GIS技術(shù)在農(nóng)村飲水安全工程評價系統(tǒng)中的應(yīng)用

房 凱

(宿遷市水利局，江蘇 宿遷 223800)

0 引言

農(nóng)村飲水安全工程是國家、各省實施的重大民生項目。通過“十一五”“十二五”和“十三五”近15年的工程實施，通過建設(shè)水廠、鋪設(shè)管網(wǎng)和供水到戶，顯著改善了農(nóng)村居民的飲水條件。隨著農(nóng)村飲水安全工程的覆蓋面愈來愈廣，其后期運行管理成為主要問題。據(jù)江蘇省某市統(tǒng)計，新建、改造水廠近700座，供水管網(wǎng)達(dá)到5萬km。為確保工程長效發(fā)揮效益，亟需通過現(xiàn)代化信息手段加強(qiáng)運行管理，對工程適時評價，為后續(xù)農(nóng)村飲水安全工程鞏固提升提供科學(xué)依據(jù)。

目前，水利信息化已成為發(fā)展方向，特別是近年來，隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，水利工程管理要求天地一體化監(jiān)督管理。GIS技術(shù)在水利工程中研究應(yīng)用十分廣泛，改變了過去單一的管理方式，能夠有效解決傳統(tǒng)管理的不足，滿足水利工程運行管理需要[1-5]。本文通過建立農(nóng)村飲水安全工程數(shù)據(jù)庫，結(jié)合工程空間分布特點，引入GIS技術(shù)，應(yīng)用對象編程方法，建立基于空間管理的農(nóng)村飲水安全工程評價系統(tǒng)，以提高工程管理效率，助推水利信息化。

1 總體設(shè)計

1.1 開發(fā)目標(biāo)

一是基于GIS的農(nóng)村飲水安全工程信息管理。實現(xiàn)對水廠、進(jìn)村入戶管網(wǎng)等基本信息的輸入、查詢檢索、信息維護(hù)和輸出等功能，繪制農(nóng)村飲水安全工程電子地圖及空間數(shù)據(jù)的管理。

二是基于GIS的農(nóng)村飲水安全工程評價。采用模糊綜合評價模型對建設(shè)的水廠和鋪設(shè)的管網(wǎng)進(jìn)行綜合評價，計算出綜合得分。利用地理信息系統(tǒng)，首次實現(xiàn)農(nóng)村飲水安全工程評價與GIS的結(jié)合，提供空間查詢等多種實用功能。

1.2 數(shù)據(jù)管理

為了對屬性、空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，在建庫過程中GIS應(yīng)用了分層技術(shù)，根據(jù)地理要素設(shè)置單獨的圖層，如老水廠圖層、新水廠圖層、鄉(xiāng)鎮(zhèn)管道圖層和村級管道圖層。在管理圖像方面，MapInfo(MapX)的功能比較強(qiáng)，將多個圖層集合可得到工作空間。關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在屬性數(shù)據(jù)中應(yīng)用比較廣泛，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織時可以參考關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論來進(jìn)行。以唯一代碼為索引，通過屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)關(guān)系的建立來實現(xiàn)圖文互動，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Data structure schematic

1.3 功能設(shè)計與實現(xiàn)

基于GIS的信息管理和工程評價是農(nóng)村飲水安全工程系統(tǒng)的兩大主要功能，系統(tǒng)還具備工程信息和空 間數(shù)據(jù)的維護(hù)功能，如圖2所示。系統(tǒng)具體設(shè)計中，

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計Fig.2 System functional design

采用面向?qū)ο箝_發(fā)方式，通過Visual FoxPro建立屬性數(shù)據(jù)庫，并作為可視化開發(fā)平臺，電子地圖由Mapinfo實現(xiàn)，空間管理功能由MapX控件實現(xiàn)，結(jié)合農(nóng)村飲水安全工程評價，實現(xiàn)信息管理、工程評價、空間管理及評價信息空間管理等功能[3-5]。

(1)基于GIS的信息管理功能。一是實現(xiàn)水廠、管網(wǎng)信息的管理功能。對新建、改造水廠和進(jìn)村入戶管網(wǎng)等進(jìn)行查詢檢索。二是實現(xiàn)地理信息的查詢功能。系統(tǒng)提供圖形操作功能，包括圖形數(shù)據(jù)輸入與輸出、電子地圖放大、縮小、漫游、圖形點選、圖查屬性和屬性查圖等功能。

(2)基于GIS的工程評價功能。用戶根據(jù)需要選擇水廠，對其各項指標(biāo)評分，再利用已編制好的模糊綜合評價模型，進(jìn)行工程評價。已經(jīng)評價好的農(nóng)村飲水安全工程，隨時可以檢索查詢，查看評價指標(biāo)。利用系統(tǒng)上的選擇工具，在電子地圖上對水廠、管網(wǎng)進(jìn)行查詢。

(3)維護(hù)功能。在數(shù)據(jù)訪問的過程中依據(jù)不同用戶設(shè)置不同訪問權(quán)限，實現(xiàn)不同級別的數(shù)據(jù)維護(hù)。

2 農(nóng)村飲水安全工程評價研究

2.1 評價指標(biāo)

影響農(nóng)村飲水安全工程評價的因素很多，在調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，從前期規(guī)劃、可行性研究，到建設(shè)過程中的規(guī)范化管理，再到工程建成后日常運行管理，以及工程可持續(xù)性等多方面的評價指標(biāo)進(jìn)行研究，確定了3個一級指標(biāo)(建設(shè)指標(biāo)、管理指標(biāo)和持續(xù)性指標(biāo))和7個二級指標(biāo)(前期工作、建設(shè)情況、水廠管理、運行管理、財務(wù)管理、滿意度和水源保證率)，在二級指標(biāo)下設(shè)立25個三級指標(biāo)[6-10]。

對于權(quán)重，目前運用較多的方法有加權(quán)平均法、專家調(diào)查法、層次分析法和Delphi法等。本文采用專家調(diào)查法得到各個評價指標(biāo)的權(quán)重。系統(tǒng)在設(shè)計時，指標(biāo)權(quán)重設(shè)置成可修改模式，隨時修改，從而提高了系統(tǒng)方便程度。

2.2 評價指標(biāo)處理

經(jīng)前期調(diào)查分析，確定指標(biāo)等級，采用專家打分方式確定評價等級。評價等級分為“好、較好、中、較差、差”5個等級，對應(yīng)量化值采用百分制，分別為100、80、60、40、0。

2.3 評價模型

本文采用模糊層次綜合評價法。農(nóng)村飲水安全工程評價指標(biāo)以定性指標(biāo)為主，采用定性評價模型，具體評價步驟如下。

(1)二級指標(biāo)得分。根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，對被評價水廠的各項指標(biāo)科學(xué)打分，然后依據(jù)評價指標(biāo)權(quán)重，得到各指標(biāo)得分。通過這一步驟，計算出對應(yīng)的二級指標(biāo)得分。

(2)一級指標(biāo)得分。根據(jù)第1步的二級指標(biāo)得分和對應(yīng)的二級指標(biāo)權(quán)重，可以得到對應(yīng)的一級指標(biāo)得分。

(3)評價總得分。根據(jù)第2步的一級指標(biāo)得分和對應(yīng)的一級指標(biāo)權(quán)重，可以得到農(nóng)村飲水安全工程的評價總得分。

通過以上3個步驟，依據(jù)得分標(biāo)準(zhǔn)，對被評價的農(nóng)村水廠進(jìn)行歸類分析，具體為4個等級：好(80分以上)、較好(70～79分)、一般(60～69分)、差(60分以下)。

本文以江蘇省某地農(nóng)村飲水安全建設(shè)的卓圩水廠為例，經(jīng)過計算，卓圩水廠建設(shè)指標(biāo)89.3分，管理指標(biāo)80.4分，持續(xù)性指標(biāo)86.0分。最后，計算出卓圩水廠總得分84.75分，評價等級為好，水廠從建設(shè)到運行管理各環(huán)節(jié)做得較好，暫時不需要改造。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 信息查詢

本文主要介紹基于地圖的水廠查詢。在查詢界面，設(shè)置“水廠類別”“查詢鄉(xiāng)鎮(zhèn)”和“輸入名稱”等查詢框。用戶在使用中，根據(jù)功能需要進(jìn)行空間查詢。系統(tǒng)在設(shè)置查詢框時，既可以模糊查詢，也可以精確查詢，從而方便各類用戶管理信息，極大提高了系統(tǒng)的可操作性。當(dāng)用戶輸入查詢條件，在電子地圖中便會突出顯示查詢內(nèi)容。用戶也可以在地圖上直接點擊查詢對象，顯示其具體技術(shù)參數(shù)，包括圖像，如圖3～4所示。

圖3 水廠查詢界面Fig.3 Enquiry interface of water plant

圖4 水廠具體信息Fig.4 Specific information of water plant

3.2 工程評價

(1)評價指標(biāo)輸入。根據(jù)確定的各項評價指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行輸入或修改。

(2)評價得分輸入。根據(jù)各指標(biāo)打分方法，對某個水廠將預(yù)先在紙上打好的分輸入，確定各項指標(biāo)的得分情況，如圖5所示。

圖5 某水廠各項指標(biāo)得分輸入Fig.5 Input of each index score of water plant

首先選擇水廠所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并輸入水廠名稱，然后對各項指標(biāo)根據(jù)情況進(jìn)行打分，為操作方便，各項指標(biāo)的分值只需進(jìn)行選擇即可。

(3)評價得分計算。點擊菜單中的“評價得分計算”菜單，會對所有已經(jīng)輸入評價得分的水廠進(jìn)行評價計算，得出每個水廠的總得分，從而確定水廠的總體評價等級。

(4)評價情況查詢。點擊菜單中“評價結(jié)果查詢”菜單，會顯示如圖6所示的界面，在評價結(jié)果查詢欄中先選擇水廠類別即是新建還是原水廠，再選擇總得分類別，再點擊“評價結(jié)果查詢”按鈕，即可在圖中閃爍顯示所有該類別的水廠。

圖6 水廠評價結(jié)果查詢界面Fig.6 Query interface of water plant evaluation results

3.3 數(shù)據(jù)維護(hù)

(1)評價信息維護(hù)。用戶只需重新查詢要維護(hù)的農(nóng)村水廠，并重新進(jìn)行評價。

(2)地圖維護(hù)。針對農(nóng)村水廠或供水管網(wǎng)變化時，根據(jù)管理權(quán)限，由系統(tǒng)管理員對地圖進(jìn)行重新繪制、更新等，并同步更新水廠數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，確保屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫一致。

4 結(jié)束語

通過建立農(nóng)村飲水安全工程數(shù)據(jù)庫，結(jié)合工程空間分布特點，引入GIS技術(shù)，應(yīng)用對象編程方法，建立了基于空間管理的農(nóng)村飲水安全工程評價系統(tǒng)。利用模糊綜合評價模型對工程評價，首次實現(xiàn)了工程評價與GIS的結(jié)合，方便了農(nóng)村飲水安全工程運行、管理。應(yīng)用實踐顯示，系統(tǒng)操作性較強(qiáng)，評價結(jié)論可信，可推廣到其他市縣工程管理中。