溫嶺供水管網信息系統的集成與優化

鄭 龍

（溫嶺市供水有限公司，浙江溫嶺 317500）

隨著城市發展速度的加快和城鄉供水一體化的推進，溫嶺舊有與新建的供水管網縱橫交錯，管網系統規模越來越龐大，其構造與設施也越來越繁雜。供水管網是城鄉基礎設施建設的重要組成部分，供水管網的管理也是基礎建設管理工作中最重要的環節。傳統的人工管理供水管網方式已經難以滿足現代供水企業科學、高效的管理需求，如何實現供水管網信息化管理已成當務之急。供水管網管理信息化是通過計算機信息技術、通信技術和自動化控制技術對整個供水管網運行中的管網信息、設備運行狀況及其它主要參數進行動態監測、實時調度和自動化控制，并以海量的地形圖和供水管網圖為基礎，直觀展示管網運行狀況和監控點狀態，利用統計、空間分析、預測等方式，優化和合理配置供水管網運行中的各個環節，即解決供水輸配調度、管網監測、管網優化、管網設備管理等難點問題[1,2]。

溫嶺供水現已陸續建立了供水管網GIS（地理信息系統）與供水SCADA（監測調度）軟件系統平臺。這兩個軟件系統相對獨立且功能具有互補性，可以通過一體化設計將GIS靜態數據和SCADA動態數據進行融合以建立供水管網管理信息系統，實現對供水管網信息和運行數據的集成，從而全面提升供水綜合管理水平和工作效率，最大程度地適應當前供水量快速增長和供水管理要求不斷提高的需求。

1 溫嶺供水GIS與SCADA系統概況

1.1 供水管網GIS

2004年溫嶺供水開展了供水管網普查工作，獲得了數字化管網圖形。以城鄉基礎電子地形圖和地下供水管線及屬性信息作為基礎數據資源構建的供水管網GIS平臺投入運行。供水管網GIS選擇MapInfo公司的MapX作為GIS基礎開發平臺，對供水區域內管網和設備、設施數據以圖形資料和臺帳資料的方式進行全面而準確的綜合管理，實現管網各信息的快速采集、數據編輯、信息查詢、圖形瀏覽、信息統計、報表輸出及空間分析等功能，為管網事故搶修處理決策和供水工程更新、改造設計提供現勢性和高精度的地下管網數據。特別是實現任意斷面生成、關閥方案計算、管線工程規劃和輔助設計等具有空間決策、分析及設計功能[3]。

1.2 供水SCADA系統

2013年溫嶺供水在原有的供水SCADA（監測調度）系統中增加監測點并升級改造了通信方式。供水SCADA系統由遠程管理終端（RTU）、數據采集儀表設備、GPRS通信系統及監測軟件組成。它解決對供水各環節監測點的數據采集和監測，并為生產、調度和管理提供必要的參考數據。系統通過對3個凈水廠、9個加壓泵站、15個流量計、50個壓力監測點和10個水質監測點進行在線實時監測，實現了對各水廠和整個供水管網的運行狀態監控和數據采集，包括水廠運行參數、水質參數、管網壓力及流量等各種數據。水廠運行數據，能夠合理調控制水設備；在線水質監測數據，能夠對出廠或管網的余氯、濁度、PH值等水質指標變化狀況做出評估，并通過網絡發布水質狀況；實時管網壓力和流量數據，能夠反映整個管網的壓力分布和區域用水情況，為生產調度和查漏工作提供輔助決策參考[4]。

2 供水管網GIS與SCADA系統融合的必要性

2.1 GIS與SCADA系統存在的不足

供水管網GIS和供水SCADA兩個系統是供水管網管理和運行調度不可缺少的基礎平臺。SCADA系統缺乏呈現空間數據的能力是其最大的不足之處，而GIS具有呈現復雜空間數據的能力，有效分析地理信息相關的空間位置、屬性信息的能力。由于現有兩個系統建于不同時期，其程序編寫規范和數據庫接口等技術不盡相同，而且彼此獨立使得數據不能進行共享，導致信息傳遞途徑不暢。因此供水管網管理顯得繁瑣且松散，在需要查看管網分布地理信息及其它的靜態數據時使用GIS系統，而當需要查看供水工作參數等動態數據時只能使用SCADA系統。

2.2 GIS與SCADA系一體化設計的必要性

GIS和SCADA系統一體化設計將實現了兩大系統的功能相互補充與數據相互交換，同時消除了信息壁壘，建立具有信息管理與調度監控功能的供水管網管理信息系統綜合平臺。基于GIS與SCADA技術的集成系統平臺，通過對各類數據的挖掘與分析，能夠為供水運營管理與決策提供更深層次的信息化應用；通過統一集成系統平臺接口訪問平臺上空間的、歷史的和實時的動態數據，可以實現供水信息的集成化管理；通過同時支持空間靜態數據和實時動態數據的相互結有機融合和高效處理，可以增加現場實時監測數據的可視化能力；通過不同類數據之間統一管理和調用，可以減少數據傳輸及保證數據的可靠性。

3 GIS與SCADA技術集成的平臺建設

現代化的供水管網管理信息系統就是將供水企業運營中相關的各種數據信息資源進行效能整合與升級，以實現供水設施與調度等信息的跨平臺共享，形成可統一指揮決策、實時反應、協調運作的信息平臺，用更加精細和動態的控制方式管理供水系統的整個流程。

3.1 集成原則

基于“自上而下”的整體設計方法和“自下而上”的分布實施理念，通過在建設過程中貫徹“整體規劃，分布實施”的原則，按照系統工程的特點，使得供水管網管理信息系統平臺能夠分期建成，分步完善。該系統遵循各種開放式國際標準數據接口，將來可按照企業的需求對各類軟件系統的數據進行集成，并根據實際情況進行分批建設，逐步投入，以達到持續的擴展和穩定的升級，而保護原有的投入，亦能使系統具有良好的集成性和擴充性。

3.2 集成方案

在GIS與SCADA技術基礎上集成的供水信息管理與調度監控系統，是一個分布式供水管網管理信息系統平臺。分布式計算模型能實現數據資源共享和數據處理的分工合作能保障兩個系統的性能，而且能夠減少網絡傳輸量和降低開發代價。在GIS中集成SCADA系統的功能，管網GIS和SCADA系統由其各自的平臺進行支撐，并保持系統各自原有的性能。GIS數據庫和SCADA系統實時數據庫在物理上相互獨立，之間依靠數據庫復制和鏈接技術來建立互聯實現邏輯上的一體化，以數據耦合的方式運行實現數據共享，優化了集成系統的性能。系統框架結構見圖1。

供水管網管理信息系統平臺采用桌面應用（C／S）、瀏覽器（B／S）及手持智能智能移動終端（PAD）相結合，實現室內與室外、有線與無線數據交換相結合。系統的內部功能進行了模塊化設計，確保在系統各功能模塊開發完成后，完全可以依據生產管理的流程自行選擇不同的模塊或組件進行組合，通過設置模塊的功能和模塊之間的關系滿足不同部門的管理需求，這樣有助于提高系統平臺的可靠性、先進性、實用性和開放性。

圖1 供水管網管理信息系統框架結構圖Fig．1 Structure of Information System in Water Supply Network

3.4 平臺實施計劃

供水管網管理信息系統采取整體統一規劃、分期實施的策略，系統建設水平的提高需要企業管理水平與之相適應，也逐步促進供水管理信息化水準的提升。

（1）近期：進行GIS與SCADA系統的集成，完成監測數據在GIS上的實時顯示與更新；實現與收費系統的集成，實現GIS平臺上的用戶定位、營業數據顯示及分析等。

（2）中期：為工作現場提供手持智能移動終端(PAD)；建立應急指揮決策系統，為企業管理層提供現場監督、遠程指揮功能。

（3）遠期：增加管網壓力、流量及水質監測點的數量，建立管網水力模型系統。

4 結束語

利用GIS靜態數據和SCADA動態數據集成的供水管網管理信息系統將為溫嶺供水現代化管理夯實基礎，使供水各環節之間的內在關系更為明確，對提高供水安全、節能降耗、優化管理等方面起到了舉足輕重的作用。同時，系統的建設也是一個長期的、不斷充實和完善的過程，在信息共享和系統集成的指導思想下，供水管網管理信息系統能夠方便地接入或嵌入其他業務系統，成為一個綜合管理平臺，實現數據的統一標準和管理、合理共享和深層挖掘，為供水管理工作提供強大工具和可靠依據。

［1］ 季偉．供水管網信息化建設及其技術難點探討[J]．凈水技術,2011,30(5)：85-89．

［2］ 陶建科,胡永清．基于GIS和SCADA技術的供水管網管理信息系統[J]．供水技術,2008，2(2)：29-32．

［3］ 楊弦,顧麗華,樊敏敏,等．基于GIS信息的供水管網更新改造探討[J]．凈水技術,2014,33(s1)：161-163,201．

［4］ 王偉華．城市供水多系統集成SCADA調度信息平臺[J]．凈水技術,2012,31(5)：85-89．