自来水供水管网地理信息系统设计实现

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热度0票  浏览105次 时间：2020年3月24日 15:50

杨 啸

( 天津市自来水集团津南水务有限公司 天津 300350)摘 要：城市中，自来水供水管网与其他供电、油气、电缆、光纤等管网交错复杂，主要依靠图纸以及人工管理，效率不高且维修困难，一旦突发事故极为不便，甚至导致停水、停电严重后果。 GIS 在自来水供水管网中的应用，能有效解决上述问题，其发展已是势在必行。

关键词：自来水；供水管网；地理信息系统；设计；实现科学进步

随着城镇化进程的日益加快，供水企业也在发生深刻变革。大多数城市用水量高速增长，自来水供水网日趋复杂。然而因为历史原因，我国大部分城市供水管网存在竣工资料残缺不全、精度不高，无法准确归档，归档内容与管网实际情况不符的情况，导致发生泄漏及管爆事故，无法准确判断关联阀门，无法优化关阀措施。

此外，施工中挖断或挖坏其他交错地下管网，会造成停水、停电、停暖、污水四溢等更严重问题，拖延了维修时间，浪费了人力物力。地理信息系统在自来水供水管网中的应用，能有效解决上述问题，其发展已是势在必行。

1、地理信息系统概述

地理信息系统（ Geographic Information System ，简称 GIS ），是一项基于测绘、计算机和地球科学的新兴技术，主体包括软件、硬件、数据和用户，其具有获取、分析、处理、访问和绘图描述地理信息，并在不同局域网、系统和地点间进行信息传递，提供应用服务的集成系统。这一系统将地理空间位置和相关属性结合起来，以可视化形式呈现给用户，满足城市建设、区域管理、居民生活中对空间信息的需求，辅助领导部门后期规划、改造、建设等进一步决策。

其具体功能包括： （ 1 ）地形图库管理； （ 2 ）管线输入编辑； （ 3 ）管线综合查询分析； （ 4 ）网络分析功能； （ 5 ）管线工程规划辅助设计； （ 6 ）管网优化和运行调度。

2、自来水供水管网地理信息系统设计

2.1 系统层次结构设计

根据城市自来水供水管网现状，设计系统的八大功能模块，分别是地形图管理模块、管网输入编辑模块、管网管理模块、事故管理模块、管线工程规划辅助设计模块、管网运行调度模块、管网数据维护模块、管网信息发布模块。其具体职能分别如下： （ 1 ）地形图管理模块，负责电子地形图入库、维护和管理，提供点、线、面三维空间数据和相关属性信息管理；（ 2 ）管网输入编辑模块，负责编辑入库管线、阀门、三通、节点、测流测压传感器等基础信息和参数，实现数据实时监控和同步编辑； （ 3 ）管网管理模块负责对系统内全部管网信息，包括管线、阀门、三通等节点数据和信息的查询、分析和管理，提供属性与管线对应双向查询，提供截断面或节点的图片及三维可视化呈现； （ 4 ）事故管理模块，在突发爆管事故时，能够根据管线情况、位置以及就近区域阀门情况制定最优关阀方案，及时排除故障。如根据用户指认漏水处，搜索停水区域和用户名单，关闭阀门，在就近阀门失灵时，可以进一步扩大范围，进行二次甚至多次关阀处理；（ 5 ）管线工程规划辅助设计模块，负责完成相应的管线设计任务，具体流程包括裁剪设计任务、辅助设计、现成施工、竣工、贴图；（ 6 ）管网运行调度模块，根据现有管网资料，构建简化模型，如管网水压线绘制、水流方向动态模拟等； （ 7 ）管网数据维护模块，负责对数据的错误进行自动检查和校验，对管网数据拓扑完整性和数据一致性进行查验，保证数据的准确性和完整性； （ 8 ）管网信息发布模块，是基于 Java 技术实现 GIS 数据信息使用范围扩大化，使得用户不必安装，从网页即可快速浏览获取有关信息。

2.2 系统数据结构设计

首先是编码设计，根据国家技术监督局 1993 年颁发的《城市地理要素—— — 道路、道路交叉口、街坊、市政工程管线编码结构规则》

（ GB/T14395-93 ）以及城市水管网具体情况、历史和特点，确定编码方案，对管线以及管段、固定设备、阀门、水表、消防栓、测流点、测压电等进行编码。其次是属性数据结构的设计，根据客户实际需要添加新数据字段，删除不需要的数据或是冗余字段，属性数据结构对象包括管线、节点、阀门、消火栓、排污口、排气阀、水表、用户信息、管网测压测流点、管件维修记录等。

2.3 系统软、硬件配置与网络设计

系统软件配置中，服务器端主流操作系统仍为 WindowsServer ，使用广泛、产品丰富，功能强大；后台数据管理软件一般采用 SQLSever2000 ，联机规模大、功能集成化、管理自动化；系统开发软件主流为 MicrosoftVisualStudio ，能够迅速创建面向任务的解决方案。

硬件配置主要考虑系统的安全性、稳定性以及性价比，涉及服务器、客户端、绘图仪、扫描仪等。

网络设计中应不断完善企业局域网，包括给水公司、办公室、信息中心以及营业所等。其中信息中心配置管网数据服务器，营业所负责数据更新，并向周边营业分所提供基于浏览方式的管网信息查询。

3、系统实施设计

3.1 系统分时段实施

首先是利用 MAPINFO ，将大于 DN150 的管线标记入库，建设管网雏形，对设计、竣工图纸进行扫描、校正，与 MAPINFO 转换数据统一；其次，选择代表性区域，建立管网试验区；最后，总结试验区流程、质量监控及工作建议，优化建库方案，进行项目的全面实施。

3.2 系统建立过程

系统建立过程的具体步骤包括：项目需求分析、系统框架设计、系统功能模块开发、数据库建立、硬件准备、管网试验区、安装调试、系统运行测试、成果资料输出、项目竣工验收。

3.3 系统各类数据库入库设计

系统各类数据库入库设计中，首先是底图建库，流程包括基础地图数据格式转换、误差校对、按要素分层（管线层、道路层、水系层、居民地层、重要建筑层）、造区和上色、完整无缝底图库。其次是管网数据建库，包括管线探测、形成成果表、成果表电子数据转换、数据分离、图形编辑、点、线耦合建网、网络拓扑检查的管网的一体化建库。最后，因为管道维护和更新经常发生，为了保证管网信息的实时更新，也需要利用竣工图、管网设计、管线探测成果一体图等进行实时更新。

结语

随着城市规模不断扩大，以及现代化程度不断提高，城市供水管网系统日趋复杂，很多管线填埋情况复杂，档案资料与实际不符，造成在发生爆管事故时，仅靠施工人员的记忆查找问题，造成诸多设计和维修施工的不便，导致了事故影响的扩大及社会财产的损失。而 GIS 在自来水供水管网中的应用，有效规避了上述问题，实现了供水管网管理的信息化、自动化、集成化，简化了工作流程，提高了工作效率，为供水企业信息化建设以及城市智慧水务管理提供了发展方向。 ■

参考文献

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