SCADA结合GIS平台在城市地下管线信息系统中的应用

游建泳，戴黎明，吴 斌

(厦门精图信息技术股份有限公司，福建厦门361008)

一、引 言

近年来城市地下管线信息化管理脚步越来越快，以地理信息技术为核心、以各类城市地下管线空间数据为支撑的城市地下管网地理信息系统在地下管线的规划、设计、施工和管理工作中发挥着重大的作用。一个成熟的地下管网地理信息系统能够利用现代网络技术，以系统资源数据库为基础，以地理信息系统、数据分析系统、监视控制系统为手段，对可能出现的事故进行预警，迅速执行已制定的预警方案以限制事故突发的可能性，或利用GIS系统来发现事故突发地点，为应急抢修提供各种有效数据，使应急计划者能在最短时间内进入应急状态、到达事故位置，将事故的影响范围和经济损失控制在最小范围内。

城市下管线种类繁多、分布广、数量庞大，涉及许多管线权属单位。为了有效提高城市管网系统在突发事件时的应急监测和处理的应变能力，必须提高相关信息的收集、处理、分析和发布工作，在对输配管网和设施的实时数据的监测上，许多管线权属单位都纷纷引入、定制与自身管线相关的数据采集与监视控制系统(SCADA)，以满足对管网设施的实时监控、事故预警等应急业务需求。本文将技术角度上，从GIS平台和SCADA系统的应用集成上，讨论如何在城市综合管网平台上将各类管线的实时监测信息与管网空间位置信息相结合，直观表达管网运行情况，为管网调度、管理人员提供准确的地理和管网运行数据信息，完成在应急事故前的合理调度，以提高相关管理部门的管理水平和工作效率。

二、GIS结合SCADA的理论应用研究

1.GIS系统与SCADA系统概况

地理信息系统(GIS)是一种对空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的空间信息系统，GIS用户通过部署一个集中式的GIS服务器，以实现Internet的用户之间发布和共享地理信息。城市地下管线管理信息系统是GIS软件为支持平台的应用型技术系统。它以电子地图为基础空间数据、以空间信息数据和属性信息数据为资源，通过地下管线信息和城市基础空间信息的联合查询、统计和分析，从而为城市建设的规划、管理提供技术决策支持。

数据采集与监视控制系统(SCADA)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节及各类信号报警等各项功能，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已成为各类管网调度不可缺少的工具。

2.GIS数据与SCADA数据交互的可行性

实现GIS系统与SCADA系统的集成，在于实现两个平台数据间的交互和共享。GIS系统和SCADA系统平台间是相互独立的，首先要解决两个平台间数据库、数据结构、数据格式不统一的问题，以实现GIS系统的地理空间数据库和SCADA的实时监测数据库两个数据库间的数据可以自由读取，进而实现设备的实时运行数据与图形数据的集成应用。

在GIS数据库中，综合管网的各类管线数据是分层存储的，各图层具有自身对应的属性表，其中包含了详细的地下管线地理信息数据，如管网节点(阀门、消防栓、变电站、接线箱等)的空间位置和设施属性数据等。为了达到与SCADA系统数据的交互，可在GIS数据库中为不同管类添加相对应的动态图层，根据各管类自身SCADA系统数据的属性结构来设置GIS动态图层的属性结构，以便能在GIS数据库中存储相关的监控设施所采集的实时动态数据。在动态图层的支撑下，GIS系统按一定的时间周期读取SCADA系统数据库中所对应的实时监控信息，并实时更新GIS数据库中动态图层的属性。最后，通过GIS系统平台的功能设计、编程开发，实现SCADA数据和GIS数据在GIS平台上的综合应用、数据展示。

3.GIS系统结合SCADA系统的设计思路

GIS系统建成后，能将地下管线信息以数字的形式进行获取、存储、管理、分析、查询、输出、更新，建立公共数据交换服务平台，实现地下管线数据的动态管理;在结合SCADA数据的基础上，通过调取SCADA系统所提供的实时数据，实现实时数据在地图上的动态显示，能为城市地下管线应急、防灾减灾工作等提供全面的管网地理信息数据和现场实时监测数据，为管网事故的应急调度和管理提供决策支持。如在GIS系统的地图中，可通过查询定位到某供水管道，并查看该管道上的实时水流量、水压等监测数据，并可对超过警戒水压值的管道执行高亮显示，为管网预警提供技术上的可行性。

三、GIS系统结合SCADA系统的应用设计

目前，SCADA系统被广泛应用于电力、供水、工业等领域的管网数据采集、监视控制的工作。在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛。发电、变电、输电等环节均包含着大量的实时数据信息，而电力管网中也包含着庞大数量的电力设施、管道，通过GIS技术来管理其空间数据，并将电力管网的空间性与其自动化管理中的实时监测数据集成在一起，将为电力企业在管网的管理、规划和应急处理上提供一个高效的、先进的技术手段。以下从电力管线的实际软件应用上探讨GIS与SCADA的集成应用:

1.电力管网动态监测

配电管网规模庞大，涵盖的配电设备众多且分布的区域范围较广。在GIS数据库中为管网点、线图层或单独的配电设施监测图层设置与SCADA系统数据映射的属性结构，GIS系统再按一定的周期时间读取SCADA系统数据库发来的动态监测数据，并将监测数据在GIS系统地图中作可视化处理，通过配电设施符号变化、着色变化、标注文字动态变化等手段实时反映管网运行状态。

2.管网查询统计

针对管网配电设施，提供空间位置、管网属性、SCADA监测属性相结合的组合查询、统计功能，统计结果并提供直方图、饼图、曲线图等多种形式显示。

3.预警定位、发布

通过对SCADA系统中读取的监测数据进行预判，或对管网设施老化年限的预警等，对可能发生的故障位置，GIS系统地图将自动定位到该区域，闪烁报警并导出监测数据信息和当前地图信息。

4.故障定位、分析

当接到故障反应，可通过系统查询功能快速定位到故障区域，查看故障周边配电管网敷设情况、SCADA历史数据监测记录，为故障排查和维修提供决策支持;并且，在GIS系统上可直观查看、分析故障位置周边环境，对故障可能造成的损失、影响范围有所预判。

当需要进行管网维护时，也可在系统中模拟“故障”情况，通过GIS数据和SCADA数据的分析、判断，得到“故障”可能产生的影响范围(如停电用户数等)，为事前信息发布、调度管理提供信息支撑。

5.设备设施管理

通过扩充GIS系统中的属性数据，将编辑、版本管理功能与配电管网设施的维修、管网改建、人员调遣记录等业务数据相结合，为设备设施的历史记录管理提供依据。

四、实用案例

在漳州招商局经济技术开发区综合管线管理信息系统的建设中，将电力、供水系统中的SCADA监控数据与GIS系统相结合，通过监控图显示、表格实时数据展示等手段，在综合管线系统上为管线权属单位在管网综合调度、实时信息获取上提供了有效的技术支撑。该SCADA数据应用模块也获得电力、水务等单位的一致好评，并在业主单位的积极推动下，对SCADA与GIS的结合应用作更进一步拓展、深化。以下从技术设计角度，对该项目中的SCADA数据应用模块做简要说明:

1.GIS地图获取实时监测数据

通过将电力的变电站、开闭所和供水的净水厂监控等SCADA系统监控图发布为GIS地图服务，在GIS动态图层上根据监控图中监控数据位置创建点，并将监控数据存储于该点的属性上;再以一定的周期时间读取SCADA系统传递来的监控数据更新于动态图层对应点的属性上，并标注在地图中;最后通过GIS地图刷新，实现SCADA监控数据在GIS地图上的动态显示。如图1所示。

图1

2.GIS地图服务与SCADA数据映射

通过为GIS空间数据与SCADA监控图制定索引查找关系，系统用户在GIS管线系统中，通过查询定位找到所要查看的监控点，并可调取该监控点对应的监控图服务显示于地图窗口中。在显示的监控图中，除动态显示监控数据外，系统用户还可通过选择监控图中具体的监控点，调取下一层的监控图显示。如在显示的变电站监控图中，通过选取某段线路，调取该线路映射的另一幅监控图，以查看其详细的电压、电流等具体监控属性数据。

五、结束语

本文主要从地理信息系统平台上，通过与SCADA数据的集成，探索城市地下管线信息系统的预警、应急、综合管理功能建设。GIS管网模型结合SCADA监测数据的实时性、可靠性，将大大提高管网综合管理、安全运行和调度处理能力，也可为城市地下管线的规划、管理和各类服务工作提供有力的数据支撑。

［1］乔志勇.燃气管网设备管理系统的应用与研究［C］∥第二届数字管道信息化(管理)建设论坛暨油气集输与储运技术研讨会论文集.北京:［s.n.］，2010.

［2］胥莉，周立华.GIS与SCADA系统模型交互的实现［C］∥中南七省(区)电力系统专业委员会第二十四届联合学术年会.井岗山:［s.n.］，2009.