基于ArcGIS的城市化糞池信息管理系統建設

侯春興 靳 麗 王 森 車萬銳

（1.煙臺市城市管理局市政養護管理處，山東 煙臺 264000；2.山東省煙臺市城市管理局城市排水管理處，山東 煙臺 264000）

1 引言

化糞池是我國民用建筑中常見的一種糞便污水前端處理設施。但是，國內絕大多數城市存在以下問題：缺乏全市化糞池分布的基本信息，沒有對化糞池日常的監督管理，對于化糞池清掏物的處置方法也沒有明確規定，基本上處于無序管理狀態。

煙臺市GEF化糞池示范工程信息管理系統是全球環境基金(GEF)贈款煙臺市化糞池管理示范項目的重要組成部分，該項目的目的是通過對化糞池進行有效利用和管理，改善公共衛生，減少陸源污染物的排放，提高黃渤海水域的環境質量。該項目于2006年9月提出申請， 2007年3月獲得世界銀行批準并正式啟動建設，2010年3月12日正式完成，主要是為了解決中國在化糞池管理領域存在的上述問題，是我國第一個以計算機技術為依托，將GIS地理信息系統、GPS車輛管理系統、設備資產管理系統應用于城市化糞池管理的大型綜合信息管理系統平臺，主要目標是制定化糞池管理維護方式和化糞池清掏物的處置技術。

2 系統設計原則

信息管理系統平臺設計原則是以基礎地理信息資料、城市化糞池設施信息資料、現有基礎地形圖庫和排水處專業信息數據為基礎，綜合運用信息科學、計算機科學、通信科學的方法和手段，對城市化糞池的分布、信息查詢、清掏報警、真空吸糞車管理以及為各相關部門提供多專業、多層次、多目標的綜合服務，實現城市化糞池的基于GIS平臺的綜合管理。

（1）實用性原則：滿足煙臺市城市化糞池管理的需求，真正實現管理科學化。

（2）可靠性原則：數據庫中所有的數據應是準確可靠的，系統要有很強的容錯能力和處理突發事件的能力。

（3）完備性原則：系統的各項功能及管理的各種數據應是全面、完整的。

（4）科學性原則：以軟件工程的思想和方法來建立系統，保證系統結構的科學、合理。

（5）規范性原則：符合化糞池管理的要求，信息編碼遵循行業或地方規范。

（6）經濟性原則：以最好的性能價格比配置系統的軟硬件，使系統盡快發揮環境效益、經濟效益與社會效益。

（7）可擴展性和開放性原則：具有良好的接口和方便的二次開發工具，以便系統不斷地擴充、求精和完善；系統在輸入輸出方面應具有較強的兼容性，能進行各種不同數據格式的轉換。

（8）可操作性原則：有良好的用戶界面，用戶易學易懂，操作簡便、靈活。

3 系統架構設計

本系統采用Brower/Server體系結構，分別是：業務應用層、應用系統平臺層和基礎平臺層。

基礎平臺層包含存儲化糞池信息的屬性數據庫、存儲化糞池位置圖形信息的GIS數據庫、存儲城市主要水質監測點和清掏物處理的水質數據庫，以及存儲車輛、人員、設備資產數據的資產管理數據庫。

應用系統平臺層包含用于管理數據模型并為業務應用層提供服務的應用服務器軟件，如：A rcSDE、ArcGIS Server等。

業務應用層包含各類業務功能應用，具體是：化糞池分布、化糞池信息管理、車輛定位、車輛管理、工作單派法、清掏報警、WebGIS綜合應用和與其它生產信息系統間的數據接口。

采用Brow ser/Server模式，系統主要運行在服務器端，客戶端不需要購買或升級硬件，在相當程度上拓展了計算機的生命周期。

信息管理系統可以將地圖與相應的數據庫有機地結合起來，實現圖形、數據、設備的有效連接，在查詢圖形時，可以相應查出地圖中某圖形目標、車輛或人員的相應數據庫信息，反之可以通過對于數據庫的查詢，查看到相應的地圖位置、車輛位置、車輛行使路線等真正實現信息的動態查詢，使各種信息的瀏覽和查詢變得更加直觀、方便、快捷。

系統基本的框架結構如圖1所示，系統實際運行時可以在此基本框架的基礎上進行擴展和變化。

4 軟件平臺選型

系統選擇ESRI公司的ArcGIS平臺作為進行化糞池空間數據管理、Web應用等的平臺，需要采購ArcGIS平臺的ArcGIS Server-Enterprise-Stantard和ArcEditor兩個產品。ArcGIS Server-Enterprise-Stantard用于服務器端實現圖形數據訪問服務，實現Web應用，ArcEditor是桌面客戶端軟件的運行支持包。

數據庫平臺采用ORACLE數據庫作為數據管理平臺，以滿足系統數據量大、對數據庫平臺的性能、響應時間以及數據的安全性等要求。

Web發布平臺本系統Web發布采用三層結構。為便于進行開發、部署和運行，本項目選擇Tomcat作為Web發布平臺。

圖1 系統框架結構圖

5 數據建設

系統采用分層技術，將同類數據元素歸納提取到相同圖層，建立相應圖層數據結構。系統主要包括背景圖層和污水專業圖層兩大類。

5.1 背景圖分層信息

系統背景圖層主要采用1：2000二維矢量地圖數據和0.61m精度的衛星影像數據。

系統支持背景圖采用不同比例尺，不同坐標系統的電子地圖，經過專業處理后，各種不同比例地形圖可以自動平滑銜接。

背景圖層組中包括以下基本圖層：地名、地物點、建筑物、鐵路、道路（道路中心線、道路邊線）、河流、綠地、行政區界、地面高程等。

5.2 污水專業分層信息

系統污水專業圖層根據特點可進行如下分層：化糞池圖層組、污水主干網圖層組、進出口支管圖層組、采樣點圖層組、車輛圖層組以及系統各類專題圖層組等。

圖層配色參照污水行業相關標準，以化糞池為核心，其他背景顏色隨化糞池的配色方案進行調整，突出顯示化糞池所在點。

6 功能應用

本系統是以GIS為核心，同時包括GPS車輛定位管理系統、設備資產管理系統、污水處理自動化控制系統等多個系統有機整合的信息管理平臺系統。主要功能如下：

（1）圖形瀏覽功能：系統提供放大、縮小、漫游、全景、鷹眼、前景、后景、歷史視圖等基本圖形瀏覽功能，如圖2所示。

圖2 圖形瀏覽

（2）化糞池基礎數據查詢：以GIS系統為平臺通過基層數據庫的建立，可以查詢城市范圍內所有化糞池的地點、容積、類型、尺寸、材料等屬性信息。

（3）化糞池歸屬區域查詢：通過鼠標選定或框選可以查詢到選定區域內化糞池所有信息。

（4）化糞池圖形信息查詢：化糞池清掏前后實際照片以圖片的形式存儲在數據庫中，通過時間、地點、編號的方式可以查詢到所有化糞池清掏圖片。

（5）化糞池專題圖查詢：依據選定化糞池的屬性值，生成點值專題圖、柱狀圖、餅狀圖等。如表1所示。

表1 化糞池所在地理位置

（6）化糞池建設容積推薦：根據化糞池負責區域的房屋密集度和化糞池負責的區域范圍做化糞池類型、容積設計推薦，用戶輸入房屋數量系統自動為用戶設計推薦化糞池容量與規格。

（7）化糞池清掏周期報警：系統應該具備化糞池清掏周期預報警功能，動態安排車輛進行清掏工作，如圖3所示。

圖3 化糞池清掏周期排序

（8）化糞池溢流預判斷：通過暴雨季節人員對城市定點水質的測量數據，分析大致本次降雨導致溢流的化糞池的數量和大體位置。

（9）化糞池雨季提前清掏：通過運行經驗在每年煙臺市暴雨多發時期，可以進行相應化糞池的提前清掏，降低對城市環境的污染。

（10）真空吸糞車的定位：通過車載GPS系統與GIS系統的結合實現車輛的動態定位，實時查看每臺車輛的運行情況。

（11）車輛工作任務派發：系統在每天早上設定時間前自動計算，本日派出的工作車數量和工作地點，通過GPS通信的方式發送到車載GPS終端設備上。

（12）車輛行駛路線優化：系統根據電子地圖自動優化車輛行使路線，動態為最近車輛分派臨時任務，如圖4所示。

圖4 車輛監控調度

（13）GPS終端基本功能：報警求助、防盜、語音通信、短信收發、軌跡回放、里程統計、網上查車等。

（14）車輛管理基本功能：維修記錄、投保記錄、年審記錄、事故記錄、違章記錄、投訴記錄、出車記錄、費用支出、收入記錄、油耗記錄等。

（15）清掏物處理監測：通過化糞池清掏物進入污水處理廠數量的多少計量和污水處理廠水質變化情況比較，總結清掏物的最佳處置方案，形成系統特性分析曲線。

（16）環境整治效果分析：通過城區重要監測點數據采集，總結每年化糞池清掏工作對城市環境保護的作用，形成月年比較分析棒圖。

系統具有實時、快速、安全、可靠、易于擴展和先進性等特點，具備清晰、直觀、大容量的地理信息的支持能力，從而使空間信息與文本、圖表、圖片、視頻等多媒體信息有機的結合起來，使系統能夠及時地提供各種綜合信息和服務，達到輔助指揮與決策目的。

7 結論

綜上所述, 將地理信息技術應用于污水處理輔助決策，可使污水企業的監控調度、生產管理水平上升到一個更高的層次, 并可以使基礎信息與管理信息以及監測信息以可視化的圖形、圖像方式呈現給決策管理人員, 提高工作效率。山東省煙臺市GEF化糞池示范工程信息管理項目通過對化糞池進行有效利用和管理，改善公共衛生，減少陸源污染排放，提高黃渤海水域的環境質量。

項目的成功實施對煙臺市的未來具有重要作用，將產生巨大的環境效益、經濟效益和社會效益；通過本項目的實施河流與海洋水域環境明顯改善：目前該項目服務區域內僅糞便污水向海洋排入BOD5污染物已經由1017t/年降到項目實施后的766t/年，消減比例達到25%，排入水體的污染物大幅度減少，僅煙臺芝罘區東部和萊山區海域因海水水質提高所帶來的旅游和養殖效益就達到近億元人民幣。通過該項目的成功經驗，煙臺市已成為化糞池最佳管理模式的典范，并計劃將其成功經驗在全省及全國范圍內進行推廣。

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