GIS在水務管理中的應用與探索

宋海軍

(天津水務集團有限公司，天津300042)

1 背景

20世紀90年代，數字化管道的概念被提出。隨著3S技術的推廣與集成應用，城市管網管理已從CAD時代過渡到GIS時代。如今，GIS技術在我國城市規劃、水電氣熱管理等多個領域得到了廣泛應用。天津水司與時俱進，大力開展信息化工作，瞄準國際先進、國內領先水平，在管網普查的基礎上投資建設了供水管網地理信息系統(GIS)。該系統自2009年正式運行至今，基本替代了原有紙質圖檔資料的作用，同時具備爆管分析、在線監測數據實施展示、運行數據統計等功能，為生產決策提供了有效的輔助支持。

為推動水務事業發展，著力打造城市水務統一運營平臺和責任主體，天津水務集團有限公司(以下簡稱水務集團)于2015年11月經天津市委、市政府批準成立，由市自來水集團有限公司、水務投資集團有限公司以及相關的引灤入津、南水北調原水管理單位等優勢國有資源整合而成，并于2016年1月注冊。水務集團業務布局為打造“一主三輔”業務格局，其中“一主”指供水板塊，包括原水輸配和城市供水業務，為集團核心業務板塊。隨著水務集團業務領域的拓展以及信息技術的更新與發展，對管網系統的統一管理、資源的整合等都提出了更高的標準。為滿足業務發展需求、不斷提升管理水平，真正實現原水、供水“一張網”管理，對GIS提出了新的管理和使用要求。

2 GIS的需求梳理

天津GIS在建設之初主要用于市政供水管網的運行管理，水務集團成立后對供水業務進行了深度擴展，對標原水管網一張網運營布局，GIS尚存在以下方面的需求。

2.1 原水工程方面

目前，原水輸送已基本形成引灤、引江雙水源保障格局。引灤入津工程、南水北調中線工程等原水供水工程已納入運行管理，供水范圍覆蓋中心城區、濱海新區、武清、寶坻各大水廠和海河沿岸各大電廠。原水工程中的明渠、暗渠、管線、水庫、泵站、水閘等相關設施的管理相對獨立，缺乏整體的智慧化管理軟件。為進一步提高原水運行管理水平，為全市用水調度建立水力模型提供基礎數據支持，需將原水工程資料納入GIS管理。

2.2 二次供水方面

天津市現有二次供水設施5 000余處，其中居民住宅二次供水設施近3 500處。目前，水務集團已接管居民住宅二次供水設施1 085處，主要負責對二次供水泵房、地埋管網的巡查、維護、搶修等工作。二次供水設施資料的存儲方式較為傳統，主要采用紙質資料和電子CAD竣工圖紙。隨著城市化進程的發展，二次供水用戶的比例不斷增大，后續接管的二次供水設施將進一步增多。為提升二次供水管理水平，響應水務發展一體化要求，亟需將二次供水資料納入GIS。

2.3 管網管理方面

2.3.1 缺乏統一GIS管理平臺

目前，GIS的應用區域主要包括中心城區、濱海新區塘沽區域和部分西青、津南、靜海范圍。隨著集團供水業務范圍的擴大，以及“三供一業”項目的移交接管，濱海新區大港油田地區與諸多開發區范圍內的供水管網尚未納入GIS管理。GIS由各二級單位按照供水范圍管理使用，水務集團缺乏一個相對完整的GIS以統一管理各單位系統運行。

2.3.2 城市發展地形變化

GIS管網資料均為竣工驗收合格的管網，一些重大工程項目往往分為若干標段實施。但因為工程整體未完工，有些已通水運行的標段遲遲無法實施GIS上圖，給后期搶修維護工作等造成不便。城市發展日新月異，系統內地形多發生改變，尤其是中心城區以外區域的地形變化較為突出，使GIS地形與實際有所不符。

2.3.3 管理輔助決策方面

區域供水公司只能查看各自供水范圍內的管網信息，遇到工程涉及跨區域停水(降壓)時，無法第一時間查看、分析，影響工作效率。管網管理輔助功能有所欠缺，搶修、維護信息不完善。

2.4 數據管理方面

壓力、流量、水質監測數據等是管網運行管理過程中的重要信息，目前數據由各二級單位管理，尚無統籌管理部門。水務集團成立后，急需對各單位的壓力、流量、水質監測情況等開展統一管理與實時監管。

2.5 系統軟硬件需求

09版GIS選用ArcGIS9.3作為基礎平臺，經過多年的發展，開發方法已有根本性改變。目前，該平臺已經相對落后，行業最新科技成果無法在此平臺上實施。需對ArcGIS平臺進行升級，從而更好地為GIS提供服務。隨著硬件設備性能的提高和硬件成本的降低，64位操作系統已經取代32位的WinXP系統，成為當前計算機的主流操作系統。09版GIS是基于后者開發，后期系統提升也將影響計算機性能。

3 GIS的提升與改進

3.1 原有GIS的升級

3.1.1 數據管理子系統

將原數據管理系統使用的ArcGIS平臺從9.3版本升級到10版本，在保留原有GIS功能的前提下進行系統優化、功能改造，并按新業務需求調整數據庫結構，以適應管網管理發展的需要。

3.1.2 基于Wdb的發布管理子系統

將基于ADF框架的ArcGIS Server9.3發布平臺升級到基于Htm15的ArcGIS Server10發布平臺，有權限的人員可以隨時通過網頁查看當前的管網情況，并可對管網數據應用統計、查詢、分析等高級功能。

3.1.3 移動系統

增加移動系統對緩存數據格式的支持，減少外業使用的流量消耗，保證原有功能的正常使用。

3.2 GIS的功能擴展

3.2.1 建立水務集團GIS

將現有3家區域供水公司的GIS數據整合，統一保存到水務集團數據服務器中，實現自來水管網資料的統一管理、統一應用，建設水務集團GIS，為全市GIS管理提供基礎支持，為使用GIS基礎數據的各個部門提供數據支持。將全市的供水管網壓力、流量、水質監測數據接入后，可通過集團GIS實時查看并統計、分析。

3.2.2 原水資料拓展

將原水數據納入GIS統一管理，對市區內長度為60多公里的原水物探管線、引灤工程項目資料、南水北調工程項目資料，以及沿途各關鍵點位信息統一在GIS管理。以水閘為例，通過GIS屬性查詢，可調出該設施的全部屬性資料，見圖1。

圖1 原水GIS資料

3.2.3 二次供水資料拓展

建設二次供水設施圖層，將二次供水數據接入GIS管理。可通過GIS查看全市的二次供水情況，點擊可查看每處二次供水設施的具體情況，根據二次供水設施服務的小區用戶進行了區域輻射劃分。可通過GIS直接查看單個二次供水設施供水服務區域，如圖2所示。

圖2 二次供水設施分布

3.3 提升資料準確度

針對GIS地形圖不夠精確、范圍不夠廣泛、管網資料更新不夠及時等相關問題，逐一解決。

3.3.1 購置新地形圖

原有GIS地形圖僅涵蓋市內六區和外環線周邊地區，通過采購全市區域內地形圖，一方面新增了擴展業務地區地形，另一方面更新了原有地形區域地形。購置了全市域現勢遙感影像圖電子地圖切片數據以及全市域現勢1 ∶2000地形圖(其中中心城區為1 ∶500)，統一數據坐標并定期進行地形圖數據更新，保證地形資料的現勢性、完整性和準確性，從而更好地滿足集團系統開發與應用的具體需求。

3.3.2 規范數據管理

出臺《天津水務集團有限公司GIS運行維護管理辦法》，明確各級單位的管理職責、資料數據錄入和協調同步周期。明確所有通水運行工程要在30個工作日內完成數據資料的錄入工作，將部分已通水運行但未總體竣工驗收的項目的數據錄入臨時圖層，待正式驗收后調整至正式圖層。各營銷公司每個工作日編輯提交系統數據，各GIS運管單位每個工作日對數據進行協調和數據壓縮，解決上傳數據問題并將數據整合到GIS主信息庫。集團每個月同步處理整體GIS數據，確保資料更新及時、準確。

3.4 構建三級管理體系

形成水務集團三級GIS管理體系。水務集團GIS為一級管理平臺，負責全市管網資料的統籌管理；各區域供水公司GIS為二級管理平臺，負責各自管轄區域內管網資料的管理；各營銷分公司GIS為三級管理平臺，具體負責營銷范圍內管網資料的上圖、維護和使用等工作。按照三級管理體系職能，合理匹配各級GIS管理人員操作權限。打破原有區域公司無法查看其他地區管網資料的尷尬格局，開放查閱權限。各區域公司均能查看全部供水管網GIS資料的權限，使爆管分析、停水分析等管網管理和分析工作更加科學、合理、高效。

4 結語

伴隨信息化水平的提升，GIS的應用使管網管理水平實現了質的飛躍。近年來智慧水務的概念越來越為國內外供水企業所接受，智慧管網作為其中重要的組成部分，亦成為未來管網管理的發展方向。GIS作為智慧水務的底層應用平臺，具備強大的圖形、效果展示和數據統計、分析功能，并可為其他業務管理系統提供平臺支持，必將成為智慧管網的重要組成部分。天津水司結合管理需求，不斷開發完善GIS功能，將供水運行中營業、計量、客服服務等諸多業務工作架構于 GIS 平臺之上，形成了綜合管理平臺。未來，天津水司將繼續開發和優化GIS功能，使之能更好地實現企業內外部各系統的有機銜接和數據共享，從而實現各類數據的自動歸集與深度分析，提升系統工作效率，進而更有效地支持和服務供水企業管理決策。