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对建立供水GIS系统若干问题的分析与探讨

  摘要:上海市自来水市北有限公司是集制水供水、营业销售、排管施工、管线养护、给水净水仪表设备制造于一体的综合性特大型供水企业,承担着为上海市浦西区域苏州河以北的杨浦、虹口、宝山、闸北、普陀五个区和嘉定区部分地区共305平方公里范围的供水重...

作者:江敏来源:上海自来水市北有限公司|2006年07月03日
摘要:上海市自来水市北有限公司是集制水供水、营业销售、排管施工、管线养护、给水净水仪表设备制造于一体的综合性特大型供水企业,承担着为上海市浦西区域苏州河以北的杨浦、虹口、宝山、闸北、普陀五个区和嘉定区部分地区共305平方公里范围的供水重任,目前市北公司供水区域内总供水规模为298万立方米/日,拥有75毫米口径以上地下供水输配管线总长度逾3000公里,供应服务人口约400万,客户水表数130余万只,年供水量约8亿立方米。本文结合市北公司管网GIS系统的建设实践,对如何建立供水GIS系统进行了分析和探讨。

关键字: GIS 管网综合管理

目前GIS技术已经应用到国民经济中的各个部门,并且取得了非常好的使用效果。但是在自来水行业,能够把GIS用好的单位却不多见,没有发挥GIS技术在供水管网管理方面的作用。上海自来水市北有限公司(以下简称市北公司)于2004年3月份开始建设供水管网GIS,目标就是为了建成一个能够在实际生产中真正发挥作用的GIS系统。随着工作的开展,市北公司的管网GIS已经初具雏形,通过试用也获得了基层工作人员的好评,明年即将在全公司推广使用。本文以市北公司建立管网GIS系统的经验为出发点,整理了一些需要注意的问题与大家分享。

一、供水GIS系统的需求分析

GIS技术在自来水行业中的功能应用已经有很多,除了编辑、查询、统计和打印等基础功能外,还有关阀搜索、运行调度、用水量读取、管网维修记录、管网设计与WEB发布等等二次开发的应用功能,但是在实际工作中这些应用功能又被使用了多少呢?由于这些应用功能仅存在于GIS系统之内,没有相应流程管理的系统与要求予以配合,最后就造成了“孤芳自赏”的局面。

就功能而功能,目前的供水GIS软件都不可避免地存在着这个问题。例如:在管网设计领域,GIS设计模块在绘图功能上肯定不如AUTOCAD强大,但是利用设计模块绘制的管线竣工图能够更方便地被转入待维护的GIS系统,只有用流程管理的方法才能保证GIS设计模块的正常使用;如果仅仅是为了画一张设计图或竣工图,有谁会去选择GIS设计模块来画这张图呢?

所以建设GIS系统首先应有一个清晰的定位,搞清楚目前阶段的真正需求是什么?切忌求全求大,想到什么功能就做什么功能,最后造成巨额投资的浪费,变成供人观赏的“花瓶”。其实建设供水GIS系统最重要的是数据准确性,应用功能再花哨也比不上数据准确性更有价值。

在建设GIS系统的初期,应该注重于基础功能开发和数据的收集校核工作;在人员素质、管理模式和工作流程等具备条件的情况下,再把GIS的应用功能与相关的MIS系统集成在一起,使各项业务工作离开GIS就寸步难行,只有这样才能保证GIS发挥应有的作用。

二、供水GIS系统软件平台的选择

目前可供选择的GIS系统平台非常多,先后出现了闻名于世的Arc/info、Intergraph、Genemap等大型GIS软件与Mapinfo、Autocadmap、Atlatas等中小型软件平台。在国内,也有不少企业开发了专门的供水GIS系统,例如:武汉中地数码科技有限公司基于Mapinfo开发的供水管网GIS系统等等,功能也考虑的非常全面。

对于中小型企业,由于数据量较小,管理模式也相对简单,可以考虑采用中小型的GIS系统平台或者已经商业化的成品软件;对于大型的供水企业,情况就不是这样了。问题有很多:首先是海量数据的存储与管理,其次是软件的效率与安全性,第三是与其他系统的接口与兼容性,最后是系统的升级与功能定制等等,只有大型的GIS系统平台才能满足这些要求。市北公司此次选择ArcInfo作为系统开发平台,并选择oracle作为空间数据引擎的数据库。

ESRI是当前全球最优秀的GIS软件厂商和系统集成商。在其系列产品中,ArcSDE是当前最成熟的空间数据引擎,具有良好的系统稳定性和安全性,同时支持目前各种主流的数据库系统,具有良好的系统开发性和伸缩性。ARCGIS软件平台支持com和java开发,同时提供内置的vba,提供ArcObjects、MapObjects等专业级的开发软件包,其中包含2000多个com组件,具有强大的开放性和扩展性。

三、海量历史数据的数字化 由于各供水企业的管网资料一般都是纸质的或附属于纸质的,因此要实现数字化管理,必须先将纸质图纸电子化。市北公司现有存档近4000张管网象限图纸和10000余张管线竣工图纸,下面以市北公司实现管网资料电子化的过程为例,讲述实现数字化的步骤。

1、纸质资源的扫描

各类图纸的尺寸均不同,有部分图纸的长度还很长,通过A0幅面的工程扫描仪可以实现全部图纸的扫描工作,为实现数据的电子化做好准备。

2、管网象限图的位置配准

根据管网象限图的象限编号,其四个角落的坐标已经是固定的。根据象限的分布规则,首先在ArcMap内绘制一张上海地区全部象限的索引图表,然后利用ArcMap提供的纠正与配准功能对象限图进行位置校准。校准位置后的管网象限图就可以作为背景图开展屏幕数字化的工作。

3、GIS基础模块的运用

根据相关技术标准,首先开发出适合本企业特点的GIS基础模块。按照图形分层和对象类别,在管网象限图已经配准位置的基础上,开展供水管线屏幕数字化的工作。

通过上述方法,可以在短时间内完成供水管线的数字化录入工作,为进一步开展完善GIS系统的工作打下基础。市北公司就是在短短的三个月内完成了全部管网象限图纸的数字化工作。

四、关于GPS数据采集与位置校准

通过屏幕数字化工作,仅仅实现了管网资料的数据入库。由于纸质图纸本来就有管线位置上的偏差问题,数据入库后难免会把这些问题带入GIS系统。因为历史久远,甚至有部分管线找不到任何资料可供参考,所以相应的管线探测与测量工作也应排入工作日程。测量工作传统上采用全站仪等仪器测量的方法,目前也出现了采用GPS来定位管线的新方法。

便携式的手持GPS由于精度较差不做考虑,但是高精度GPS采用RTK的测量模式已经实现了厘米级精度动态实时差分测量,从精度上已经满足了供水行业的需求。但是在实际应用中,这种高精度的GPS受环境的影响很大,在有高架道路或者高层建筑遮挡时,接收机不能接收到定位信息。

所以此次市北公司选择了传统的测量方法,在试点区域内开展了校准管线位置的具体工作。对于专业公司提交的测量成果,我们采用到现场测量管线与建筑物相对位置的方法对其成果开展校核。实践证明这种方法是可靠的,校核误差一般在几个厘米以内,能够满足日常工作的实际需求。

传统的测量方法需要付出的代价也比较高,因此只适合应用于比较重要的管线与阀门等设备;对于街坊管线则完全可以采用“拉搭脚线”的传统办法,根据管线设备与建筑物的相对位置把管线位置校准。

五、利用GIS系统管理业务信息

设备业务信息主要是指针对管网、设备的一些关联业务信息,例如测量信息、操作记录与维修记录等等。对不同的设备有不同的业务信息需要管理,且均为一对多的形式,即一个管段或一个设备往往对应多条业务信息。例如:管线漏水记录、管线爆管记录、管线养护记录、阀门操作记录、阀门维修记录、消火栓测压记录等等,这些业务信息与供水行业有极其密切的关系。由于这些业务信息数据量实在太大,用旧的管理模式根本无法有效管理,事实上造成了许多问题。

曾经有某个地区反映供水能力不足,现场勘测后发现有一个比较重要的阀门被关闭,造成该地区供水问题。经调查原来是工作人员疏忽,断水工程后忘记开启该阀门了。这种情况很有可能会发生,并且事后查处起来的难度也很高。如果把每个阀门的开关记录保存在GIS系统内,今后在查找问题时就缩小了范围,可以有效提高解决问题的效率。

通过管线的养护记录,可以按条件或者按区域查询统计管线漏水问题的趋势和特点,及早发现问题并予以及时处理,有效提高管网管理工作水平。

六、管网供停水情况的模拟

在管网日常管理工作中,本功能可以辅助用户用于模拟分析管网的供停水状态。对不同口径的可操作设备进行打开或闭合的模拟操作,并对操作后的供停水影响范围进行分析,动态着色,将结果显示在管网图形上。用蓝色表示管线处于有水状态,而用红色表示管线处于停水状态。

这项功能今后可以与管网管理系统结合起来,对于计划断水或抢修工程由系统自动或专门人员来模拟阀门的启闭情况。通过管网MIS系统,公司内任何人都可以实时了解管网的供停水情况与原因,对于服务中心的客服人员在回答用户问题时更有实用价值。

七、与帐务系统的连接

对于地下水表可以通过水表的用户帐号实现与帐务系统的数据联接,并在GIS系统内实时查询用水量信息。对于室内套室表,由于在GIS系统内不绘制室内表,这个问题又该怎么解决呢?考虑在每幢楼每个单元的进水管上绘制一个“用户接水点”,相当于一个虚拟的地下水表,然后再建立一个“用户接水点”关键字与室内水表用户帐号连接关系的数据库,即可以实现在GIS系统内实时查询每个套室表的用水量信息。通过比对某小区每个月份监视表的抄见水量与全部套室表的水量总和,即可以实现校对表的校对作用。如下图所示:

该项功能不仅对于管网管理工作具有重要的意义,而且为管网建模计算分配用水量提供了方便,实现GIS和管网模型之间更有效率的结合。

以上是建立供水管网GIS过程中部分需要引起注意的问题和解决方案,希望对于建设供水管网GIS系统提供一些思路和经验。自来水行业有自己的行业特点,GIS的应用者应该包括各基层单位的普通工作人员,而不仅仅是办公室内的管理人员,只有这样才能把GIS真正应用好。

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