自来水管网综合管理GIS系统的设计与建设

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上海市自来水市北有限公司 江敏
上海杰狮信息技术有限公司 徐浩</P>
<P align=left>摘要：本文介绍了上海市自来水市北有限公司管网综合管理GIS系统的概况和开发应用体会。对自来水行业的GIS系统设计与建设中的一些普遍性问题做了讨论，提出了便携GPS设备和手持GIS系统在户外工作领域的应用新思路。</P>
<P align=left>关键词：管网综合管理GIS系统、GIS系统、GPS、手持GIS/GPS系统</P>
<P align=left>一、系统概况</P>
<P align=left>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。</P>
<P align=left>为了适应上海国际化大都市的要求，市北公司把确保安全供水和提高产品质量、工程质量和对外服务质量作为中心工作来抓，确立了“水质以国际水平为准，供应以城市需求为准，服务以客户满意为准”的服务质量目标，企业整体素质不断提高。</P>
<P align=left>自2004年初开始，上海市自来水市北有限公司与上海杰狮信息技术有限公司合作，运用ESRI公司的ArcSDE、ArcGIS Engine、MapObjects、ArcPad和ArcIMS等ArcGIS软件，开始进行上海市北自来水管网综合管理GIS系统的设计与开发工作，对所辖区域内的管网和设施进行了图形与台帐的录入工作，并在数据共享和系统集成的指导思想下，建立了GIS系统与管网水力模型系统、SCADA系统、PERMALOG供水管网漏水监测系统、用户数据库系统的数据接口，为生产工作提供了GIS空间分析、设备设施管理、客户服务等功能，应用涵盖了包括工程、运行、维护、客户服务等多个部门，初步形成了一套适合自来水管网管理的GIS应用系统。</P>
<P align=left>二、系统框架设计</P>
<P align=left>在系统的总体结构设计上，我们发现，如果运用传统的客户机/服务器（C/S）模式、浏览器/服务器（B/S）模式可以有助于分解事务，提高服务器和客户端的处理速度，也可以保证数据的安全性、共享性；但同时我们也注意到，在供水行业的生产运行工作中，户外工作相当频繁，而在户外工作中又涉及到大量的设备信息与图纸文档信息的查询与统计；户外工作的同时，也不可避免地产生大量的更新数据。这些都是在以往的C/S、B/S体系框架下所无法满足的，因此，我们在此次的系统总体框架设计上引入了Mobile/Server（M/S）的概念，建立了全新的C/S、B/S、M/S相混合的系统框架。M/S是Mobile/Server的简称，是传统的C/S、B/S应用体系的延伸，它结合GIS、GPS和GPRS/CDMA前沿技术，把GIS的应用由有线向无线延伸，由室内向户外延伸，由桌面向掌上延伸，将GIS的信息服务带到了工作的现场，在为管理决策者服务的同时直接为具体的生产实践服务。 </P>
<P align=center><a href="http://www.esrichina-bj.cn/library/image/water1..gif" target="_blank" ><IMG src="http://www.esrichina-bj.cn/library/image/water1.gif" border=0></A></P>
<P align=left>在C/S、B/S、M/S相结合的框架结构上，我们又对系统的内部功能进行了模块化设计，确保在系统各功能模块开发完成后，完全可以依据生产管理的流程选择不同的模块或组件进行组合，通过设置模块的功能和模块之间的关系满足不同的管理需求。这样有助于提高软件的可靠性、可继承性、可维护性和可扩充性，真正在系统的建设方面贯彻“整体规划，分布实施”的原则，使得系统按照系统工程的特点分期、分批逐步建设和完善。</P>
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<P align=left>三、系统主要应用功能</P>
<P align=left>根据上海市自来水市北有限公司的业务需求，结合系统的C/S、B/S、M/S的一体化框架设计，我们将管网综合管理GIS系统划分为以下几个应用领域：</P>
<P align=left>1、建立在C/S模式下的GIS桌面应用系统</P>
<P align=left>该模式下的GIS应用系统主要服务于上海市自来水市北有限公司各级业务部门以及下属的供水管理所等基层业务单位，以具有强大的数据编辑、设备设施管理、管网网络分析和辅助决策等功能为特点。它采用了Windows 2000操作系统及ArcGIS Engine、MapObjects软件包，通过内部局域网络访问集中存储于ArcSDE数据库中的各级数据，支持多用户的图形编辑和大数量用户的并发访问，在生产工作中辅助各级工作人员完成对管线数据、设备设施数据、业务运行数据等信息的录入、存储、查询、统计，并在此基础上提供一系列的基于网络拓扑分析的高级应用分析功能。具体包括：GIS基础功能模块、设备业务信息管理、供停水模拟分析功能、接水阀供水范围分析功能、监视表的水量校核功能、最优关阀方案辅助生成及图形化模拟分析功能、桩位影响分析功能、断水通知单管理功能、道路横断面分析功能、用户数据处理和查询功能、SCADA实时信息处理功能、与PERMALOG供水管网漏水监测系统的数据接口和辅助分析功能 、与Wallingford水工业智能模拟软件的数据交换和辅助分析功能等。 </P>
<P align=left>2、建立在M/S模式下的手持GIS/GPS户外应用系统</P>
<P align=left>在上海市自来水市北有限公司的生产过程中，户外工作相当频繁，而在户外工作中又涉及到大量的设备信息与图纸文档信息的查询与统计，同时户外工作中也不可避免地产生大量的更新数据。建立在M/S模式下的手持GIS/GPS户外应用系统正是针对户外的工作现场，将室内的信息系统进行延伸，为现场工作人员提供强大的现场应用服务。</P>
<P align=left>我们利用ESRI公司ArcPad软件并结合先进的GPRS无线数据传输技术，为现场工作人员提供图形浏览、设备信息查询、业务信息管理、现场辅助测量、GPS辅助定位、现场数据采集、阀门操作单电子化流转管理、GPS实时监控等丰富功能。</P>
<P align=left>在为户外工作提供强大的数据支持同时，手持GIS/GPS应用系统也为室内的工程管理人员提供着强大的现场指挥和现场工作调度功能。一方面他们可以对现场的移动终端进行实时监控，了解他们的实时位置和行动轨迹，查询当前工作状态，另一方面还可以方便地进行点对点的信息传输，动态发布工作指令，确保对现场的及时、有效的工作管理。</P>
<P align=left>3、建立在B/S模式下的WebGIS应用系统</P>
<P align=left>该系统主要服务于上海市自来水市北有限公司各级管理人员和业务查询人员，使他们在不安装应用系统客户端的情况下，也可以通过WEB浏览器，实现对管网数据的图形浏览、设备资料查询统计、业务资料查询等功能，极大地方便了他们的工作。</P>
<P align=left>四、开发和应用的一些体会 </P>
<P align=left>1、需要在管理上和技术上双重保证GIS系统数据的动态管理</P>
<P align=left>强大的数据支持是一个成功的GIS应用系统不可或缺的重要因素，全面、及时、准确的业务数据是系统建设的“血液”。在系统建设之初，我们就把建立一个有效的数据维护流程机制放在一个重要的位置，在管理上和技术上对它进行“双保险”。</P>
<P align=left>在管理上，上海市自来水市北有限公司在项目启动的同时，就组成了项目领导小组，配备了熟悉现场、熟悉业务的工作人员负责图形数据的校对与编辑，并且相继制定了一系列图纸管理规定和考核办法，在工作流程和制度上来控制、保证GIS数据的准确性和时效性。</P>
<P align=left>在技术上，一方面通过专门的探测队伍，配备探测仪、全站仪、GPS等探测仪器，对试点区域进行地下管线的全面排摸，调查和绘制最新的现场管网图形数据，保证数据来源是最新的和准确的。系统有针对性地建立了对外业探测数据自动转换处理功能，GIS系统可以直接对这些数据进行无缝转换，并存储到ArcSDE中。</P>
<P align=left>另一方面，对于勘测区域以外的大量阀门、水表等设备，如果没有进行过勘测，而且附近市政设施变化又比较大的区域，现场工作人员很难用以往的设计图纸做参照物来标示这些设备，此时，工作人员在工作的现场便可以利用手持GIS/GPS系统，直接借助便携式GPS仪采集设备位置，利用掌上电脑编辑和维护相关管网和设备的资料，确保了系统数据的动态更新。把以往户外工作现场这块“信息孤岛”与室内的完整信息系统进行了有机地连接，荒岛不荒，孤岛不孤。</P>
<P align=left>另外，对上海市自来水市北有限公司原来已经拥有和使用中的工程图纸，系统采用图纸扫描的方法，建立一个工程图纸影像资料库，图形编辑人员可以借助工程图纸影像资料为背景来进行管网数据的维护与编辑。系统采用图形的无缝拼接技术，确保编辑过程的高效和灵活。</P>
<P align=left>2、必须考虑与其他外部系统建立全面的数据集成</P>
<P align=left>作为一个动态的管网综合信息系统，与其他相关业务系统的集成也是关键。系统在建设的初期，我们便考虑到与上海市自来水市北有限公司目前已经投运和正在实施的用户数据库系统、SCADA实时数据采集系统、PERMALOG供水管网漏水监测系统、Wallingford水工业智能模拟软件系统的数据接口，在基础数据和业务数据上实现最大限度的结合。</P>
<P align=left>良好的数据接口和数据集成将有助于各个信息系统发挥所长，提高用户整体应用水平。例如我们在与Wallingford水工业智能模拟软件系统的接口处理过程中，就确定由GIS系统直接按照双方的数据接口生成它所需要的网络拓扑结构，并整理出相应的基础台帐数据，供模型的高级计算分析使用，而模型的计算结果又通过数据接口传递回GIS系统，利用GIS系统良好的用户界面进行展示，并对GIS的高级辅助分析功能进行数据支撑。</P>
<P align=left>3、注重对户外工作现场的GIS应用支持</P>
<P align=left>像自来水公司这种户外工作相当频繁的用户，必须在GIS的应用系统建设过程中充分考虑对户外工作现场的GIS应用支持，只有这样，才能使系统成为一个真正实用的系统，真正为实际工作服务。基于ESRI的ArcGIS基础上建立M/S体系的GIS应用，可以有效解决在户外现场的工作需求以及现场指挥对GIS的需求，有助于提高现场数据采集速度、提高应急反应的处理效率。</P>
<P align=left>例如在以往的工作中对爆管抢修决策方面，往往是由经验丰富的工作人员在事故现场进行爆管分析，定位速度慢，准确性低，不能及时把现场准确位置发给指挥中心，也不能及时查询相关设备的台帐信息。如果遇到某些阀门出现故障，需要扩大停水区域时，很难快速进行关阀方案的再次制定。而开始使用手持GIS/GPS系统后，位于室内的指挥人员可以实时了解现场工作人员的方位、行动轨迹和目前的工作任务，合理安排抢修人员在最短的时间内抵达事故现场。而抢修人员在到达现场后就可以利用GPS进行准确定位并借助GPRS无线数据传输进行现场数据的上传和周边设备资料的调阅。服务中心利用上传的数据进行快速、准确地最优关阀方案分析，显示受影响的用户，得出最佳操作方案，然后无线传输到抢修现场的终端设备，大大加快了公司对爆管事故的反应速度，缩短了修复时间，减少了对用户的影响，降低了水量损失，从而取得显著的经济和社会效益。</P>