基于GIS的用戶終端水質服務保障系統的設計與實現

楊 驥，林繼賢，湯 堅

(1.廣州市自來水公司，廣東廣州510600;2.廣東龍泉科技有限公司，廣東廣州510300;3.廣東省電力設計研究院，廣東廣州510633)

基于GIS的用戶終端水質服務保障系統的設計與實現

楊 驥1，林繼賢2，湯 堅3

(1.廣州市自來水公司，廣東廣州510600;2.廣東龍泉科技有限公司，廣東廣州510300;3.廣東省電力設計研究院，廣東廣州510633)

介紹用戶終端水質服務保障系統的設計與實現，以GIS為平臺，通過數據整合的方式，將有關用戶終端水質、服務的各種信息整合、展現、分析，為用戶終端服務提供良好的支持，使供水服務水平上一新臺階。

地理信息系統;用戶終端水質;精細化管理;數據集成;ArcGIS Server

一、引 言

廣州市中心城區供水主要由廣州市自來水公司負責，總供水能力為448.5萬m3/d，截至2009年底中心城區市政公共供水管網總長度已達5 574.72 km，供水終端用戶約有140萬戶。隨著城鎮居民生活水平的不斷提高，作為“生命之源”的水，尤其是飲用水水質，越來越受到市民的關注。

基于上述原因，中心城區供水系統將以全面推進飲用凈水工程為主要供水方式，以確保用戶終端供水水質為目標，以“數字供水”為科學管理手段，利用GIS技術，建立用戶終端水質保障示范區，以點帶面，逐步推進，進一步提高城市供水的服務水平。為了配合廣州市用戶終端水質保障工作，廣州市自來水公司利用GIS技術強大的空間信息管理、空間信息分析與空間信息查詢等功能［1-2］，建立起用戶終端水質服務保障系統，并采用分區分片精細化管理模式，將管網、水質、用水、投訴等信息集成、分析，為提高供水服務水平，保障用戶終端水質提供了輔助決策支持。因此，對用戶終端水質服務保障系統的研究已經成為供水企業的重要課題之一。

二、系統設計

1.系統設計原則

系統設計遵循以下原則［3］:①具有良好的實用性，操作簡單快捷，界面友好，系統和數據易于維護、更新和管理;②具備良好的安全性、先進性，符合技術發展方向，延長系統的生命周期;③ 標準化與可擴展原則，嚴格遵循現有的國家標準和行業規范，并保證系統的結構模塊化，能適應業務的增長和擴充。

2.軟件結構設計

系統基于GIS平臺ArcGIS Server 9.3.1開發，采用J2EE架構。GIS Server本身包括兩部分:Server Ojbect Manager(SOM)和 Server Object Containers (SOCs)，客戶端發送請求到SOM，SOM將分配的資源提供給客戶端，通過 SOM對SOCs進行調度與管理。

3.數據庫設計

(1)空間數據庫設計

從數據的類型來看，可以將系統的空間數據分為基礎地理數據、供水管網數據、柵格影像數據和元數據共4類數據［4-5］。① 基礎地形數據:基礎地形數據是本系統非常重要的基礎數據，是整個系統數據的基礎空間位置參照。包括居民地、工礦及附屬設施、交通及附屬設施、水系及附屬設施、地質地貌、植被、境界7大類等。②供水管網數據:供水管網數據是整個系統的核心數據圖層。它們不僅要體現各種空間要素的空間位置信息，而且要可以查詢到某一個空間對象的對應屬性信息。包括管段、閥門、消防栓、水表、流量計、水質點、監測點等。③柵格影像數據:影像數據主要包括示范區的航空影像與衛星影像數據等。④元數據:元數據是用來描述數據的數據，它主要包括對數據集的描述，對各項數據來源、數據所有者以及數據序代(數據生產歷史)等的說明。通過元數據可以檢索訪問數據庫，可以有效地利用計算機的系統資源，提高系統的效率。因此，建立有效的元數據儲存體系在整個數據庫建設中占有重要的位置。數據庫設計如圖1所示。

圖1 空間數據庫設計圖

(2)業務數據庫設計

系統業務數據由客服數據、水質數據、水力平差分析數據(流量、流速、壓力、PH值、濁度、余氯、水齡)及在線監測參數數據(流速、壓力、PH值、濁度、余氯)組成，并分布于各個業務系統中。數據集成主要通過Oracle透明網關的方式建立同義語及視圖實現數據的訪問。

4.片區劃分及編碼設計

分區劃分依據管網壓力、主干管網結構特征、配水管網密度、管網運行參數(流向、流速、水壓)等，即通過地理上的分區將水質差異較大的大管網劃分為若干小區域，在小區域內部水質情況類似，從而分區分片運行管理［6］。

一個片區在時間和空間定義上應有一個唯一的編碼，單元網格變更時，其原代碼不應占用，新增單元網格按照原有編碼規則進行擴展。片區編碼分為10位，分別為:X-XXX-XXX-XXX其中:第1位為供水所編碼，之后3位為片區編碼、隨后3位是分片區編碼、最后3位為單元編碼，如3008001001，片區編號為8-1-1，如圖2所示。

圖2 分區分片編碼設計圖

最終分區應包括面狀分區界、分片界和單元界3層數據。這3層的空間數據要求如下:①任意一個下級區域必須完全包含于上級區域內;②分區邊界必須和行政區邊界吻合;③下級區域與所屬上級區域如有接邊，必須正確接邊;④ 同級區域必須正確接邊，不能互相疊壓;⑤ 分片、分區、單元編碼一定要唯一，不要重復或缺漏。

5.功能設計

系統主要功能包括:管網分層分類顯示、管網信息查詢、地圖搜索、片區信息管理、查詢不同級別網格數據的相關屬性信息、監測數據實時顯示、監測預警顯示、片區水質對比圖表、片區水質閥值超標預警、片區綜合評價、總體服務評價、系統后臺管理等功能。系統功能設計如圖3所示。

圖3 系統功能設計圖

三、關鍵技術

1.精細化管理技術實現信息集成應用

為實現水質的精細化管理與控制，借鑒網格化管理的理念，將供水區域進行網格劃分，形成“分區—片區—單元”的三級水質管網監控管理體系。根據供水系統水質情況、水質檢測布點、管材及管道布置、樓宇人口密度等進一步將片區劃分為水質管理單元，每一管理單元對應一居民建筑小區，實現居民建筑小區的水質人工檢測單元管理與控制。

2.面向服務架構(SOA)的GIS Server技術

服務器GIS可以更好地以集中的方式利用GIS專業人員創建和管理的信息和資源［7］。為了在企業內部共享空間信息和功能，原有的桌面GIS應用逐漸發展為基于服務器的GIS解決方案，它基于Web Services向外提供內容和功能。Esri提供實現地理空間SOA的完整解決方案，即ArcGIS Server技術。開發人員可以借助已有的地理知識創建和設計地理空間信息內容，如地圖、三維地球模型、地理處理模型、定位器以及數據處理功能。

四、系統實現

1.開發環境

本系統是基于ArcGIS Server 9.3.1平臺開發，空間數據庫引擎為ArcSDE 9.3.1 for Oracle 10g R2，采用了Dojo+DWR+Spring+hibernate的J2EE結構，前端基于Ajax技術，極大地改善了用戶體驗，開發工具為myEclipse 7.0。部署開發環境時，需要一臺獨立的數據庫服務器存儲空間數據及業務數據，另外需要一臺中間數據庫服務器集成相關業務數據。

系統運行環境由兩臺數據庫服務器(一臺為主數據庫服務，另一臺為中間數據庫服務器)、一臺GIS服務器、多臺客戶機組成。其中主數據庫服務器需要安裝Oracle數據庫系統及ArcSDE空間數據庫引擎;GIS服務器需要安裝ArcGIS Server平臺。

2.系統主要功能實現

(1)片區綜合信息展現

系統主界面展現該大學城示范區的小比例尺地形圖與分片區情況，右方為該示范區的綜合評價信息，包括片區編號、單元數、建筑數、用戶戶數、管網長度、閥門個數、投訴次數、送水總量、本月投訴次數、水質狀況、壓力狀況等綜合信息(如圖4所示)。

圖4 片區綜合信息展現

如何通過空間分析來統計各類集成的業務數據是本系統的實現重點之一，本模塊中空間分析是基于Oracle的存儲過程來實現。系統中空間數據是以ST_Geometry類型來存儲幾何數據，ST_Geometry是一種遵循ISO和OGC規范的，可以通過Oracle的SQL直接進行空間信息的統計及分析。如查找指定位置(603847.481，106739.957)最近的10個水表(gs_meter_zy)，可以通過以下SQL語句實現

(2)在線監測數據的動態展現及預警

該功能可直觀地展現示范區內的在線監測點的動態監測數據，可以查詢某一個時間段內各分片的水質情況和水質參數最值的分布，提供輔助決策，為保障用戶終端水質提供展現平臺。本功能模塊中水質數據為實時遠距離傳輸數據，通過數據接口按一定的頻率從組態軟件的實時數據庫中讀取數據，并通過地圖上的小窗口進行展示。由于采用Ajax技術，數據刷新時界面不會閃動。系統前端采用ArcGIS API for JavaScript開發。

(3)分片區服務分析評價

該功能可直觀地展現示范區在當月內各分片的投訴情況，對投訴較多的分區進行調研，解決水質問題。對投訴較多的片區，可對該片區下各單元進行服務分析評價，逐步縮小范圍，解決水質問題。該功能根據投訴數量的不同設定不同顏色，通過ArcGIS API for JavaScript實現片區的專題渲染。

五、結束語

本文以廣州市自來水公司大學城示范區域內的水質精細化管理為例，建設示范區域的用戶終端水質服務保障系統。該系統以GIS技術為基礎，通過中間數據庫整合各類與地理空間有關的業務數據的系統，對示范區內的供水管網、SCADA、營抄、呼叫中心、水力模型等業務數據進行全方位的監測與管理。目前系統已開始在海珠供水管理所試運行，系統的應用對用戶終端水質服務保障已有初步成效。

［1］ 龔健雅.地理信息系統基礎［M］.北京:科學出版社，2003.展了數據使用的領域，提高了數據使用的效率與影響。在此基礎上所開發的交換格式數據入庫與提取程序，豐富了BeyonDB數據庫所支持的空間數據種類，為BeyonDB在測繪行業內部的推廣使用打下了堅實的基礎。

參考文獻:

［1］ 易善楨，李琦，承繼成.空間信息的共享與互操作［J］.測繪通報，2000(8):17-19.

［2］ 孫立堅，朱翊，劉紀平，等.GIS數據交換理論與系統架構的研究［J］.測繪通報，2007(9):57-60.

［3］ 孔毅，張志強，趙崇亮.基于ArcGIS的CAD數據入庫研究［J］.測繪通報，2010(5):58-60.

［4］ 陳軍，王東華，商瑤玲，等.國家1∶50 000數據庫更新工程總體設計研究與技術創新［J］.測繪學報，2010，39(1):11-14.

［5］ Open Geospatial Consortium.OpenGIS Implementation Specification for Geographic Information-Simple feature access-Part 1:Common architecture(V1.2.0)［S］.［S.l.］:Open Geospatial Consortium Inc，2006.

［6］ Open Geospatial Consortium.OpenGIS Implementation Specification for Geographic Information-Simple feature access-Part 2:SQL option(V1.2.0)［S］.［S.l.］:Open Geospatial Consortium Inc，2006.

Design and Development of the GIS Based Service and Guarantee System for Terminal User’s Water Quality

YANG Ji，LIN Jixian，TANG Jian

0494-0911(2011)06-0062-03

P208

B

2011-02-15

楊 驥(1983—)，男，江西南昌人，碩士，工程師，從事測繪信息化在供水行業中的應用研究。