广州市供水管网信息系统的开发及应用

廖敏辉 吴玉琴 张钺
广州市自来水公司荔湾供水管理所

　　摘　要 本文介绍了广州市供水管网信息系统的总体目标、系统的结构、开发的功能以及一年多来的应用情况，并讲述了系统建立后存在的问题以及相应的解决办法。
　　关键词 供水管网；地理信息系统；系统功能：应用情况

1．引言

　　供水管网是城市地下基础设施的重要组成部分，也是构成供水企业的主要资产成分。广州市自来水公司是一个具有九十多年历史的国内特大型供水企业，随着广州市经济的飞速发展，城市基础设施建设的发展带动了厂州市供水管网建设的迅猛发展。早在上世纪九十年初提高水厂生产能力解决了城市供水需求量的矛盾后，自来水公司领导就意识到相对落后的城市供水管网将成为制约供水服务质量的新瓶颈，造成有些老城区居民用水仍存在问题，而水厂有水供不出去，为了解决这 问题，广州市自来水公司采取了一系列的措施，一方面，加大对老城区旧管网改造的投资力度；另一方面，加强对供水管网GIS的研究开发，选取以荔湾区为中心进行供水管网GIS的开发试点应用，试通过GIS技术，大大地提高供水管网科学管理和决策水平，从而提高对外服务质量。

2．系统总体目标

　　供水管网属于地下基础设施，具有隐蔽性的特点，而且管网中水力的运行具有不可预见性，因而在管网建设和管网维护上对图籍资料的依赖性非常大，供水管网的规划、设计、施工、监理、调度、抢修都丝毫离不开图籍资料。在众多的工程图纸资料中整理出一套反映供水管网现势的、实时的管网图，并利用该管网图来指导自来水公司管网建设和管网维护显得非常重要。
　　供水管网GIS是建立在计算机上以实时动态的供水管网现势图为基准的，能够处理以供水管网为核心内容的空间信息和各种相关信息的一个综合信息系统，对供水规划、设计、调度、抢修和图籍资料的档案管理提供强有力的科学决策依据，实现分析决策的全计算机操作过程。整个系统建成后将达到如下目标：
　　●广州州市全市范围内管阿图籍资料的计算机管理；
　　●能够快速提供准确的抢修、施工方案决策支持；
　　●查询各种供水管网信息，提供标准的规划、设计图纸；
　　●网络功能实现中心与厂作站的信息联络；
　　●实时有效的管网动态监测分析，提交供水调度决策支持；
　　●管网运行状态分析，对规划、设计和现势管网作出适当的评估：
　　●统计和发布各种供水信息。

3．开发情况

3．1 数据来源
　　全部管网数据由广州市规划局提供的地下管线普查数据，管线特性点都有X坐标，Y坐标，地面标高，地下管线顶部标高等测量数据，为供水管网比较准确而现势的空间信息，但管网图上部分管线专业性质不清，管线空间连接关系不正确或没有建立连接关系，管线特性点的属性不详，难以区别废弃管和正常管线，需要核对现有的工作蓝图、查竣工档案、比较现场采集的阀门相对位置图，把管线附属设备区分出来，校正管线的连接关系，把校正后的数据输入GIS空间数据库。
　　规划局提供的地形数据只有道路两侧5米范围内的地形数据，称为5米条带数据，建立起地形图库。由于带状地形以外的地方，没有地形数据，可以通过数字化现有的工作蓝图作为候选地理背景图，组成栅格图象库。
　　规划局提供的管网数据如管线和管线上的阀门、消防栓、堵头、渐缩管等附属设备，没有属性，有些管线和附属设备缺失，需要通过查阅相关档案资料，将属性数据逐一核对出来，作为建立属性库的基础数据。
3．2 信息要素
　　地理信息要素：区界线、区名标号、铁路、道路、道路名标号、街巷名标号。水体边界线、水体名标号、建筑物外廊、建筑物名标号、门牌号、房屋结构标号、篱笆、围墙、图根点、天文点、水准点、三角点、导线点。
　　供水专业信息要素：管段、阀门、消防栓、分支节点、水表、堵头封板、排气阀、排水阀、加压泵站、水厂、测压点、测流井、重点用户。
3．3 系统构成
　　供水管网GIS采用德国西门子利多富公司的SICAD/OPEN软件开发而成，其中包括BASE、NETZ、RBS、SINCAL、IMS模块，软件系统如下图所示：

供水管网信息系统 METZ RBS SINCAL IMS SICAD/OPEN-BASE ORACLE数据库

　　硬件系统结构如下：

3．4开发的功能
3.4.1 调图
　　．按鼠标定义的区域调入管网图；
　　．按道路、重点单位检索调入管网图：
　　·按1：500或1：2000比例尺的图幅号调入管网图；
3．4．2 一般图形显示和分层显示功能
　　．一般图形显示功能包括：①中心放大；②中心缩小；③窗口放大；④平移；⑤前移窗日；③恢复原图；①视图刷新；③鼠标容差调节：③显示重点单位；⑩点方式查询显示。
　　．分层显示功能：将管网设备和地理数据分别放于不同的层，共有儿十层，你可以按需要用鼠标点击显示或关闭或设置这些层。常用的主要有以下几大类，由各大类再细分若干层：①管线按口径大小分层；②各种管网设备分层；③5米条带地形数据；④1：1万地图；⑤栅格背景显示。
3．4．3 查询检索功能
　　．按自定义条件进行综合管网设备（如管线、阀门、消防栓等）信息查询，如：①按街巷路名查询；②按年代查询；③按管径查询；④按管材查询：⑤按鼠标定义的多边形区域查询等等，可按单条件查询，也可以按自由组合条件进行查询。
　　．产生查询报表以及按报表反向查图功能。
3.4.4 统计功能
　　．具有由用户任意选择范围统计的功能：
　　．按道路、安装时间、材质、口径、日径＿材质＿时间段等条件进行管长统计；
　　．按道路、安装时间、口径、类型、口径_时间段等条件进行阀门数据统计；
　　．消防栓、排水阀等管网附属设备的综合统计；
　　．漏点统计；
　　某些统计应用中的直方图和饼图功能。
3．4．5关闸和扩大关问方案及网络分析
　　如果出现水管爆漏，只要用鼠标点管线上的爆漏点，系统就能能显示出受影响的管段和地区，给出关闸方案，并显示出所有应关的阀门，输出关制报表和关制图和因关制影响停水的重要用户信息。如果应关的阀门不能关闭止水，还可以给出外围的扩大关问方案，并向受影响的用户发出停水通知。
　　对给出的关闭图，如果阀门位置比较难找或阀门卡表达不清，可以现场制作阀门的绑点图；
　　对管网进行模拟仿真分析，显示管线的连接情况和供水状态。
3．4．6 标注和测量功能
　　标注的设置、增、删、改功能：标注管线的管径、管长、自由标注等等：
　　测量功能，主要用于管线的相对距离和阀门等附属设备的绑点等。
3．4.7 绘图功能
　　绘制与规划局一样的有四角点座标和图框标准的1：500和1：2000的管网图；
　　绘制用鼠标任意框出的区域管网图，并按任意比例输出所选的层的图形；
　　绘工改图、竣工图、阀门消防栓册页图等。
3．4.8 数据更新维护功能
　　可按坐标方式也可按以前手工所用的相对位置方法对管网数据进行增、删、改；
　　可按单个设备也可按批量数据方式进行管网数据的增、删、改；
　　地名信息的更新功能。
3．4.9 任务管理
　　在工作站上建立自己的工作任务，用文件方式对图形进行设计、修改、查询、爆管分析等管理操作（所有GIS功能都可以用），但不影响库里的数据，实现可按不同用户的需要进行任意的操作。
　　自动记录调图时间、范围、主机号、用户名和读写情况，以使用户和管理员明确图形使用状态。
　　任务的存储、恢复、修改、回调等功能，提高图件的访问速度。
3．4．10 系统管理功能
　　系统环境变量的修改；
　　用户权限的设置；
　　数据的备份和交换功能；
　　有Windows标准的联机帮助功能。
3．4．11 网上发布功能
　　整个公司的任意部门都可以利用上网软件（如Internet Explorer），查看动态的管网信息，即前一分钟修改过的管网数据，后一分钟其他部门在网上就可看到最新修改过的数据。
　　 平时修漏部的关问方案图和工程开叉关阀图在网上进行发介，方便各部门知道何时何地进行关阀而导致用户缺水，及时解答用户的疑问。

4．管网信息系统的实际应用

　　广州市供水管网信息系统（荔湾）自2000年3月正式应用于生产以来，至2001年8月底，共己提供各式查询服务1653次，其中工改设计767次、修漏469次、开叉接驳344次、阀门查找92次、探漏6次、阀门普查3次、消防栓普查1次、阀门区册1次7000多张，共提供大小不同的彩色管网图16500多张。
2．1 系统管理的信息
　　至目前为止，荔湾所供水管网信息系统管理的是荔湾所管辖范围内所有口径的管网数据（包括管段、阀门、消防栓、渐缩管、培管、水表（DN100以上）等共十七项管网设备）和5米条带地形数据（即只有道路两旁5米内的地形），每一个管网设备和地形都用三维坐标准确定位。
2．2 系统应用的部门
　　该系统除应用在荔湾所内部设计审批组、阀门组、修漏一二组、缺水组、巡管线组、拆换表组和检修组共八个组外，还应用于所外的二＿程公司、劳服公旬、管道队、工贸公司、用户发展科等管网设计安装部门。
2.3 部分应用实例
　　管网设计方面：在1999年国庆节前，因任务紧，公司要求在3个工作日内上交几十份内街管设计图，我所在用GIS系统出设计底图情况下，顺利完成公司下达的任务。而且，用GIS 出的设计图有比例、有地形背景（房屋边界、门牌号等），所有管网设备和背景信息都准确地显示出来，改变了以往手工的无比例、无地形的设计出图方式。
　　爆管抢修、关阀方案制定方面：2000年初，西槎路DN600阀门漏水，我所就是用GIS制定的关问方案提供给阀门组，由于要关的阀门从广佛高速公路一直到聚龙工业区，范围相当大，GIS系统只用4张A3纸就将这一带的管网和地形背景打印出来了。这在以前，要将这么大范围的管网和地形背景都准确画出来，个知要花费多少时间。
　　查找阀门应用：在内环路工程中，许多阀门被埋，巡管线组用以前蓝图上和阀门卡片上的绑点距离都找不到阀门，因为以前用来绑点的地形背景被拆了。后来，用GIS出的绑点距离才找到荔泉酒店前的阀门。在日常生产应用中，由于地下管线及其附属设施经常被掩埋，如果没有准确的资料，寻找起来相当困难和盲目的，GIS上的管线、阀门是建立在大地坐标系上的矢量化空间数据，数据进入系统后就被牢牢锁定，不受地面情况的限制，通过GIS提供的信息，可以将阀门位置准确地定出来。
　　·工程开叉接驳时关阀方案制定方面：这方面的应用有许多例子：如泽德花园修漏、流花路开叉接驳、大同路开叉接驳等，我所都是用GIS出的关阀图。通过GIS系统模拟关阀，可以准确地分析出需要关闭阀门，操作员只需作简单的核对工作就可以了，避免了人工分析出现的错漏现象造成延误施工时间。
　　·探漏方面：上贸公司探漏人员在探出暗漏却确定不了是哪条管漏水时，他们是用GIS出的管网图来确定漏的管段。例如七月初在探环市西路与站南路交义口漏点时，他们在现场探的管线情况与提供的图纸怎么都对应不上，后来专门派人来GIS查图，发现GIS中的管网设备与现场探的管线情况一致，大大加快了漏点管段的确定。
　　·阀门普查方面：根据公司要求，荔湾所要对本所共4000多个DN100mm以上口径的阀门进行普查，GIS资料人员将整个荔湾所管网图分路段打印、并把该路段所有阀门的属性打印成一张表格粘在管网图后面，大大加快阀门普查进度。
　　·消防栓普查方面：消防栓普查时，都是按小区来分片查找的，如果按以前的方式，要带几十张蓝图、且要接边许多图才能知道一个小区内有多少个阀门、具体位置在哪。但用GIS出图，整个鹅掌坦只用了一张A3纸就将管网和地形打印出来了。荔湾所西湾路、西槎路的消防栓普查都是用GIS来提供图纸的。
　　·阀门区册卡的打印：根据公司阀门区册巡查制度的推开，荔湾所应用GIS打印阀门、消防栓、排水阀、排气阀、测流阀区册卡，该卡与白云所不同的是：不仅正面有阀门或消防栓的地址、用途、口径等信息，背面还有按l：500比例输出的彩色管网图，这样就可以根据比例量出该阀门与任意地形的绑点距离，而且还有该阀门周边半行距离为30米的所有管网和地形情况，加速查找阀门的速度。

4．存在问题及解决办法

　　GIS数据的动态管理问题：通过建立GIS系统时的资料整理，核对出荔湾区域范围内约有3000多处有疑问的管线数据，这些管线数据需去现场进行探查核实，保证数据的准确率。另外新竣工的管网和地形需现场探查测量，提高数据的现势性。这些问题是建立GIS系统时才遇到的。我们采取了以下解决办法：首先购买了GPS、探管仪、全站仪等勘探测量仪器，然后建立了GPS控制网和常规测量控制网，组织成立了野外勘探测量小组，建立了广州市自来水公司供水管网勘探测量规范，从人员、仪器、资金、制度上保证了管网数据的动态性。
　　刚开始GIS系统管理的只有DN100以上的管网数据，它对于查国、关阀方案制定等一般配水业务已经足够，但它与手工管理的资料比还差DN100以下的管线数据。
　　于是我们采取扫描数字化方法将DN100以下的管线录入GIS，完善了供水管网信息系统的管网数据。
　　GIS中只有5米条带地形数据，地形信息不够齐全且格式落后，造成系统效率降低，需要完善地形数据才能实时反映真实的信息。我们认为，向广州市城市规划设计院购买完善的电子地形数据是 个快简而完美的解决方案；
　　需要建立一套新的管理机制和管理架构，使GIS与图档资料等配水管理有机结合，才能适应新技术的实施应用，GIS运作过程涉及管线数据采集，不要公司统一发文、施工单位协助及有关资料的及时归档。
　　GIS管理的数据量相当庞大，所用计算机的内存、硬盘较大，CPU速度要求高求高，对以后数据不断扩充的海量数据管理，当前服务器和工作站的硬件对满足GIS性能仍有所欠缺，对将来全）广州市的管网数据的集中管理仍有待于计算机整体性能的提高。届时，可以适时、分批、分步地对计算机硬件进行更新，以满足整个广州市管网GIS的管理功能要求。