廖敏輝 吳玉琴 張鉞
廣州市自來水公司荔灣供水管理所

　　摘　要 本文介紹了廣州市供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)的總體目標、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、開發(fā)的功能以及一年多來的應用情況，并講述了系統(tǒng)建立后存在的問題以及相應的解決辦法。
　　關鍵詞 供水管網(wǎng)；地理信息系統(tǒng)；系統(tǒng)功能：應用情況

1．引言

　　供水管網(wǎng)是城市地下基礎設施的重要組成部分，也是構(gòu)成供水企業(yè)的主要資產(chǎn)成分。廣州市自來水公司是一個具有九十多年歷史的國內(nèi)特大型供水企業(yè)，隨著廣州市經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市基礎設施建設的發(fā)展帶動了廠州市供水管網(wǎng)建設的迅猛發(fā)展。早在上世紀九十年初提高水廠生產(chǎn)能力解決了城市供水需求量的矛盾后，自來水公司領導就意識到相對落后的城市供水管網(wǎng)將成為制約供水服務質(zhì)量的新瓶頸，造成有些老城區(qū)居民用水仍存在問題，而水廠有水供不出去，為了解決這 問題，廣州市自來水公司采取了一系列的措施，一方面，加大對老城區(qū)舊管網(wǎng)改造的投資力度；另一方面，加強對供水管網(wǎng)GIS的研究開發(fā)，選取以荔灣區(qū)為中心進行供水管網(wǎng)GIS的開發(fā)試點應用，試通過GIS技術，大大地提高供水管網(wǎng)科學管理和決策水平，從而提高對外服務質(zhì)量。

2．系統(tǒng)總體目標

　　供水管網(wǎng)屬于地下基礎設施，具有隱蔽性的特點，而且管網(wǎng)中水力的運行具有不可預見性，因而在管網(wǎng)建設和管網(wǎng)維護上對圖籍資料的依賴性非常大，供水管網(wǎng)的規(guī)劃、設計、施工、監(jiān)理、調(diào)度、搶修都絲毫離不開圖籍資料。在眾多的工程圖紙資料中整理出一套反映供水管網(wǎng)現(xiàn)勢的、實時的管網(wǎng)圖，并利用該管網(wǎng)圖來指導自來水公司管網(wǎng)建設和管網(wǎng)維護顯得非常重要。
　　供水管網(wǎng)GIS是建立在計算機上以實時動態(tài)的供水管網(wǎng)現(xiàn)勢圖為基準的，能夠處理以供水管網(wǎng)為核心內(nèi)容的空間信息和各種相關信息的一個綜合信息系統(tǒng)，對供水規(guī)劃、設計、調(diào)度、搶修和圖籍資料的檔案管理提供強有力的科學決策依據(jù)，實現(xiàn)分析決策的全計算機操作過程。整個系統(tǒng)建成后將達到如下目標：
　　●廣州州市全市范圍內(nèi)管阿圖籍資料的計算機管理；
　　●能夠快速提供準確的搶修、施工方案決策支持；
　　●查詢各種供水管網(wǎng)信息，提供標準的規(guī)劃、設計圖紙；
　　●網(wǎng)絡功能實現(xiàn)中心與廠作站的信息聯(lián)絡；
　　●實時有效的管網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測分析，提交供水調(diào)度決策支持；
　　●管網(wǎng)運行狀態(tài)分析，對規(guī)劃、設計和現(xiàn)勢管網(wǎng)作出適當?shù)脑u估：
　　●統(tǒng)計和發(fā)布各種供水信息。

3．開發(fā)情況

3．1 數(shù)據(jù)來源
　　全部管網(wǎng)數(shù)據(jù)由廣州市規(guī)劃局提供的地下管線普查數(shù)據(jù)，管線特性點都有X坐標，Y坐標，地面標高，地下管線頂部標高等測量數(shù)據(jù)，為供水管網(wǎng)比較準確而現(xiàn)勢的空間信息，但管網(wǎng)圖上部分管線專業(yè)性質(zhì)不清，管線空間連接關系不正確或沒有建立連接關系，管線特性點的屬性不詳，難以區(qū)別廢棄管和正常管線，需要核對現(xiàn)有的工作藍圖、查竣工檔案、比較現(xiàn)場采集的閥門相對位置圖，把管線附屬設備區(qū)分出來，校正管線的連接關系，把校正后的數(shù)據(jù)輸入GIS空間數(shù)據(jù)庫。
　　規(guī)劃局提供的地形數(shù)據(jù)只有道路兩側(cè)5米范圍內(nèi)的地形數(shù)據(jù)，稱為5米條帶數(shù)據(jù)，建立起地形圖庫。由于帶狀地形以外的地方，沒有地形數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)字化現(xiàn)有的工作藍圖作為候選地理背景圖，組成柵格圖象庫。
　　規(guī)劃局提供的管網(wǎng)數(shù)據(jù)如管線和管線上的閥門、消防栓、堵頭、漸縮管等附屬設備，沒有屬性，有些管線和附屬設備缺失，需要通過查閱相關檔案資料，將屬性數(shù)據(jù)逐一核對出來，作為建立屬性庫的基礎數(shù)據(jù)。
3．2 信息要素
　　地理信息要素：區(qū)界線、區(qū)名標號、鐵路、道路、道路名標號、街巷名標號。水體邊界線、水體名標號、建筑物外廊、建筑物名標號、門牌號、房屋結(jié)構(gòu)標號、籬笆、圍墻、圖根點、天文點、水準點、三角點、導線點。
　　供水專業(yè)信息要素：管段、閥門、消防栓、分支節(jié)點、水表、堵頭封板、排氣閥、排水閥、加壓泵站、水廠、測壓點、測流井、重點用戶。
3．3 系統(tǒng)構(gòu)成
　　供水管網(wǎng)GIS采用德國西門子利多富公司的SICAD/OPEN軟件開發(fā)而成，其中包括BASE、NETZ、RBS、SINCAL、IMS模塊，軟件系統(tǒng)如下圖所示：

供水管網(wǎng)信息系統(tǒng) METZ RBS SINCAL IMS SICAD/OPEN-BASE ORACLE數(shù)據(jù)庫

　　硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

3．4開發(fā)的功能
3.4.1 調(diào)圖
　　．按鼠標定義的區(qū)域調(diào)入管網(wǎng)圖；
　　．按道路、重點單位檢索調(diào)入管網(wǎng)圖：
　　·按1：500或1：2000比例尺的圖幅號調(diào)入管網(wǎng)圖；
3．4．2 一般圖形顯示和分層顯示功能
　?。话銏D形顯示功能包括：①中心放大；②中心縮??；③窗口放大；④平移；⑤前移窗日；③恢復原圖；①視圖刷新；③鼠標容差調(diào)節(jié)：③顯示重點單位；⑩點方式查詢顯示。
　?。謱语@示功能：將管網(wǎng)設備和地理數(shù)據(jù)分別放于不同的層，共有兒十層，你可以按需要用鼠標點擊顯示或關閉或設置這些層。常用的主要有以下幾大類，由各大類再細分若干層：①管線按口徑大小分層；②各種管網(wǎng)設備分層；③5米條帶地形數(shù)據(jù)；④1：1萬地圖；⑤柵格背景顯示。
3．4．3 查詢檢索功能
　?。醋远x條件進行綜合管網(wǎng)設備（如管線、閥門、消防栓等）信息查詢，如：①按街巷路名查詢；②按年代查詢；③按管徑查詢；④按管材查詢：⑤按鼠標定義的多邊形區(qū)域查詢等等，可按單條件查詢，也可以按自由組合條件進行查詢。
　?。a(chǎn)生查詢報表以及按報表反向查圖功能。
3.4.4 統(tǒng)計功能
　?。哂杏捎脩羧我膺x擇范圍統(tǒng)計的功能：
　　．按道路、安裝時間、材質(zhì)、口徑、日徑＿材質(zhì)＿時間段等條件進行管長統(tǒng)計；
　　．按道路、安裝時間、口徑、類型、口徑_時間段等條件進行閥門數(shù)據(jù)統(tǒng)計；
　?。浪?、排水閥等管網(wǎng)附屬設備的綜合統(tǒng)計；
　?。c統(tǒng)計；
　　某些統(tǒng)計應用中的直方圖和餅圖功能。
3．4．5關閘和擴大關問方案及網(wǎng)絡分析
　　如果出現(xiàn)水管爆漏，只要用鼠標點管線上的爆漏點，系統(tǒng)就能能顯示出受影響的管段和地區(qū)，給出關閘方案，并顯示出所有應關的閥門，輸出關制報表和關制圖和因關制影響停水的重要用戶信息。如果應關的閥門不能關閉止水，還可以給出外圍的擴大關問方案，并向受影響的用戶發(fā)出停水通知。
　　對給出的關閉圖，如果閥門位置比較難找或閥門卡表達不清，可以現(xiàn)場制作閥門的綁點圖；
　　對管網(wǎng)進行模擬仿真分析，顯示管線的連接情況和供水狀態(tài)。
3．4．6 標注和測量功能
　　標注的設置、增、刪、改功能：標注管線的管徑、管長、自由標注等等：
　　測量功能，主要用于管線的相對距離和閥門等附屬設備的綁點等。
3．4.7 繪圖功能
　　繪制與規(guī)劃局一樣的有四角點座標和圖框標準的1：500和1：2000的管網(wǎng)圖；
　　繪制用鼠標任意框出的區(qū)域管網(wǎng)圖，并按任意比例輸出所選的層的圖形；
　　繪工改圖、竣工圖、閥門消防栓冊頁圖等。
3．4.8 數(shù)據(jù)更新維護功能
　　可按坐標方式也可按以前手工所用的相對位置方法對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行增、刪、改；
　　可按單個設備也可按批量數(shù)據(jù)方式進行管網(wǎng)數(shù)據(jù)的增、刪、改；
　　地名信息的更新功能。
3．4.9 任務管理
　　在工作站上建立自己的工作任務，用文件方式對圖形進行設計、修改、查詢、爆管分析等管理操作（所有GIS功能都可以用），但不影響庫里的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可按不同用戶的需要進行任意的操作。
　　自動記錄調(diào)圖時間、范圍、主機號、用戶名和讀寫情況，以使用戶和管理員明確圖形使用狀態(tài)。
　　任務的存儲、恢復、修改、回調(diào)等功能，提高圖件的訪問速度。
3．4．10 系統(tǒng)管理功能
　　系統(tǒng)環(huán)境變量的修改；
　　用戶權限的設置；
　　數(shù)據(jù)的備份和交換功能；
　　有Windows標準的聯(lián)機幫助功能。
3．4．11 網(wǎng)上發(fā)布功能
　　整個公司的任意部門都可以利用上網(wǎng)軟件（如Internet Explorer），查看動態(tài)的管網(wǎng)信息，即前一分鐘修改過的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，后一分鐘其他部門在網(wǎng)上就可看到最新修改過的數(shù)據(jù)。
　　 平時修漏部的關問方案圖和工程開叉關閥圖在網(wǎng)上進行發(fā)介，方便各部門知道何時何地進行關閥而導致用戶缺水，及時解答用戶的疑問。

4．管網(wǎng)信息系統(tǒng)的實際應用

　　廣州市供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)（荔灣）自2000年3月正式應用于生產(chǎn)以來，至2001年8月底，共己提供各式查詢服務1653次，其中工改設計767次、修漏469次、開叉接駁344次、閥門查找92次、探漏6次、閥門普查3次、消防栓普查1次、閥門區(qū)冊1次7000多張，共提供大小不同的彩色管網(wǎng)圖16500多張。
2．1 系統(tǒng)管理的信息
　　至目前為止，荔灣所供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)管理的是荔灣所管轄范圍內(nèi)所有口徑的管網(wǎng)數(shù)據(jù)（包括管段、閥門、消防栓、漸縮管、培管、水表（DN100以上）等共十七項管網(wǎng)設備）和5米條帶地形數(shù)據(jù)（即只有道路兩旁5米內(nèi)的地形），每一個管網(wǎng)設備和地形都用三維坐標準確定位。
2．2 系統(tǒng)應用的部門
　　該系統(tǒng)除應用在荔灣所內(nèi)部設計審批組、閥門組、修漏一二組、缺水組、巡管線組、拆換表組和檢修組共八個組外，還應用于所外的二＿程公司、勞服公旬、管道隊、工貿(mào)公司、用戶發(fā)展科等管網(wǎng)設計安裝部門。
2.3 部分應用實例
　　管網(wǎng)設計方面：在1999年國慶節(jié)前，因任務緊，公司要求在3個工作日內(nèi)上交幾十份內(nèi)街管設計圖，我所在用GIS系統(tǒng)出設計底圖情況下，順利完成公司下達的任務。而且，用GIS 出的設計圖有比例、有地形背景（房屋邊界、門牌號等），所有管網(wǎng)設備和背景信息都準確地顯示出來，改變了以往手工的無比例、無地形的設計出圖方式。
　　爆管搶修、關閥方案制定方面：2000年初，西槎路DN600閥門漏水，我所就是用GIS制定的關問方案提供給閥門組，由于要關的閥門從廣佛高速公路一直到聚龍工業(yè)區(qū)，范圍相當大，GIS系統(tǒng)只用4張A3紙就將這一帶的管網(wǎng)和地形背景打印出來了。這在以前，要將這么大范圍的管網(wǎng)和地形背景都準確畫出來，個知要花費多少時間。
　　查找閥門應用：在內(nèi)環(huán)路工程中，許多閥門被埋，巡管線組用以前藍圖上和閥門卡片上的綁點距離都找不到閥門，因為以前用來綁點的地形背景被拆了。后來，用GIS出的綁點距離才找到荔泉酒店前的閥門。在日常生產(chǎn)應用中，由于地下管線及其附屬設施經(jīng)常被掩埋，如果沒有準確的資料，尋找起來相當困難和盲目的，GIS上的管線、閥門是建立在大地坐標系上的矢量化空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進入系統(tǒng)后就被牢牢鎖定，不受地面情況的限制，通過GIS提供的信息，可以將閥門位置準確地定出來。
　　·工程開叉接駁時關閥方案制定方面：這方面的應用有許多例子：如澤德花園修漏、流花路開叉接駁、大同路開叉接駁等，我所都是用GIS出的關閥圖。通過GIS系統(tǒng)模擬關閥，可以準確地分析出需要關閉閥門，操作員只需作簡單的核對工作就可以了，避免了人工分析出現(xiàn)的錯漏現(xiàn)象造成延誤施工時間。
　　·探漏方面：上貿(mào)公司探漏人員在探出暗漏卻確定不了是哪條管漏水時，他們是用GIS出的管網(wǎng)圖來確定漏的管段。例如七月初在探環(huán)市西路與站南路交義口漏點時，他們在現(xiàn)場探的管線情況與提供的圖紙怎么都對應不上，后來專門派人來GIS查圖，發(fā)現(xiàn)GIS中的管網(wǎng)設備與現(xiàn)場探的管線情況一致，大大加快了漏點管段的確定。
　　·閥門普查方面：根據(jù)公司要求，荔灣所要對本所共4000多個DN100mm以上口徑的閥門進行普查，GIS資料人員將整個荔灣所管網(wǎng)圖分路段打印、并把該路段所有閥門的屬性打印成一張表格粘在管網(wǎng)圖后面，大大加快閥門普查進度。
　　·消防栓普查方面：消防栓普查時，都是按小區(qū)來分片查找的，如果按以前的方式，要帶幾十張藍圖、且要接邊許多圖才能知道一個小區(qū)內(nèi)有多少個閥門、具體位置在哪。但用GIS出圖，整個鵝掌坦只用了一張A3紙就將管網(wǎng)和地形打印出來了。荔灣所西灣路、西槎路的消防栓普查都是用GIS來提供圖紙的。
　　·閥門區(qū)冊卡的打印：根據(jù)公司閥門區(qū)冊巡查制度的推開，荔灣所應用GIS打印閥門、消防栓、排水閥、排氣閥、測流閥區(qū)冊卡，該卡與白云所不同的是：不僅正面有閥門或消防栓的地址、用途、口徑等信息，背面還有按l：500比例輸出的彩色管網(wǎng)圖，這樣就可以根據(jù)比例量出該閥門與任意地形的綁點距離，而且還有該閥門周邊半行距離為30米的所有管網(wǎng)和地形情況，加速查找閥門的速度。

4．存在問題及解決辦法

　　GIS數(shù)據(jù)的動態(tài)管理問題：通過建立GIS系統(tǒng)時的資料整理，核對出荔灣區(qū)域范圍內(nèi)約有3000多處有疑問的管線數(shù)據(jù)，這些管線數(shù)據(jù)需去現(xiàn)場進行探查核實，保證數(shù)據(jù)的準確率。另外新竣工的管網(wǎng)和地形需現(xiàn)場探查測量，提高數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。這些問題是建立GIS系統(tǒng)時才遇到的。我們采取了以下解決辦法：首先購買了GPS、探管儀、全站儀等勘探測量儀器，然后建立了GPS控制網(wǎng)和常規(guī)測量控制網(wǎng)，組織成立了野外勘探測量小組，建立了廣州市自來水公司供水管網(wǎng)勘探測量規(guī)范，從人員、儀器、資金、制度上保證了管網(wǎng)數(shù)據(jù)的動態(tài)性。
　　剛開始GIS系統(tǒng)管理的只有DN100以上的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，它對于查國、關閥方案制定等一般配水業(yè)務已經(jīng)足夠，但它與手工管理的資料比還差DN100以下的管線數(shù)據(jù)。
　　于是我們采取掃描數(shù)字化方法將DN100以下的管線錄入GIS，完善了供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)。
　　GIS中只有5米條帶地形數(shù)據(jù)，地形信息不夠齊全且格式落后，造成系統(tǒng)效率降低，需要完善地形數(shù)據(jù)才能實時反映真實的信息。我們認為，向廣州市城市規(guī)劃設計院購買完善的電子地形數(shù)據(jù)是 個快簡而完美的解決方案；
　　需要建立一套新的管理機制和管理架構(gòu)，使GIS與圖檔資料等配水管理有機結(jié)合，才能適應新技術的實施應用，GIS運作過程涉及管線數(shù)據(jù)采集，不要公司統(tǒng)一發(fā)文、施工單位協(xié)助及有關資料的及時歸檔。
　　GIS管理的數(shù)據(jù)量相當龐大，所用計算機的內(nèi)存、硬盤較大，CPU速度要求高求高，對以后數(shù)據(jù)不斷擴充的海量數(shù)據(jù)管理，當前服務器和工作站的硬件對滿足GIS性能仍有所欠缺，對將來全）廣州市的管網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中管理仍有待于計算機整體性能的提高。屆時，可以適時、分批、分步地對計算機硬件進行更新，以滿足整個廣州市管網(wǎng)GIS的管理功能要求。