供水管網(wǎng)地理信息GIS系統(tǒng)
功能簡介
供水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是現(xiàn)代化城市的“生命線”， 它就像人體內(nèi)的“神經(jīng)”和“血管”，日夜擔(dān)負(fù)著送水的工作，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，被稱為城市的“生命線”。由于具有其隱蔽性、系統(tǒng)龐大和運(yùn)行的復(fù)雜性，如何充分利用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)(城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃)提出的供水企業(yè)要達(dá)到“二個(gè)提高、三個(gè)降低”(即提高供水的安全可靠性、提高供水水質(zhì)；降低能、藥耗和漏耗)的要求，是管網(wǎng)管理現(xiàn)代化進(jìn)程的關(guān)鍵步驟。
改革開放以來的20年中，城市供水企業(yè)的水廠建設(shè)取得了長足進(jìn)步，長期以來困擾我們的水量供需矛盾逐步緩解，并且很多城市在供水能力方面開始有所超前。同時(shí)，在進(jìn)行城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和管理工作中，由于沒有完整準(zhǔn)確的供水管線信息，就會(huì)變成“瞎子”，到處碰壁，寸步難行，甚至造成重大損失。業(yè)內(nèi)人士開始普遍關(guān)注供水管網(wǎng)，希望加大管網(wǎng)建設(shè)、改造及管理的力度，特別是對現(xiàn)有的管理工作加以改進(jìn)、提高、深化，以解決管網(wǎng)上長期存在的諸多問題，更好地滿足城市的水量、水質(zhì)、水壓及城市消防、安全供水的要求。
面對大量的浩繁的供水管線數(shù)據(jù)與地理信息，從供水企業(yè)管網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際出發(fā)，需要采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)建立一個(gè)城市供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)代的GIS技術(shù)非常適宜于解決這個(gè)問題?；诟鞣N測繪數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)建立的城市地下綜合管線信息系統(tǒng)，可以靈活地管理城市中各類管線信息，并為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理提供一種有效的計(jì)算機(jī)輔助決策手段。
系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：在供水企業(yè)內(nèi)形成以數(shù)據(jù)管理為核心，以管線業(yè)務(wù)所包含的空間信息和非空間信息為資源，以規(guī)劃控制信息和規(guī)劃法律法規(guī)為依據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫的管理、查詢、統(tǒng)計(jì)和GIS的空間分析、數(shù)學(xué)分析模型等為城市規(guī)劃管理工作提供決策支持和輔助辦公工具，提高管理水平。
總體目標(biāo)如下：
? 建設(shè)全市范圍內(nèi)的準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、高效、共享的供水管線數(shù)據(jù)庫 。
? 建立管線數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)監(jiān)理機(jī)制與實(shí)施規(guī)范。
? 建設(shè)管線數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)。
? 建立管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新機(jī)制。
? 建立管線數(shù)據(jù)的共享機(jī)制，可以為供水各行業(yè)軟件及其他兄弟單位提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，為數(shù)字城市建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。
系統(tǒng)特點(diǎn)
多數(shù)據(jù)庫支持
采用通用數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，在程序內(nèi)部，分別針對Oracle、SQLServer、Access數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)庫支持。
多圖形平臺支持
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和訪問接口不局限于某種特定的圖形平臺的格式，而是遵循OpenGIS規(guī)范，采用Simple Features COM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問（ESRI、Intergraph、MapInfo公司都是該規(guī)范的參于制定者，所以能夠很好地支持該技術(shù)）。另一方面，項(xiàng)目遵循計(jì)算、表現(xiàn)模塊分開設(shè)計(jì)、分開實(shí)現(xiàn)的原則，沒有把所有代碼都綁定到某種圖形平臺上，也為支持多圖形平臺打下了基礎(chǔ)。
AutoCAD和GIS系統(tǒng)無縫集成
項(xiàng)目能夠做到AutoCAD和GIS系統(tǒng)無縫集成，一般的設(shè)計(jì)人員在AutoCAD上進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠直接調(diào)用項(xiàng)目的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，及相關(guān)分析方法。而平常管理、調(diào)圖、查詢、分析時(shí)，可以在通用地理信息GIS環(huán)境中進(jìn)行，如MapInfo、ArcGIS等。這一點(diǎn)是基于項(xiàng)目的“多圖形平臺支持”功能實(shí)現(xiàn)的。
管網(wǎng)查詢
以地名庫、道路庫當(dāng)作定位數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，也可以由用戶手工定位到某區(qū)域，然后顯示該區(qū)域內(nèi)的圖形。圖形數(shù)據(jù)是分層管理的，在不同比例下看到的內(nèi)容不一樣，比例越大，看到的內(nèi)容越詳細(xì)，比例越小，看到的內(nèi)容越粗略，從而保證了圖形查詢速度。配合合理的數(shù)據(jù)庫索引，即使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有幾十個(gè)GB，客戶端的操作也能很快得到響應(yīng)。
繪橫斷面
用戶在要查看橫斷面的地方畫一條線，程序求出所有和該線相交的管線，獲得它們的管徑、高程、埋深等信息，再結(jié)合道路庫的道路信息，或者地形圖道路層上的數(shù)據(jù)，繪制出橫斷面圖。
繪縱斷面
用戶選擇要查看縱斷面的管段（必須是連續(xù)的），程序求出和這些管段相交的其它管段，獲得它們的管徑、高程、埋深等信息，繪制出縱斷面。
關(guān)閥分析
確定爆管點(diǎn)后，根據(jù)管網(wǎng)模型，從該點(diǎn)向周圍搜索和該點(diǎn)有連接關(guān)系的所有管段，以及這些管段上的閥門，如果在某管段上找到閥門，并且該閥門狀態(tài)為可用，就把該閥門狀態(tài)設(shè)為需要關(guān)閉，不再繼續(xù)向前搜索，轉(zhuǎn)而去搜索其它管段，依次類推，直到找出所有需要關(guān)閉的閥門。二次關(guān)閥是因?yàn)槟承╅y門失效，或找不到，不能關(guān)閉，此時(shí)把這些閥門狀態(tài)改成失效，再次進(jìn)行關(guān)閥分析即可。
管網(wǎng)模型
建立模型可以解決以往難以解決的問題，如：了解管網(wǎng)的性能、解決管網(wǎng)異常、評價(jià)現(xiàn)有管網(wǎng)的供水能力、評價(jià)新水源選擇方案、降低水泵運(yùn)行費(fèi)用、管網(wǎng)事故（如爆管）時(shí)的應(yīng)急對策、診斷供水事故原因并提出解決方案、水防時(shí)流量和壓力的可靠性及對策。
給水管網(wǎng)系統(tǒng)建模，是為模擬管網(wǎng)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的過程，模擬內(nèi)容主要有三個(gè)方面：
（1） 圖形模擬
將復(fù)雜的給水管網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入計(jì)算機(jī)，拼組成一個(gè)能實(shí)現(xiàn)模擬的管網(wǎng)圖形。這些都是凈態(tài)數(shù)據(jù)。
（2） 狀態(tài)模擬
包括隨時(shí)間變化的管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)流量、受水壓及管道敷設(shè)年限影響的管道漏失量；高位水池水位隨時(shí)間變化的影響；閥門開啟度對通水量的影響等。這些都是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。狀態(tài)模擬的目的在于管網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)建立并通過求解管網(wǎng)狀態(tài)方程，進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算。
（3） 參數(shù)模擬
對不隨時(shí)間變化的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和模擬。例如，管道阻力系數(shù)，新舊管道不同，不同敷設(shè)年限的舊管道也不盡相同，所以需要對這些參數(shù)進(jìn)行模擬。
需要用到的方程組、公式、數(shù)學(xué)模型：
節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程、環(huán)能量方程、管段壓降方程、海曾-威廉公式、柯爾勃洛克-魏特公式、基因遺傳算法（根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)優(yōu)化模型參數(shù)）
水量分布分析
借助系統(tǒng)中的水表和營業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的鏈接實(shí)現(xiàn)，然后不同的水量用不同的色塊表示即可。
管網(wǎng)壓力異常分析
鏈接各測壓點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過一些數(shù)學(xué)分析方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)壓力異常的區(qū)域。
爆管預(yù)測分析
通過對管道的環(huán)境條件及使用條件（管材、管齡、供水壓力、流量）進(jìn)行分析，結(jié)合對大量爆管數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測某管段的爆管概率。
爆管分析
采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對管網(wǎng)進(jìn)行跟蹤分析，將“某點(diǎn)爆管”與“給水管網(wǎng)運(yùn)行工況信息”之間的隱含關(guān)系映射出來，從而在管網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控中對爆管進(jìn)行分析和定位。
