基于GIS和SCADA系统的城市管网信息化建设

徐桂芳　许保海

摘 要：目前城市给水排水管网GIS和SCADA系统已经得到广泛应用。随着更多的军事技术应用于民用工程，相应的导致遥测、远传等设备价格的下降，SCADA系统得到了更广阔领域的应用，并且已经应用于实际生活中，随着GIS技术的进一步完善，其宏大的空间数据管理和网络分析功能为城市给水排水管网水力计算模块提供了有效的数据管理和组织手段，简化了建立模型的过程。利用GIS的实际城市给水排水管网图构造出给水排水管网计算图形，并从GIS的属性数据库中提取有关数据进行城市给水排水管网建立模型，通过编制计算程序，可进行城市给水排水管网水力工况进行具体分析。对此文章以沭阳经济开发区为模型，采用管网GIS和SCA

DA系统构建了供水管网信息化系统，并进行了相关应用试验，取得较好的效果。

关键词：管网信息化；管网GIS；传感器

中图分类号：TU991.33 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0190-03

Abstract： At present， GIS and SCADA system of urban water supply and drainage network have been widely used. With the application of more military technology in civil engineering， SCADA system， which leads to the decrease of equipment price such as telemetry and remote transmission， has been applied in a wider field， and has been applied in real life. With the further improvement of GIS technology， its great function of spatial data management and network analysis provides effective data management and organization means for the hydraulic calculation module of urban water supply and drainage network， and simplifies the process of establishing the model. The calculation figure of water supply and drainage network is constructed using the actual urban water supply and drainage network diagram of GIS， the relevant data are extracted from the attribute database of GIS to establish the model of urban water supply and drainage network， and the calculation program is compiled. The hydraulic condition of urban water supply and drainage network can be analyzed concretely. Taking Shuyang Economic Development Zone as a model， this paper uses GIS and SCADA systems to construct the information system of water supply pipe network， and carries on the related application test， and achieves a good effect.

Keywords： pipe network informatization； pipe network GIS； sensor

1 概述

随着我国经济迅猛的发展，城市化也进一步加快，给水排水作为城市的基础配套民生工程出现了许多问题，怎样更好的服务广大市民，城市给水排水管网系统信息化建设提上了议事日程，信息化建设包括咨询服务、软件开发、硬件开发与集成、信息化管理人才培养等一整套产业体系。

城市给水排水管网信息化系统建设，改变了以往单纯依靠人脑记忆和利用保管图纸溯源管理城市地下管網系统的方法，而且借助信息化手段帮助城市市政管理人员准确、高效、及时、方便的对城市给水排水管网进行设计、定位、管理、查询、统计、综合分析，使其在城市给水排水管网设备管理、资产汇总、规划建设、事故维修、调度、营业性收费管理和用户服务等方方面面的业务发挥了较好作用，提高城市给水排水管网管理和企业管理水平，解决了以前城市给水排水管网管理混乱的局面，方便了广大人民群众的生活水平，提高了民生质量。

2 总体架构

城市给水排水管网信息化建设适用于供水企业远程控制管理水厂，水厂的技术操作人员可以在自来水厂控制室内远程监测自来水厂内水池的水位、进出厂的水流量、出厂水的压力、水质实际情况等相关具体信息；也可以进行远程监测加压泵组运转情况，监测电气设备及相关的自动化设备的工作运转情况；可以远程控制加压泵的启停。自来水公司调度中心的工作人员及公司的行政主管领导可以远程监测各水厂的工作运转情况及水厂操作人员的实际操作情况。

结合沭阳县经济开发区给水排水管网建设行业的发展现状，通过整合相关研究团队对沭阳县经济开发区给水排水管网建设市场进行整理分析，并参考国家权威数据资源和长期市场监测的数据库，对城市给水排水管网建设行业进行了整体的调研分析。提出以下架构：

该系统建设分为两步走，第一步建设一套GIS系统软件，主要侧重于供水管网信息化建设的工作原理展示；第二步接入监测数据进行模拟与仿真，系统采用C/S结构，传感器网络同样将监测数据上传监测数据服务器。两个阶段并不孤立，第二阶段是在第一阶段基础上的增量式更新。

信息系统的示意图如图1所示。

3 实施方案

本研究主要以宿迁市沭阳县区域内供水管网为模型，建设管网信息化工程。系统的关键技术包括供水信息管理软件、供水管道仿真和传感器监测数据接口。具体试验方案如下：

采用管网GIS和SCADA系统进行构建供水管网的三维仿真。供水管线是一个拓扑网络，阀门的存在可以控制水量的通断。在前期进行了很详细、大量的数据调查的基础上，根据供水管道进行水力计算，设计选用合理的数据结构和算法来对供水管线进行模拟，实现供水管道阀门的开关控制，本项目监测点布设如图2所示。为了实现对供水管网工作状态的监测，设置了专门的服务器存储监测数据。

4 系统功能

结合沭阳县管网建设行业的发展现状，整合相关力量对沭阳县经济开发区给水排水管网建设市场情况进行研究分析，并参考国家权威数据资源和长期市场监测的数据库，对管网建设行业进行了整体的调研分析。本系统采用大型开放式GIS平台，监测数据服务器采用Windows Server 2008操作系统，SQL Server 2008数据库；客户端操作系统采用Windows7，Direct3D 9.0，.Net FrameWork4.0环境。采用MicroSoft Visual Studio2010作为集成开发环境进行实现，利用ADO.Net访问关系型数据，基于Uinity3D SDK进行开发组建。主要功能有：实时监测管网流量、实时监测管网压力、分析统计管网流量曲线、分析统计管网压力曲线、管网压力、流量异常报警、管网流量、压力突变报警、爆管报警、管网漏损分析等。

系统的功能结构有以下几个方面：

（1）供水管线三维展示。供水管线系统主要包括供水水厂、供水管线以及各类阀门、水表、压力表。三维展示真实反映系统的分布情况。提供基本的三维场景浏览功能，包括旋转、平移、缩放。（2）供水管线参数查询。在工艺流程图上点击查询某一个设备的参数。在三维仿真场景中可以查询设备的参数。（3）供水管线工作原理动画。工艺流程图中点击供水水厂，显示供水水厂参数的同时展示供水水厂的工作原理动画。（4）传感器设备参数查询。根据设备的安装位置查询设备的相关参数。（5）监测数据查询。实时查询当前传感器监测到的设备的工作状态。根据传感器上传数据的时间间隔进行动态监测。（6）监测预警。对返回的故障信息进行报警显示。提供相关的故障分析和处理意见。（7）历史监测数据查询。查询之前某一个时间点或者时段的传感器监测到的设备工作状态信息。（8）阀门开关控制。展示供水管网系统中阀门的打开和关闭会改变水的流动和供水的供用。（9）管道水力仿真计算。从供水管网系统中，水在水管中流动一段距离水压会降低，需要计算给水管线的压力变化。

5 系统试验结果

本次供水管网系统自运行以来，通过水资源远程监控系统对每个时段、每日、每月和每年的流量和压力进行记录和监测，可全面掌控系统的运行状况，并自动建立监测数据库。如2017年7月至2018年3月，开发区给水排水管网监测点的月平均压力监测结果如表1，年曲线分析如图3、图4所示。

经过此次系统的相关应用，自来水厂的技术操作人员，可以在水厂操作室远程监测厂内水池的水位、进出厂的流量、出厂的水压力、水质的具体情况等信息；也可以远程监测加压泵组、配电设备及相关自动化设备的工作运行状况；可以远程控制加压泵的启停。水厂调度中心的操作人员及水厂主管领导也可以远程监测各水厂的工作运行情况及水厂操作人员的操作情况。通过对系统各测点的数据监测显示，和巡视情况进行比对，以此对供水系统进行实时调控，保障供水系统的安全运行。

6 本研究的特色和创新点

城市给水排水管网信息化系统建设，改变了以往单纯依靠人脑记忆和利用保管图纸溯源管理城市地下管网系统的方法，而且借助信息化手段帮助城市市政管理人员准确、高效、及时、方便的对城市给水排水管网进行设计、定位、管理、查询、统计、综合分析，使其在城市给水排水管网设备管理、资产汇总、规划建设、事故维修、调度、营业性收费管理和用户服务等方方面面的业务发挥了较好作用，提高城市给水排水管网管理和企业管理水平，解决了以前城市给水排水管网管理混乱的局面，方便了广大人民群众的生活，提高了民生质量。

7 结束语

供水管网信息化建设工程为乡镇供水项目，项目的建设提高了供水安全性、可靠性。本次工程实施后队该项目的实施对促进安定团结、稳定民心、改善人民生活条件、增进地方经济发展和改善投资环境等方面有着非常重要的意义。

供水管网信息化建设工程为乡镇供水项目，项目的建设提高了供水管网的安全性、可靠性、准确性、及时性。项目施工期间环境影响较小，且项目实施后，这种暂时的影响就会消失。

供水管网信息化建设工程是一项公益性社会事业，本次工程实施后，该项目对促进安定团结、稳定民心、改善人民生活便利条件、增进地方经济发展和改善投资环境等各方面有着非常重要的现实意义。

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