进行计算，可分析管网中的流量，压力等分布情况，全面了解管网实际运行状态，从而对管网进行动态分析。 4.7 水表管理 系统通过与抄表软件进行接口对用户水表进行动态读取，将水费作为水表的属性存入数据库中，通过各种查询方式来查询满足条件的各个水表。还提供拆表日常事务管理和不同状态下水表的管理。 5 管网建模 就GIS本身而言，对空间数据的管理只是最基本的功能，而更深刻的内涵在于GIS的空间分析、模型分析所产生的信息，能够对生产过程或决策方案进行模拟和趋势分析。因此基于GIS的供水管网信息系统不能仅仅作为一个图形库和数据库停留在管网日常管理的水平上，还应该利用GIS上的实际管网图直接构造管网计算模型，并从GIS属性数据库中向管网计算引擎提供有关数据，进行管网水力，水质管理和分析。要建立一个成功的管网模型首先应对建模的目的有明确的认识，确定建立管网模型要解决哪些问题。供水企业应当首先根据本身本企业供水信息系统目前存在的主要问题，结合企业今后若干年内要解决的首要问题确定相应的建模的和计划。 一般而言，城市大面积供水管网建模可遵循两个途径进行： l 对城市供水干管整体建模，并在此基础上根据需要分层细化。此类模型多用在地区供水规划和设计上。 l 将供水区域划分为若干个地区，对各分区建模后再构造整体模型，即沿局部向整体的方向进行。 采用哪一种建模策略应当主要由建模的目的所决定。譬如，如需要对现有供水管网的供水能力进行评估，并根据对未来若干年供水需求的预测进行管网扩充、改造方案研究，则可以考虑对供水干管的整体建模。另一方面，如果希望通过供水管网模型了解管网系统现状，确定存在的问题，制定压力管理计划或对系统中存在的漏水、偷水现象提供检漏、纠漏指引，则局部模型是必不可少的。 必须指出的是,不论是整体模型还是局部模型都必须根据实测水流、水压、水质数据对模型进行校准，只有经过校准后的模型才能是对实际管网系统的仿真，才能对系统的评价、改造、检漏纠漏发挥其应有的作用。 6 几点体会 6.1 制度保持GIS数据动态更新 数据是GIS系统的关键所在，供水管网信息系统的各项功能的实现都是以数据为基础。在系统建设和应用过程中，我们深刻体会到数据的采集和更新是一项长期的工作，并且后期更新的过程往往比前期数据采集的过程更为复杂和烦琐。数据资料不规范、数据质量得不到保证、数据获取时间滞后和人力不够，使得现有供水管网信息系统失去实时性和完整性 。关键问题在于缺少制度规范，若能制定相应制度管理机制，规范数据资料获取方式、资料格式和质量、提交资料时间，各部门相互配合，由系统管理人员及时录入，相信系统的实时性和完整性能在一定程度上得以保证，系统也能充分发挥其作用。 6.2 人员培训 公司各部门，例如管网设计、事故抢修、运行调度和系统管理人员，业务素质良莠不齐，对系统的理解和运用程度也不一，这也严重制约着系统应用的发挥。因此，后期对人员的培训也是让系统充分发挥其作用的关键环节。特别是系统管理人员，不能仅仅局限于技术层面维护和应用系统，还应该站在管理层面的高度协调各个部门，并且需要对系统制定长期的发展运行计划，满足公司不断发展的要求。 6.3 数据建模必不可少 高产销差率、高电耗和高药耗是目前困扰许多自来水公司的主要问题，由于缺乏建模技术在发达国家成功应用的经验介绍和理解，目前国内的建模技术和建模软件都尝不成熟。但是放眼公司长期发展，利用数据建模为公司生产和管理提供决策支持是必不可少的，带来的经济和社会效益也是巨大的。因此，这就要求公司在完善管网数据的基础上，明确建模的目的，选择经验丰富的数据建模公司和成熟的建模软件，使公司发展适应现代化社会建设的要求。 7 结束语 萧山自来水公司供水管网信息系统建设3年多来，已完成了一期建设，包括采集部分地形图数据和管网数据，并完成了入库和相关维护工作。目前已经能为管网管理、规划设计、事故处理和运行调度等提过服务和决策。但是因为GIS数据不完整、后期更新滞后和部分人员业务素质不高等原因，系统管理和应用还存在很多问题，所以公司目前正在调研和考虑开始建设二期工程，包括数据建模，数据共享和集成，设计模块、调度系统和营业管理信息系统更新等。相信通过二期工程建设，萧山自来水公司的管网管理、系统业务应用和供水服务一定能提高到一个新的水平。