張宏偉 儲誠山(天津大學(xué)環(huán)境工程系)
吳光紅(中國市政工程華北設(shè)計研究院)

　　城市管網(wǎng)的功能會因各種類型的故障而破壞，其中因管材和管接頭損壞而引起的管線故障是最經(jīng)常和最嚴(yán)重的。如何快速、準(zhǔn)確地找出事故點(diǎn)的位置，及時調(diào)度閘門，使維修時間最短、停水區(qū)域最小、關(guān)閉的閘門最少，即閘門的優(yōu)化調(diào)度問題，成為保證供水可靠性的關(guān)鍵所在。在多閘門的環(huán)狀管網(wǎng)中，關(guān)閉與發(fā)生事故點(diǎn)有關(guān)管段的方案有許多種，而尋找最佳方案便成為閘門優(yōu)化調(diào)度的中心技術(shù)。
　　對于大型管網(wǎng)，傳統(tǒng)的閘門優(yōu)化調(diào)度方法數(shù)據(jù)錄入量大、易出錯，不能利用管網(wǎng)圖中各圖素已有的數(shù)據(jù)和位置關(guān)系，實(shí)際應(yīng)用中難以獲得事故點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)值。而GIS(地理信息系統(tǒng)，Geogra phical Information System) 技術(shù)支持下的給水管網(wǎng)閘門優(yōu)化調(diào)度正好能彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，而且界面直觀。
　　GIS以空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機(jī)軟硬件支持下對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、分析、顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息。由于GIS能夠建立二維矢量拓?fù)潢P(guān)系，特別是其網(wǎng)絡(luò)分析功能，為給排水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、管理調(diào)控提供了強(qiáng)有力的工具。本文選用美國環(huán)境系統(tǒng)研究所開發(fā)的Arc/Info和ArcView軟件作為支持閘門優(yōu)化調(diào)度的二次開發(fā)軟件。

1 閘門優(yōu)化調(diào)度方法

　　GIS的基本單位為圖層，同一圖層的圖素具有相同的屬性。為了簡化，假設(shè)管網(wǎng)圖為二維圖形。在用AutoCAD數(shù)字化錄入管網(wǎng)圖的過程中，將具有同一屬性的圖素放在同一層里，并以DXF格式輸出圖形文件，經(jīng)Arc/Info轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的圖素圖層，在轉(zhuǎn)化過程中，Arc/Info根據(jù)內(nèi)部標(biāo)識碼自動賦圖素以編號。在ArcView窗口中，建立管網(wǎng)圖項(xiàng)目gw.apr,該項(xiàng)目包含背景圖層、閘門圖層、管段圖層、節(jié)點(diǎn)圖層、消火栓圖層。打開該項(xiàng)目，激活相應(yīng)圖層，即可對該圖層所有圖素的屬性數(shù)據(jù)庫和圖形庫進(jìn)行雙向查尋、檢索、分析等操作；移動鼠標(biāo)，窗口中即可顯示鼠標(biāo)所在位置的坐標(biāo)值。根據(jù)需要，這里只使用管線圖層、節(jié)點(diǎn)圖層和閘門圖層。在Arc/Info環(huán)境下分別提取節(jié)點(diǎn)圖層里的節(jié)點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)值，存放在jd.dat文件里；同樣提取閘門坐標(biāo)值，添加閘門所在的管段號，形成zm.dat文件；輸入管段編號和起、終點(diǎn)編號存放在gd.dat文件中，作為閘門優(yōu)化調(diào)度程序的數(shù)據(jù)源。在提取數(shù)據(jù)源的過程中，避免了人工采集和錄入節(jié)點(diǎn)及閘門坐標(biāo)值。在Visual C++環(huán)境下編寫閘門優(yōu)化調(diào)度程序zmdd.cpp,通過編輯、連接后形成一個程序模塊，將該程序模塊集成到管網(wǎng)項(xiàng)目gw.apr中，通過運(yùn)行該程序模塊，即可進(jìn)行給水管網(wǎng)閘門優(yōu)化調(diào)度。
　　實(shí)際應(yīng)用中，如果管網(wǎng)中某處發(fā)生爆管，首先用戶或巡檢員以電話通知自來水公司有關(guān)部門，系統(tǒng)操作人員根據(jù)用戶反映的街區(qū)名稱，即可通過管網(wǎng)項(xiàng)目里的管網(wǎng)圖和屬性數(shù)據(jù)庫查找相關(guān)圖檔，確定爆管的管段號、管徑、管材和準(zhǔn)確地點(diǎn)，在圖中移動鼠標(biāo)得知事故點(diǎn)的坐標(biāo)值，運(yùn)行閘門調(diào)度程序，輸入事故點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)即可得出閘門優(yōu)化調(diào)度的方案、對應(yīng)關(guān)閉的閘號，通過閘號便能快速地查找與其對應(yīng)的閘徑、閘門型號、安裝年月等閘門屬性，再將這些資料打印出來交給施工人員，以便迅速準(zhǔn)確地準(zhǔn)備材料、進(jìn)入現(xiàn)場搶修。

2 工程實(shí)例

　　圖1為河北省某市局部管網(wǎng)圖圖層，(圖中未顯示背景圖層和消火栓圖層)。在程序編寫過程中，節(jié)點(diǎn)數(shù)NJ、管段數(shù)NG、環(huán)數(shù)NL都采用宏定義，通過改變這三個宏定義和數(shù)據(jù)源，該程序可被任何管網(wǎng)閘門優(yōu)化調(diào)度所通用；根據(jù)Visual C++程序文件的可繼承性，該程序被分為三個程序部分，即數(shù)據(jù)讀取子程序、判斷事故點(diǎn)所在的管段號子程序、閘門調(diào)度主程序，前兩者被后者所調(diào)用，這樣，也使得程序可讀性增強(qiáng)。另外，圖中管段、節(jié)點(diǎn)、閘門等所有編號皆為自動標(biāo)注，是GIS支持下的閘門優(yōu)化調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)之一。
　　閘門優(yōu)化調(diào)度算例：假設(shè)節(jié)點(diǎn)12發(fā)生故障，該點(diǎn)的坐標(biāo)為(1 770.74,1 773.46)，調(diào)用運(yùn)行閘門優(yōu)化調(diào)度程序模塊，執(zhí)行后輸出關(guān)閘方案，即應(yīng)關(guān)閉的閘號為33、34、35，由閘號查詢其對應(yīng)的屬性庫，查詢結(jié)果見圖2。所有過程均在同一窗口中，避免了多窗口切換帶來的弊端。

3　結(jié)語

　　與傳統(tǒng)方法相比，GIS技術(shù)支持下的閘門調(diào)度具有準(zhǔn)確性高、系統(tǒng)建立周期短、成本低、工作效率高等特點(diǎn)，是一種切實(shí)可行的方法。

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作者通訊處：300072 天津大學(xué)建工學(xué)院環(huán)境工程系96研 儲誠山
(收稿日期 1998-07-23)