浅谈地理信息系统(GIS)在供水行业中的应用

1浅谈地理信息系统在供水行业中的应用和发展摘要：随着社会经济发展，供水管网日趋复杂，在供水设施硬件的建设不断完善的同时，供水信息化管理越来越重要，供水管网GIS系统作为管网管理中重要的信息化管理工具，能有效解决海量管网信息的存储、管理、分析和应用等问题，也为管网改造、爆管抢修、管网规划设计等业务提供科学的数据支持。关键词：供水管网；GIS；管理1前言在新兴的信息产业中，GIS(GeographicInformationSystem,地理信息系统)作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学及相关学科等为一体的新兴边缘学科，近30年来迅速兴起。GIS将计算机技术和空间地理分布数据相结合，通过系统建立、空间操作与模型分析，为地球科学、环境科学和工程设计、乃至企业管理等方面的规划、管理和决策提供重要的信息。目前GIS在国内外应用领域已相当广泛，不但成功地应用于测绘、制图、资源和环境等领域，而且已成为城市规划、公共设施管理、工程建设等的重要工具，此外GIS还进入了军事战略分析与决策、商务策划、文教卫生乃至人们日常活动的各种领域中。据估计，人类活动80%的信息量与地理信息系统密切相关，因此GIS开发和应用的前途和容量是不可限量的。目前GIS被认为是21世纪支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。我国的GIS发展较欧美先进国家起步晚约15年左右，但发展速度并不很慢。GIS在城市方面的应用就有城市自来水、城市煤气、城市规划、城市地下管线、城市环境、城市道路、城市土地等不胜枚举，至于其他各方面的应用诸如环境监测、水土流失、矿产资源、投资评价等更是屡见不鲜。所有这些都标志着GIS在我国的成长与发展。由于城市发展十分迅速，供水管网的变更速度不断加快，大量的管网资料急需处理，传统的人工统计、分析和纸介质的存储方式已远远不能满足城市供水管网的现代化需要，因此GIS已经成为了供水行业必不可少的重要管理工具。2GIS技术在供水行业的应用2.1GIS在国外供水行业中的应用面向企业级的GIS在二十世纪九十年代在发达国家已经得到普遍应用。开始时，GIS只是用来做基本的统计和查询的基本功能，经过逐渐发展，目前，国外供水行业应用GIS技术己经从日常的资料管理逐步向更深层次的应用发展，主要呈现如下三个特点：22.1.1实时有效的动态监测与分析，为供水管理提供必要的支持美国圣地亚哥的管网服务12O万人，供水系统包括3100英里的干管管线、3个水厂、51个泵站与31个蓄水池。供水管理局决对供水管线经过区域地表震动位移、速度和加速度进行实时监测，监测数据通过基于GIS二次开发软件包进行计算，确定供水系统的风险，有效指导管理部门进行灾害预防。2.1.2嵌入专业模型，实现深层分析一些发达国家的供水产业GIS能够在实时监测的基础上，对GIS进行二次开发，实现供水管网实时优化调度、事故处理、资产评估等分析功能。这些功能能大大提高企业的管理水平，提高管理效率与供水安全。2.1.3GIS与其他系统广泛集成GIS系统的扩展性一直是GIS应用的关键指标之一。在英国利物浦的供水管网实时优化调度中，GIS与AIS(AssetsImprovementSystem，资产更新系统)和CAS(CustomerAccountSystem，用户帐户系统)完美的集成在一起，使GIS功能变得更强大，应用更便利。2.2GIS在国内供水行业中的应用GIS在国内供水管网的应用主要集中在日常管理。如北京、上海、天津、深圳、沈阳等地，都已先后建成供水管网地理信息系统。实现了图形和属性数据录入与管理；对管线和设备进行查询、统计等功能；对各类图形统计分析等；专业的深度功能集中在管网事故时关阀分析的实现等内容。城市供水管网是一个纵横交错的巨大网络，管网管理涉及的信息大多具有空间地理特性，难以用传统的数据库进行管理。在传统手工管理下，这些信息一般用图纸、图表描述(例如设计、施工和竣工资料)，各种图档资料不甚齐全。在管理、利用如此庞大管网的拓扑计算或空间属性数据时产生困难。自来水输配调度缺乏依据；遇到紧急情况时无法及时得到有关信息并采取相应措施；因大规模市政建设而日益变化的参照建筑，有些管网资料失去原有价值；设施管理相当困难，管网设计也很难优化。为有效管理城市供水管网资料，各大供水企业纷纷采用地理信息系统(GIS)技术。GIS是用采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统。它将所有管线、设施(阀门、水表、消防栓等)与构筑物(泵站)录入系统，记录了埋深、材质、年代、口径、连接、用途等静态信息，提供图形显示与查询定位，为管网建模与供水调度、设施管理、维修维护、爆管处理等提供基础数据。地理信息系统配备GPS接口后，可以实现供水区域内所有管线与设施的快速测量与定位。通过GIS技术可将地理信息相关的空间位置、属性特性等信3息进行统一管理，同时能有效的进行空间分析。将GIS技术应用于城市供水管网管理，能够起到如下作用：（1）应急抢险指挥调度GIS的空间分析、网络分析还可应用在管网事故抢修决策方面。如在管网事故紧急抢修时，可以采用GIS与GPS相结合，通过GPS系统准确获取抢修的阀门坐标位置，并将数据实时传送给GIS，可以快速确定故障区域，协助抢险人员分析事故的影响范围和影响程度，生成抢修方案，有效实施抢修作业。与传统的事故处理相比，上述技术方案充分显示出现代信息技术高效率的优势。（2）管网腐蚀控制信息管理在管网管理信息系统的平台上建立管网腐蚀控制管理信息系统，完善于埋地管网腐蚀案例库，积累大量的工程信息和相关环境基础数据信息，实现工程信息分析，标准规范实用性选择，腐蚀控制方案评价选择，阴极保护系统设计分析，设计结果输出和系统运行结果预测等一系列内容。（3）固定资产数据管理传统的固定资产管理方式是以管理单位为单元，按照管理区域分门别类的将各种管线和设施的详细信息保存在数据库表中，实现了固定资产的数字化管理，并能生成各种统计和查询表格，通过与管网管理信息系统相结合，实现了固定资产的图形化管理。（4）管网运行管理管网管理信息系统最早的应用就是在管网运行上，可以为管网运行提供最基本的管网分布基本信息，帮助运行人员了解自己管辖范围内的管线的详细情况，可以根据管网管理信息系统的动态栓点功能精确定位特定的管线、闸井等。随着管网管理信息系统的不断发展，其在管网运行中的作用也越来越重要，将管网管理信息系统与巡检系统相结合，可以跟踪巡检人员每天巡检路线，确保管网运行更加安全可靠。[1]3GIS在供水行业的“四化”建设随着城市发展管网规模扩大、人们对水量、水质要求不断提高，供水企业采用GIS技术提高供水行业的管理水平与效率已是大势所趋。周恩来总理在第三届全国人大第一次会议大会上所作的《政府工作报告》中第一次提出四化。邓小平80年代提出“开发信息资源，服务四化建设”。江泽民也指出：“四个现代化，哪一个也离不开信息化”。因此，为了加强GIS在供水管网科学管理中的作用，推进GIS的扩展应用，GIS的“四化”建设推动势在必行，而GIS“四化”建设指的是GIS系统的Web化，专业化，集成化，移动化。4Web化是指在C／S版(或单机版)的GIS(简称GIS)软件基础上，通过数据共享方式在企业内部网发布Web版的GIS(称为WebGIS)，GIS与WebGIS两者功能上作合理分配，GIS主要专注于管网基础资料的录入、更新等维护工作，而WebGIS则实现查询统计、各种供水管网业务的处理。而两者相辅相成共同完成管网的管理工作。专业化是指作为供水管网GIS，除管理必要的地理信息资料，其实更应该突出在管网专业化方面的应用，通过二次开发的手段，围绕着供水管网开发多种的管理子系统。如：（1）资产管理：管网及其设施安装、维护发生的各种费用的管理。（2）图档管理：设计、竣工图纸的管理。（3）施工管理：资料、施工进度的管理。（4）维修管理：所有设施的抢修、日常维修的管理。（5）爆管管理：爆管作为特殊的抢修管理，为今后爆管预警系统积累资料。（6）阀门管理：阀门静态资料与动态资料(开、关)的管理。集成化是指不同信息系统之间通过数据共享、信息组合，功能扩展的方式，产生一个新的信息系统的应用集成。如：（1）营业收费系统与GIS系统的集成。（2）SCADA系统与GIS系统的集成。（3）检漏系统与GIS系统的集成。（4）水力模型与GIS系统的集成：。（5）大用户(或远传水表)系统与GIS系统的集成。（6）客户热线系统与GIS系统的集成。（7）多个系统的综合集成。现有的GIS系统是适合在办公室使用，而大量的管网管理工作是在现场发生的。因此实现GIS系统的移动化是提高管网科学管理的必然途径。GIS移动化包括GPS定位导航系统及远程工作流程管理系统两部分，其实现的功能为：（1）管网GPS可以实现管线、阀门等管网设施定位、导航。（2）对爆管进行定位，及时上传到GIS和水力模型系统中，提高系统自动处理的能力。（3）远程工作流程系统可以将阀门开关及其他各种现场操作及时上传到公司的工作流程系统中，各个部门可以据此做出相应的反应。4GIS与其他系统集成产生的效益（1）供水管网是城市建设的重要基础设施，是城市的血液与命脉。它遍布城市每一个5角落，形成纵横交错的地下网络。供水管网的建设属于地下工程，具有隐蔽性的特点，利用常规的测量技术修测供水管网的线路和阀门点的点位。由于误差积累等因素的影响，结果只是治标不治本，日积月累，将会贻害无穷。因此，根据城市发展、供水管网管理与建设的要求，有必要运用3S技术，将GIS（地理信息系统）、RS(遥感)、GPS(全球定位系统)简称“3S”结合数据库、手持移动设备、专业计算软件等进行系统集成，快速获取供水管网资料，加强供水管网的科学管理，能够有效的实现供水调度和管网抢修的信息化和快速化，创造社会效益和经济效益，大大降低了漏失。（2）基于GIS及SCADA技术集成的供水管网调度系统，通过从SCADA中导入的数据,在每一条供水管网线路上可显示实时水压、水流、水质信息，既能提高信息的使用质量，也能提供辅助决策的方案。纵观整个系统，切实提高供水企业的经济利益,具有良好的应用的前景。它使城市供水系统管理工作向科学化、现代化迈进了一大步,增加了供水管网运行的安全性,并使供水企业的生产费用下降。[2]前两者再与视频监控系统相结合，对各泵站数据采集集中管理，能够有效的实现多个供水泵房无人值守，远程调度，解放了生产力，充分节省资金投入大大提高了工作效率并提高了调度水平。5结束语随着城市化的快速发展，各地水司都已应用或开始着手建设GIS系统。为能充分发挥GIS系统的作用，除了在GIS系统建设过程中对平台选择、系统开发过程严格控制外，更应多注意GIS系统的维护、管理及应用工作，同时应建立一个完善的数据更新机制，及时将第一手原始资料录入到GIS系统中，为管网运行、维护提供实实在在的信息支撑，从而实现供水管网标准化、规范化的动态管理。参考文献：[1]祁水炳,李微.GIS技术在供水信息化管理中的应用和发展探讨[J].建筑与环境,2010(4):157.[2]吴信才,曾文,徐少平.基于SCADA和GIS技术的供水管网调度系统[J].测绘通报,2004(6):49.