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摘要：随着城市建设速度的不断加快，供水管网的压力也越来越大，传统的人工手段已经无法适应庞大的供水需求，因此，通过地理信息系统等科技手段，建立完善的城市供水管网系统成为当今社会的必要途径。
关键词：供水管网；供水需求；计算机；地理信息系统
中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)18-4549-02
Geographical System of Water Supply Network in the City
YAO Chun-xia
(Repair Center of Hefei Water Supply Group Co., Ltd., Hefei 230001,China)
Abstract：With the accelerating pace of city construction, Water supply networks is feeling more and more pressure. The traditional manu al method has been unable to adapt to the huge demand for water supply. Therefore, establishing and improving the city water supply sys tem, which used the geographic information system technology, is a necessary way in today’s society.
Key words：water supply network; water demand;computer; geographic information system
当今社会，计算机网络技术已经大量融入人们的生活、工作以及企业、政府的信息化建设中。地理信息系统作为计算机技术的其中一种，在城市建设、地理勘探、供电供水等各方面都起着不可或缺的作用。
地理信息系统（GIS）是利用计算机的输出、输入、查询，并结合数据库技术对地理信息进行分析的一门综合性技术，以地理空间数据位基础，通过系统建立、空间操作与模型分析，为企业管理、城市规划等提供有效的信息。从上世纪70年代起，国际上开始把这门技术应用于城市建设。而随着中国经济的发展，从上世纪90年代开始应用于中国的城市建设。
城市供水管网对于一个城市的日常生活、生产和各项设施来说，起着至关重要的作用，一旦发生中断或者混乱，将造成无法估计的影响和损失。目前，国内很多城市的供水公司都采用地理信息系统（GIS）建立了供水管网专用的信息管理系统，GIS已经成为供水行业必不可少的管理工具。
该文通过安徽某城市所使用的供水管网系统，详细介绍了供水管网地理系统在城市中的应用。
1系统概述
安徽某城市的供水管网系统数据非常庞大、复杂，其中包涵了1:500地形图共约2200张，1:2000管网图大约150余张，直径100毫米以上供水管网约2800公里，覆盖面积约370平方公里，各项配套设施近4000个，以及所对应的位置详图，供应人口约350万。
为满足以上需求，该城市供水公司对供水管网综合管理GIS系统进行了开发与设计,对所辖区域内的供水管网和各项配套设施进行了图形数据和所有信息的录入工作,在数据共享和系统集成的指导思想下,在原始GIS的基础上，开发出GIS多个子系统,提供了空间分析、设施管理、客户服务等多项功能,其应用包括建设、运维、管理客服等诸多部门,形成了一套适合供水公司的供水管网地理信息应用系统。
目前,国内使用的地理信息系统大致有ARC/INFO、GENAMAP、SPACE-MEN等。这些国外软件都是一些通用性非常强的系统。就他们所能处理的范畴，远超出供水行业的专业要求,但是在专业程度上,不可以直接使用,必须深入的进行研究以及二次开发工作。
建立GIS系统，需要一套完整准确的原始数据，包括两个方面：属性数据和图形数据。为便于综合处理，必须在各项数据之间建立关联，同时，要尽可能的减少数据信息冗余，这就需要对数据结构进行充分的分析，这是GIS系统最终能否成功应用的关键基础。
2系统功能分析
建立供水管网信息管理系统，主要工作是系统软件开发和基础信息数据的收集整理，其中，基础信息的收集整理是供水公司的核心工作。
供水管网信息系统是以供水管网地理信息系统(GIS)为核心,集成了管网实时采集和监测系统 (SCADA)、自来水营业抄表计算机管理系统等信息化技术和现代化管理手段的一个整合平台。该系统的主要功能有如下几点:
1）电子图册运维管理：可以讲数字化仪、野外全站仪和扫描仪等设备所采集的图像输入进图形数据库系统，支持编辑数据库中的图像数据和属性数据，支持其它数据格式的GIS系统文件的输入、输出，支持GIF、PS等多种格式的图像输出，并且支持多图层管理,可以将任意文件设置为所需要的背景底图。
2）管网数据存储和管理:建立在大型数据库的基础上，如SQLserver、Oracle等,各子系统之间能够统一操作管理界面和分层管理，并能够共享数据库，可以直接读取远程监控设备自动采集的数据，也可以通过手动输入、删除、编辑、查询等手段记录供水管网的各项属性及其变化,提供基于地理位置的查询，能够精确统计和分析用户所指定的类别、属性和范围等数据。
3）管网运行情况实时分析:根据GIS系统生成的水力模型，模拟出管网的工作状况，进而对对供水管网的诸多元素进行实时分析。
4）管网设计和优化:GIS系统嵌入了各类工学设计工具，再结合水力模型，使得设计人员可以在管网图等图形数据上进行诸多复杂的设计和编辑工作，如规划水源、评测区域供水能力、确定管径、计算运行费用、投入费用、后期维护费用以及效益等，同时可以优化测压点、测流点、水质监测点的布置等。 5）管网安全分析:根据GIS系统建立的水力模型，结合管网监控设备，可以对一下情况进行综合安全分析，如：管网中存在的异常波动进行压力，可能生成的水锤，可能的漏水点以及隐性的爆管点，发现后回自动发出告警。通过调节水泵、阀门等操作，以及GIS系统生成的数据统计模型，可以控制管网中的最大压力，评估管道爆管的危险等级，从而提高供水管网的安全性。
3系统开发
3.1综合开发
3.1.1地形图信息的处理
以城市1:500电子地图作为地形背景图，在图中要求各元素可以单独显示、完整显示，各元素包括建筑、河流、道路以及各项供水设施，背景图信息完全显示。背景图比例不同(1：500或1：2000)时，其显示的地理密度不能相同。在对电子版CAD背景图修正完成后，需转换成GIS系统标准格式，并提取地名、河流、道路、建筑等图层，能够制成单独的文件，在地图库中以层类区分。地形图信息是所有城市规划设计与建设及日常管理的基础，因此必须对地理信息尤其是地形图进行录入和编辑。
3.1.2处理供水管网图
供水管网参数数据的组织、属性数据的组织以及数据库体系的确立，这三项是处理管网图的关键所在。为方便供水管网的管理，该系统的数据组织结构采用分层方式，不同的数据层由不同直径的管线、阀门构成，通过不同的颜色和图标加以区分，从而建立起完善的拓扑关系。其优点在于不需要对管径、闸径进行过多注释,只需通过颜色、图标的不同便能够识别管线、阀门的布局。
创建供水管网数据库的过程中，由于使用1：2000管网图的精度偏低，会导致阀门位置发生部分偏差，鉴于城市在未来会不断扩展、建设，此过程中道路、街区的改造极可能引起阀门占压等故障，届时如果无法精确定位关阀操作和阀门检修,必然会增大事故影响程度,将会使施工和检修的不便。因此确保建立准确与完备的管网图形数据库是重中之重。
3.1.3系统集成
在完成系统的初步开发的工作后，必须进行系统集成和各项基本功能调试，测试系统各项功能是否完善、兼容，从各部分组成、功能，到街区背景图的比对，充分利用GIS系统本身的功能。对城市郊区外围目前尚未建立电子地图的地区，采取人工录入的方式建立街区背景图。经过反复测试纠错，最终妥善解决系统集成后所暴露的问题。
3.2系统主要功能设计
3.2.1制定设备卡片
从方便识别的角度出发，GIS系统提供了各项设备的详细资料，比如阀门、消防栓、水表等，但实际操作的过程中，发现在认知上容易出现混乱，针对此项问题，系统特别制定了各项设备的专用卡片，卡片中的信息包括有：设备与四周道路、建筑的详细情况、设备的定位、各项性能属性等，同时，将卡片关联到所属的设备，只需查询设备即可显示其设备卡片，同样，查询卡片名称也可定位到该设备。而且，该系统系统提供了设备卡片模板，在进行录入卡片工作时，可以方便、快捷的将数千张设备卡片完成录入。
3.2.2图表输出功能
鉴于用户在运维工作中经常会需要将各类报表统计上报，该系统从用户管理的角度出发，提供了各类图表模版，可以通过打印机等设备将查询搜索的结果打印出来，方便快捷。在进行事故影响分析以及确定管线、设施检修方案时，大多时候会需要提供相关阀门的位置图，对此，该系统特别设计了阀门卡片，卡片的信息包括有：阀门与四周道路、建筑的详细情况，并结合实际测量距离定位阀门的位置，与阀门各项属性一起输出，内容丰富详尽。此外，根据用户的需求可以输出比例为1：2000和1：500两种标准图纸，同时考虑到字体大小的限定对于不同比例的图纸是不尽相同的，因此分别设计了两种高度不同的字体文件，以适应不同比例的图纸。
4结束语
GIS技术作为一种计算机地理技术，已经广泛应用与交通、测绘、制造及能源等各行各业，并衍生出适合各行业使用的GIS软件系统，这些GIS系统的功能主要用于采集信息、运维以及统计分析，但是在解决一些比较专业的问题方面仍然略显不足，特别是在高层次的应用模型上作用很小。通过构建供水管网GIS系统进行供水管网管理，既能够使得用户受益、职工受益、企业受益，同时对于城市的可持续发展也起到了重要的作用。供水管网GIS系统作为城市地理信息系统的重要组成部分之一，系统框架规范、开放、严整，为接入城市地理信息系统提供了便捷可靠的接口。
该城市供水管网GIS系统实现了如下目标：
1）完整地涵盖了供水相关的全部基础信息，图形数据库非常庞大并且扩展方便，对图形的管理能力极强，同时具备强大的图形数据和属性数据的处理能力，基础信息完整精确、更新方便，系统数据库各环节均安全可靠；
2）该系统实现了供水管网信息动态GIS管理，可以便捷的对全市供水管网进行检索、编辑、统计和输出等操作，此外，连续的水质模拟和管网水力平差分析统计，也是该系统的亮点之一；
3）性格比非常高，开发难度较小，后期技术支持稳定可靠，综合各方面，此系统在国内是比较先进和成熟的，提高了企业的形象和影响。
随着我国经济的迅猛发展，城市的建设速度也越来越快，城市供水系统面临的挑战也越来越大。随着城市供水设施的不断完善，如何做好供水管网信息系统将十分重要。通过对城市供水系统的合理运用，使其为城市建设、发展、规划起到关键作用。
参考文献：
[1]彭明军,李宗华,杨存吉.WebGIS实现技术及发展研究[J].测绘信息与工程,2001(1):41-44.
[2]郭杰华.基于Internet的地理信息系统的研究和开发[J].图形图像学报,1999(1):32-35.
[3]魏祖宽,金洪然,赵永兴,等.利用ActiveX技术的Web-enabled C/S地理信息系统设计[J].计算机工程与应用,1999,35(4):63-66.
[4]吕红霞,倪绍祥,蒋建军,等.基于组件式GIS的城市土地定级信息系统研究[J].南京师范大学学报:自然科学版,2002, 25(2):23-25.
[5]宋小冬,叶嘉安.地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用[M].北京:科学出版社,1995.
关键词：供水管网；供水需求；计算机；地理信息系统
中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)18-4549-02
Geographical System of Water Supply Network in the City
YAO Chun-xia
(Repair Center of Hefei Water Supply Group Co., Ltd., Hefei 230001,China)
Abstract：With the accelerating pace of city construction, Water supply networks is feeling more and more pressure. The traditional manu al method has been unable to adapt to the huge demand for water supply. Therefore, establishing and improving the city water supply sys tem, which used the geographic information system technology, is a necessary way in today’s society.
Key words：water supply network; water demand;computer; geographic information system
当今社会，计算机网络技术已经大量融入人们的生活、工作以及企业、政府的信息化建设中。地理信息系统作为计算机技术的其中一种，在城市建设、地理勘探、供电供水等各方面都起着不可或缺的作用。
地理信息系统（GIS）是利用计算机的输出、输入、查询，并结合数据库技术对地理信息进行分析的一门综合性技术，以地理空间数据位基础，通过系统建立、空间操作与模型分析，为企业管理、城市规划等提供有效的信息。从上世纪70年代起，国际上开始把这门技术应用于城市建设。而随着中国经济的发展，从上世纪90年代开始应用于中国的城市建设。
城市供水管网对于一个城市的日常生活、生产和各项设施来说，起着至关重要的作用，一旦发生中断或者混乱，将造成无法估计的影响和损失。目前，国内很多城市的供水公司都采用地理信息系统（GIS）建立了供水管网专用的信息管理系统，GIS已经成为供水行业必不可少的管理工具。
该文通过安徽某城市所使用的供水管网系统，详细介绍了供水管网地理系统在城市中的应用。
1系统概述
安徽某城市的供水管网系统数据非常庞大、复杂，其中包涵了1:500地形图共约2200张，1:2000管网图大约150余张，直径100毫米以上供水管网约2800公里，覆盖面积约370平方公里，各项配套设施近4000个，以及所对应的位置详图，供应人口约350万。
为满足以上需求，该城市供水公司对供水管网综合管理GIS系统进行了开发与设计,对所辖区域内的供水管网和各项配套设施进行了图形数据和所有信息的录入工作,在数据共享和系统集成的指导思想下,在原始GIS的基础上，开发出GIS多个子系统,提供了空间分析、设施管理、客户服务等多项功能,其应用包括建设、运维、管理客服等诸多部门,形成了一套适合供水公司的供水管网地理信息应用系统。
目前,国内使用的地理信息系统大致有ARC/INFO、GENAMAP、SPACE-MEN等。这些国外软件都是一些通用性非常强的系统。就他们所能处理的范畴，远超出供水行业的专业要求,但是在专业程度上,不可以直接使用,必须深入的进行研究以及二次开发工作。
建立GIS系统，需要一套完整准确的原始数据，包括两个方面：属性数据和图形数据。为便于综合处理，必须在各项数据之间建立关联，同时，要尽可能的减少数据信息冗余，这就需要对数据结构进行充分的分析，这是GIS系统最终能否成功应用的关键基础。
2系统功能分析
建立供水管网信息管理系统，主要工作是系统软件开发和基础信息数据的收集整理，其中，基础信息的收集整理是供水公司的核心工作。
供水管网信息系统是以供水管网地理信息系统(GIS)为核心,集成了管网实时采集和监测系统 (SCADA)、自来水营业抄表计算机管理系统等信息化技术和现代化管理手段的一个整合平台。该系统的主要功能有如下几点:
1）电子图册运维管理：可以讲数字化仪、野外全站仪和扫描仪等设备所采集的图像输入进图形数据库系统，支持编辑数据库中的图像数据和属性数据，支持其它数据格式的GIS系统文件的输入、输出，支持GIF、PS等多种格式的图像输出，并且支持多图层管理,可以将任意文件设置为所需要的背景底图。
2）管网数据存储和管理:建立在大型数据库的基础上，如SQLserver、Oracle等,各子系统之间能够统一操作管理界面和分层管理，并能够共享数据库，可以直接读取远程监控设备自动采集的数据，也可以通过手动输入、删除、编辑、查询等手段记录供水管网的各项属性及其变化,提供基于地理位置的查询，能够精确统计和分析用户所指定的类别、属性和范围等数据。
3）管网运行情况实时分析:根据GIS系统生成的水力模型，模拟出管网的工作状况，进而对对供水管网的诸多元素进行实时分析。
4）管网设计和优化:GIS系统嵌入了各类工学设计工具，再结合水力模型，使得设计人员可以在管网图等图形数据上进行诸多复杂的设计和编辑工作，如规划水源、评测区域供水能力、确定管径、计算运行费用、投入费用、后期维护费用以及效益等，同时可以优化测压点、测流点、水质监测点的布置等。 5）管网安全分析:根据GIS系统建立的水力模型，结合管网监控设备，可以对一下情况进行综合安全分析，如：管网中存在的异常波动进行压力，可能生成的水锤，可能的漏水点以及隐性的爆管点，发现后回自动发出告警。通过调节水泵、阀门等操作，以及GIS系统生成的数据统计模型，可以控制管网中的最大压力，评估管道爆管的危险等级，从而提高供水管网的安全性。
3系统开发
3.1综合开发
3.1.1地形图信息的处理
以城市1:500电子地图作为地形背景图，在图中要求各元素可以单独显示、完整显示，各元素包括建筑、河流、道路以及各项供水设施，背景图信息完全显示。背景图比例不同(1：500或1：2000)时，其显示的地理密度不能相同。在对电子版CAD背景图修正完成后，需转换成GIS系统标准格式，并提取地名、河流、道路、建筑等图层，能够制成单独的文件，在地图库中以层类区分。地形图信息是所有城市规划设计与建设及日常管理的基础，因此必须对地理信息尤其是地形图进行录入和编辑。
3.1.2处理供水管网图
供水管网参数数据的组织、属性数据的组织以及数据库体系的确立，这三项是处理管网图的关键所在。为方便供水管网的管理，该系统的数据组织结构采用分层方式，不同的数据层由不同直径的管线、阀门构成，通过不同的颜色和图标加以区分，从而建立起完善的拓扑关系。其优点在于不需要对管径、闸径进行过多注释,只需通过颜色、图标的不同便能够识别管线、阀门的布局。
创建供水管网数据库的过程中，由于使用1：2000管网图的精度偏低，会导致阀门位置发生部分偏差，鉴于城市在未来会不断扩展、建设，此过程中道路、街区的改造极可能引起阀门占压等故障，届时如果无法精确定位关阀操作和阀门检修,必然会增大事故影响程度,将会使施工和检修的不便。因此确保建立准确与完备的管网图形数据库是重中之重。
3.1.3系统集成
在完成系统的初步开发的工作后，必须进行系统集成和各项基本功能调试，测试系统各项功能是否完善、兼容，从各部分组成、功能，到街区背景图的比对，充分利用GIS系统本身的功能。对城市郊区外围目前尚未建立电子地图的地区，采取人工录入的方式建立街区背景图。经过反复测试纠错，最终妥善解决系统集成后所暴露的问题。
3.2系统主要功能设计
3.2.1制定设备卡片
从方便识别的角度出发，GIS系统提供了各项设备的详细资料，比如阀门、消防栓、水表等，但实际操作的过程中，发现在认知上容易出现混乱，针对此项问题，系统特别制定了各项设备的专用卡片，卡片中的信息包括有：设备与四周道路、建筑的详细情况、设备的定位、各项性能属性等，同时，将卡片关联到所属的设备，只需查询设备即可显示其设备卡片，同样，查询卡片名称也可定位到该设备。而且，该系统系统提供了设备卡片模板，在进行录入卡片工作时，可以方便、快捷的将数千张设备卡片完成录入。
3.2.2图表输出功能
鉴于用户在运维工作中经常会需要将各类报表统计上报，该系统从用户管理的角度出发，提供了各类图表模版，可以通过打印机等设备将查询搜索的结果打印出来，方便快捷。在进行事故影响分析以及确定管线、设施检修方案时，大多时候会需要提供相关阀门的位置图，对此，该系统特别设计了阀门卡片，卡片的信息包括有：阀门与四周道路、建筑的详细情况，并结合实际测量距离定位阀门的位置，与阀门各项属性一起输出，内容丰富详尽。此外，根据用户的需求可以输出比例为1：2000和1：500两种标准图纸，同时考虑到字体大小的限定对于不同比例的图纸是不尽相同的，因此分别设计了两种高度不同的字体文件，以适应不同比例的图纸。
4结束语
GIS技术作为一种计算机地理技术，已经广泛应用与交通、测绘、制造及能源等各行各业，并衍生出适合各行业使用的GIS软件系统，这些GIS系统的功能主要用于采集信息、运维以及统计分析，但是在解决一些比较专业的问题方面仍然略显不足，特别是在高层次的应用模型上作用很小。通过构建供水管网GIS系统进行供水管网管理，既能够使得用户受益、职工受益、企业受益，同时对于城市的可持续发展也起到了重要的作用。供水管网GIS系统作为城市地理信息系统的重要组成部分之一，系统框架规范、开放、严整，为接入城市地理信息系统提供了便捷可靠的接口。
该城市供水管网GIS系统实现了如下目标：
1）完整地涵盖了供水相关的全部基础信息，图形数据库非常庞大并且扩展方便，对图形的管理能力极强，同时具备强大的图形数据和属性数据的处理能力，基础信息完整精确、更新方便，系统数据库各环节均安全可靠；
2）该系统实现了供水管网信息动态GIS管理，可以便捷的对全市供水管网进行检索、编辑、统计和输出等操作，此外，连续的水质模拟和管网水力平差分析统计，也是该系统的亮点之一；
3）性格比非常高，开发难度较小，后期技术支持稳定可靠，综合各方面，此系统在国内是比较先进和成熟的，提高了企业的形象和影响。
随着我国经济的迅猛发展，城市的建设速度也越来越快，城市供水系统面临的挑战也越来越大。随着城市供水设施的不断完善，如何做好供水管网信息系统将十分重要。通过对城市供水系统的合理运用，使其为城市建设、发展、规划起到关键作用。
参考文献：
[1]彭明军,李宗华,杨存吉.WebGIS实现技术及发展研究[J].测绘信息与工程,2001(1):41-44.
[2]郭杰华.基于Internet的地理信息系统的研究和开发[J].图形图像学报,1999(1):32-35.
[3]魏祖宽,金洪然,赵永兴,等.利用ActiveX技术的Web-enabled C/S地理信息系统设计[J].计算机工程与应用,1999,35(4):63-66.
[4]吕红霞,倪绍祥,蒋建军,等.基于组件式GIS的城市土地定级信息系统研究[J].南京师范大学学报:自然科学版,2002, 25(2):23-25.
[5]宋小冬,叶嘉安.地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用[M].北京:科学出版社,1995.