安理

（南充水務(wù)投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川 南充 637000）

0 引 言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，供水管網(wǎng)分布范圍廣、連接關(guān)系復(fù)雜，面對(duì)分散的管網(wǎng)和用戶，要求供水公司的管理手段、工作效率能跟上城市的發(fā)展，因而管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)是供水事業(yè)發(fā)展、行業(yè)管理與服務(wù)的重要支撐和保障，也是保民生的技術(shù)支撐手段，關(guān)系到城市運(yùn)行優(yōu)化資源配置、政府職能提升、公共服務(wù)完善等各項(xiàng)任務(wù)能否順利完成。另一方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)的飛速發(fā)展所帶來的第三次信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命以及城市不斷地發(fā)展擴(kuò)容，將信息技術(shù)有效地與城市基礎(chǔ)設(shè)施融合、與城市的管理運(yùn)行系統(tǒng)相融合已經(jīng)成為未來城市發(fā)展的必然趨勢。新一代信息技術(shù)的發(fā)展為供水管網(wǎng)地理信息信息系統(tǒng)的建設(shè)提供了可能性。

1 系統(tǒng)需求分析

供水管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)主要是以城市地形圖為基礎(chǔ)，細(xì)化的管網(wǎng)輔助數(shù)據(jù)為核心，以供水企業(yè)管理需要為根本，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)所有數(shù)據(jù)的管理、更新、分析的有效信息化管理工具。方便各部門使用人員簡單快捷地瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析供水管網(wǎng)資產(chǎn)。并實(shí)現(xiàn)以GIS 平臺(tái)為基礎(chǔ)，管網(wǎng)數(shù)據(jù)為核心，集成營業(yè)、SCADA數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控與營業(yè)用戶基本查詢。

2 建設(shè)框架

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)遵循SOA 架構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)管理工具、業(yè)務(wù)服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與安全保障體系七部分，架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

供水管線信息紛繁復(fù)雜，不僅包含管線、閥門、消防、排氣等靜態(tài)數(shù)據(jù)信息，更包含壓力、流量等一些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的處理分析以及對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)營、服務(wù)和管理，切實(shí)滿足供水企業(yè)的需求，進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，就必須充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)地理信息、互聯(lián)網(wǎng)+、GPS 等先進(jìn)的技術(shù)手段?；贕IS 數(shù)據(jù)中心核心技術(shù)，采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service Oriented Architecture,SOA）進(jìn)行建設(shè)，如圖2所示。SOA 的雖然不是什么新東西，但是有一點(diǎn)，它可以在最新的和現(xiàn)有的應(yīng)用上創(chuàng)建應(yīng)用，提供給企業(yè)更好的靈活性來構(gòu)建應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)流程。

圖2 網(wǎng)絡(luò)框架

3 技術(shù)方案

3.1 數(shù)據(jù)建設(shè)

數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，也是信息化的根本。數(shù)據(jù)主要包括管網(wǎng)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等。地形數(shù)據(jù)包括水系、植被、居民地、道路等；管網(wǎng)數(shù)據(jù)包括管段、閥門、消防栓、泵房、水表等；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括巡檢、維修、工程、營業(yè)、報(bào)裝等業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)；感知數(shù)據(jù)主要為實(shí)時(shí)監(jiān)測的流量、水質(zhì)、水壓數(shù)據(jù)。

3.1.1 地形數(shù)據(jù)

結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況，以原有地形數(shù)據(jù)為參考，接入百度、google 商業(yè)地圖或?qū)訃姨斓貓D、省級(jí)天地圖、各市共享政務(wù)地圖等，實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)的獲取與展示，保障地形數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

3.1.2 已有管網(wǎng)數(shù)據(jù)入庫

將現(xiàn)有管網(wǎng)資料（CAD 數(shù)據(jù)、MAPinfo 數(shù)據(jù)、竣工圖紙等）進(jìn)行原始數(shù)據(jù)收集、分析、確認(rèn)處理方案，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和檢查，完成數(shù)據(jù)建庫，最終將CAD、MAPinfo、其他竣工數(shù)據(jù)入庫到GIS 系統(tǒng)中。

在新數(shù)據(jù)錄入過程中制定數(shù)據(jù)規(guī)范，整合不同供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)和附屬設(shè)施數(shù)據(jù)，形成具備統(tǒng)一格式、統(tǒng)一分類等標(biāo)準(zhǔn)的供水管網(wǎng)據(jù)和附屬設(shè)施數(shù)庫。采用“空間與屬性數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合”的技術(shù)路線，對(duì)供水企業(yè)服務(wù)范圍內(nèi)的所有供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、修改、入庫等處理。根據(jù)供水企業(yè)的數(shù)據(jù)類別需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以方便、快捷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、錄入、導(dǎo)出等，最終建成空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)為一體的數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)建庫入庫流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)建庫入庫流程

3.1.3 管網(wǎng)數(shù)據(jù)探測

將公司不具備電子數(shù)據(jù)的、口徑300 mm 及以上的管網(wǎng)約300 km 進(jìn)行探測，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和檢查，并建庫、入庫到GIS 系統(tǒng)中。

管網(wǎng)數(shù)據(jù)探測是在已有的管網(wǎng)數(shù)據(jù)整理與入庫工作的基礎(chǔ)上，對(duì)未上圖且無相應(yīng)參考資料的管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行普查探測，并將普查完成的數(shù)據(jù)及時(shí)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中，對(duì)其進(jìn)行檢查與校核，以提高供水管網(wǎng)的準(zhǔn)確性與完整性，為巡檢養(yǎng)護(hù)、工程建設(shè)、水力建模、管網(wǎng)分區(qū)及計(jì)量傳遞體系的構(gòu)建提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 GIS 平臺(tái)建設(shè)

3.2.1 平臺(tái)特性

MapGIS 平臺(tái)采用面向服務(wù)的SOA 架構(gòu)，它可以在最新的和現(xiàn)有的應(yīng)用上創(chuàng)建應(yīng)用，提供給企業(yè)更好的靈活性來構(gòu)建應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)流程，以服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)信息在各供水部門的共享利用，可有效避免重復(fù)建設(shè)；同時(shí)，MapGIS 平臺(tái)具備分布式跨平臺(tái)可拆卸多層結(jié)構(gòu)體系，克服了傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫的缺點(diǎn)，支持分布式空間信息發(fā)布與共享，支持多用戶編輯，不僅大大縮減了供水企業(yè)業(yè)務(wù)流程，而且節(jié)約人力物力，是供水企業(yè)的最佳平臺(tái)選擇，也為未來供水行業(yè)的信息化發(fā)展提供了建議。

GIS 系統(tǒng)可以通過服務(wù)的方式提供GIS 的全部功能，支持OGC 標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，不僅包含最基本的地圖查看服務(wù)、數(shù)據(jù)查詢服務(wù)、數(shù)據(jù)編輯服務(wù)等，外還擴(kuò)展提供三維分析服務(wù)和面向供水行業(yè)專題應(yīng)用服務(wù)。

SOA 架構(gòu)是具有跨區(qū)域、跨專業(yè)、跨平臺(tái)等技術(shù)特點(diǎn)，真正做到數(shù)據(jù)、功能全共享?；赟OA 架構(gòu)的供水綜合信息服務(wù)具備服務(wù)聚合能力，能夠滿足多種供水地理信息和專題業(yè)務(wù)信息整合，具有數(shù)據(jù)整合、信息整合、服務(wù)整合能力。

同時(shí)，系統(tǒng)提供完整有效的二次開發(fā)包，支持開發(fā)語言：C/S 系統(tǒng)：C++、VB、C#等，B/S 系統(tǒng)：Flex、silverlight、JAVA、javascript、net 等，并進(jìn)行二次開發(fā)培訓(xùn)，方便客戶將來自行或委托第三方對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行再次深度開發(fā)。

3.2.2 功能模塊

（1）GDB 企業(yè)管理器。主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，GDB 企業(yè)管理器的優(yōu)勢在于不止一種方式連接管理本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，除了最基本的本地連接，還包含ODBC 連接、Web 服務(wù)連接等。

（2）地圖編輯器。MapGIS 可以根據(jù)供水企業(yè)的需要，提供多種方便快捷、高效輸入方式來選擇，如掃描矢量化輸入、其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)接口、圖形輸出等。MapGIS 編輯器的主要功能為：

1）影像校正：根據(jù)供水企業(yè)提供的若干控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，即可對(duì)影像進(jìn)行校正處理，使導(dǎo)入的影像信息與現(xiàn)有的影像信息在幾何精度和坐標(biāo)位置保持一致，以防出現(xiàn)因坐標(biāo)系不同等原因造成的位置偏移。

2）圖形輸入：包含了手工、半自動(dòng)和自動(dòng)三種矢量化圖形輸入方法。不同的部門根據(jù)自己的需要選擇適合圖形輸入方法。通過圖形輸入，將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，再進(jìn)行編輯、輸出。

3）圖形編輯：點(diǎn)、線、面、地物標(biāo)注要素等數(shù)據(jù)編輯與處理等。把空間地物主要分為點(diǎn)狀地物、線狀地物、面狀地物和地物標(biāo)注，然后再進(jìn)行細(xì)化，如圖4所示為空間地物分類。

圖4 空間地物分類

4）圖形輸出：編輯器對(duì)需要輸出的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行版面編輯處理、排版、進(jìn)整飾，最終輸出多種符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖形文件，包括格柵圖形文件格式的TIF、矢量文件圖形的PDF 等。

（3）數(shù)據(jù)分析與處理。該模塊可以對(duì)多種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，包括矢量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等GIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與處理不同于計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于可以通過對(duì)數(shù)據(jù)空間疊加、統(tǒng)計(jì)分析等功能的操作后得到新信息，如爆管分析，通過找到爆管點(diǎn)的詳細(xì)位置，對(duì)該點(diǎn)周圍管線的連通性和供水方向的分析，自動(dòng)找到最近的需要關(guān)閉的閥門。

（4）供水管網(wǎng)的編輯與分析。供水管網(wǎng)是由現(xiàn)實(shí)世界中所有地下供水管線和附屬設(shè)施的抽象顯示，管到的交叉點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。

1）供水管網(wǎng)的編輯與分析包括：對(duì)管線的編輯與分析、對(duì)節(jié)點(diǎn)的編輯與分析、對(duì)附屬設(shè)施的編輯與分析。

2）供水管網(wǎng)的編輯包括：輸入節(jié)點(diǎn)、輸入管線、管線的屬性編輯，附屬設(shè)施的屬性編輯等。

3）供水管網(wǎng)的分析包括：連通性分析、供水流向分析、附屬設(shè)施使用年限更換等。

4）供水管網(wǎng)的分析與應(yīng)用包括：查詢最佳接入路徑、查詢閥門控制范圍、查詢停水范圍等。

（5）柵格分析。通過有效地組織起研究區(qū)域內(nèi)相關(guān)的柵格數(shù)據(jù)，并根據(jù)其地理分布建立統(tǒng)一的空間索引，快速調(diào)度數(shù)據(jù)庫中任意范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)整個(gè)柵格數(shù)據(jù)庫的無縫漫游和分析處理。

1）數(shù)據(jù)編輯：支持對(duì)高程點(diǎn)的查詢，高程點(diǎn)坐標(biāo)的查詢、方位的變換與平移、等。

2）數(shù)據(jù)分析：支持橫斷面分析、區(qū)域漏損分析、管線長度計(jì)算、縱剖面分析等。

（6）數(shù)據(jù)中心。MapGIS 從1991年發(fā)展至今，已走過30 多年，隨著架構(gòu)技術(shù)和開發(fā)模式的不斷提高，它的數(shù)據(jù)中心從開始僅僅作為資源管理器，到現(xiàn)在同時(shí)作為系統(tǒng)開發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了將資源管理器中的數(shù)據(jù)資源和功能資源分屬各自倉庫進(jìn)行管理的同事，系統(tǒng)開發(fā)器采用柔性設(shè)計(jì)理念，使系統(tǒng)的搭建速度大大提高，能夠根據(jù)不同用戶的不同需求的迅速做出調(diào)整，真正實(shí)現(xiàn)了“零編程、巧組合、易搭建”。

數(shù)據(jù)中心的技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、層次化管理；能夠在統(tǒng)一的框架下實(shí)現(xiàn)多地理信息系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作；支持應(yīng)用方案的集成搭建，為開發(fā)地理信息應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐。包含產(chǎn)品示例，數(shù)據(jù)中心功能示例，工作流編輯器，數(shù)據(jù)中心功能倉庫，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)器，數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)倉庫等內(nèi)容。

3.3 系統(tǒng)建設(shè)

3.3.1 供水管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)

（1）供水管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)（C/S）。C/S 端主要是以城市地形圖為基礎(chǔ)，細(xì)化的管網(wǎng)輔助數(shù)據(jù)為核心，以供水企業(yè)管理需要為根本，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)所有數(shù)據(jù)的管理、更新、分析的有效信息化管理工具，系統(tǒng)功能表如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能表

系統(tǒng)功能主要包括：

數(shù)據(jù)入庫與管理。數(shù)據(jù)入庫與管網(wǎng)管理，主要用于地形圖數(shù)據(jù)和供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的日常管理與更新維護(hù)。包括地形圖與管網(wǎng)數(shù)據(jù)的入庫及管理，平臺(tái)可支持管網(wǎng)外業(yè)探測數(shù)據(jù)自動(dòng)建網(wǎng)入庫、對(duì)竣工圖紙進(jìn)行矢量化處理入庫及其他電子數(shù)據(jù)（AutoCAD、Arc/Info、MapInfo 等）轉(zhuǎn)換入庫等多種數(shù)據(jù)入庫方式。同時(shí)可對(duì)管網(wǎng)附屬數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)（定位線、地名庫、道路中心線等）等進(jìn)行管理。

常用工具。主要包括視圖瀏覽、地圖定位、地圖標(biāo)記、管線長度測量、截屏等。

查詢統(tǒng)計(jì)。提供圖屬互聯(lián)的雙向查詢功能，輔助供水企業(yè)用戶通過多方式了解供水管網(wǎng)以及輔助設(shè)備信息以及用戶自定義統(tǒng)計(jì)條件，對(duì)所屬范圍內(nèi)的管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如屬性統(tǒng)計(jì)、管徑統(tǒng)計(jì)、條件統(tǒng)計(jì)、閥門數(shù)量統(tǒng)計(jì)等，并可將統(tǒng)計(jì)結(jié)果生成不同的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖，如柱狀圖、餅狀圖等。對(duì)已經(jīng)生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行保存記錄，方便下次快速查詢。

打印輸出。系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行輸出打印。用戶根據(jù)需要，可選擇矩形線框、菱形線框或者任意范圍的圖形進(jìn)行輸出打印。同時(shí)支持圖形（柵格化圖像（*.bmp、*.gif、*.png）、MapGIS 地理數(shù)據(jù)庫、CAD、ESRI ShapeFile 和MapInfo MIF 等格式）、數(shù)據(jù)（外業(yè)點(diǎn)表線表等）、卡片輸出（自定的卡片模版等多種格式數(shù)據(jù)輸出。

管網(wǎng)編輯。系統(tǒng)根據(jù)用戶的需求，提供針對(duì)不同空間數(shù)據(jù)編輯的工具，對(duì)來完成輸入、刪除、移動(dòng)、剪斷、連接等操作；支持撤銷和回退功能。

（2）供水管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)（B/S）。功能概述：該模塊主要是方便各部門使用人員簡單快捷地瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析供水管網(wǎng)資產(chǎn)。主要包括：

地圖瀏覽。提供豐富、流暢的地圖瀏覽功能，用戶可利用放大、縮小、移動(dòng)、復(fù)位、更新、全屏等工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位瀏覽，便于了解供水企業(yè)的全景地形地貌和供水管網(wǎng)分布情況。同時(shí)，還支持矢量、瓦片、谷歌地圖、百度地圖的疊加顯示與瀏覽，支持百度街景的查看顯示等。

地圖定位。系統(tǒng)提供多種定位方法，支持供水企業(yè)用戶通過多種渠道實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的地圖定位，包括百度定位、地名定位、坐標(biāo)定位、定位線定位等。

管網(wǎng)查詢?？梢酝ㄟ^瀏覽器進(jìn)行圖形和屬性信息的互動(dòng)查詢，支持點(diǎn)擊查詢、快速查詢、按位置查詢、條件查詢、沿線查詢、緩沖區(qū)查詢等查詢方式，支持用戶通過多種方式實(shí)現(xiàn)查詢管網(wǎng)屬性信息的目標(biāo)，如圖6所示。

圖6 管網(wǎng)查詢

資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)根據(jù)供水企業(yè)用戶的日常統(tǒng)計(jì)工作，提供了按道路、材質(zhì)等屬性統(tǒng)計(jì)設(shè)備數(shù)目，或按管材、管徑等屬性統(tǒng)計(jì)管線長度等常規(guī)統(tǒng)計(jì)功能。針對(duì)所有類型設(shè)備，可以進(jìn)行通用統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)可靈活配置一鍵式菜單，對(duì)于經(jīng)常用到的統(tǒng)計(jì)方案，便于今后一鍵式完成統(tǒng)計(jì)任務(wù)，有效減少紛雜的條件設(shè)置環(huán)節(jié)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以以圖表、列表的方式進(jìn)行可視化展示，并可以導(dǎo)出為Excel、png 等格式。

糾錯(cuò)。用戶在瀏覽地圖時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的屬性信息存在錯(cuò)誤，可以通過管網(wǎng)糾錯(cuò)功能將錯(cuò)誤信息進(jìn)行上報(bào)，由審核員審核上報(bào)的糾錯(cuò)信息，審核通過后，修改的屬性信息可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。

3.3.2 內(nèi)外業(yè)一體化采集系統(tǒng)

管網(wǎng)采集系統(tǒng)由監(jiān)控端和手持端兩部分組成，當(dāng)有新的探測任務(wù)時(shí)，可以由管理員在PC 端新建一個(gè)管網(wǎng)探測工程并派發(fā)給探測人員，派發(fā)的任務(wù)直接發(fā)到手持終端。如果是臨時(shí)性的探測任務(wù)，也支持探測人員在手持端直接新建探測工程并派發(fā)給自己。

3.3.3 管網(wǎng)維修工單系統(tǒng)

維修工單系統(tǒng)由維修人員手機(jī)和GIS（B/S）端構(gòu)成，內(nèi)業(yè)系統(tǒng)直接派單和任務(wù)完成后的回單形成了對(duì)維修業(yè)務(wù)流程的精簡，統(tǒng)一管理與協(xié)調(diào)，智能化的管理不僅為維修任務(wù)工單流程的一體化解決提供了有效方案，更實(shí)現(xiàn)維修模式創(chuàng)新。

4 結(jié) 論

供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本滿足了企業(yè)對(duì)供水管網(wǎng)的管理需求，不僅可以為企業(yè)節(jié)約人力和財(cái)力成本，而且為企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供了技術(shù)保證。該給水管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)的建設(shè)，也為企業(yè)信息一體化打好基礎(chǔ)，未來可以與企業(yè)的SCADA 系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、水費(fèi)計(jì)算和收繳系統(tǒng)、企業(yè)辦公系統(tǒng)等相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)企業(yè)所有部門的辦公需求，為企業(yè)員工帶來最大的便利，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的決策提供最有力地支持。