基于GIS的合流管網全流程管理系統的開發

蔣 珂 ，王 萍

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州 213025）

伴隨城市的高速發展，地下排水管網的覆蓋范圍日益擴大，我國的排水管網經常出現各類老化問題。改造工程基本上是一些事后補救方案，方案的設計缺乏合理的分析方法和手段，采用當前的現場勘查和靜態數據分析對于識別合流管網排水性能問題和制訂新的改造方案，存在較大偏差，不能實現動態調整，同時也難以解決整個排水管網的實際困難。再者，改造方案缺乏有效的評估措施，有一定的局限性，改造區域不能精準定位，容易發生“哪里堵改造哪里”的現象，不能實現管網改造方案的最優化[1]。通過基于GIS的合流管網全流程管理系統，找尋可依賴的分析依據和方法，可以有效解決合流管網運行的實際困難。

1 決策支持系統的基本框架

地理信息系統（GIS）目前的功能仍停留在數據的檢索和查詢，或是簡單的統計上，難以進行深入分析，對復雜空間問題的分析與決策都比較弱。而決策支持系統（DSS）雖然有較強的模型分析優勢，但對于較為直觀的對象空間信息分布及空間位置的分析功能有所欠缺，無法將可視化的圖形或數據的形式快速準確地呈現在管理者面前[2]。將GIS和DSS有機結合成一個系統，將決策支持架構在GIS空間和屬性數據上，通過空間數據庫和模型庫的鏈接不僅能實現顯示、查詢和分析的功能，而且能夠給決策者提供直觀的信息服務和決策支持的功能。此系統既增強了決策方案的可行性，又提高了管網運行的效率，基于GIS上的決策支持系統的基本框架如圖1所示。

圖1 基于GIS的決策支持系統結構框架圖

由于管網改造方案的設計與評估是一個復雜的、專業化的過程，污水管網系統改造方案的設計和評估過程分為管網現狀分析、管網問題采集、改造方案設計和改造方案評估四個階段[3]。首先，通過管網動態模擬采集現狀管網中出現的問題；其次，具體分析管網的結構，找到發生問題的相應位置和原因；再次，利用系統整體設計和數字一體化功能，形成有效的改造設計方案，同時由計算機生成改造后的數據模型，與改造前的管網系統進行詳細對比；最后，對改造后管網的運作流程和可行性進行評估，且根據評估結果對改造方案作進一步優化和調整。

2 城市合流管網污染物排放監測管理

污染物的超標排放，會惡化河流等自然水體的水質，危及其下游及周邊區域。因此，需要對污染物排放進行跟蹤監測，安裝在泵站、閘站、溢流井等管網節點處的監控設備，可實時監測水溫、溶解氧、pH、鹽度、渾濁度、亞硝酸鹽、水位、流速、流量等水質水量參數，系統能自動識別出異常參數，并配合下游管道破裂和檢查井溢流的分析結果判斷事故的影響范圍[4]。評估分析模塊可提供污染物排放跟蹤管理器、上下游管網分析、節點水深、管線充滿度、管道流速專題圖顯示等功能。

3 合流管網水質水量監測與預警管理

在合流管網的全流程范圍內，通過水質、水量變化的虛擬仿真研究，進行監控設備的優化布局，分析建立系統的數據采集、預處理、在線分析、優化與預測等過程，構建合流管網系統的全流程監控網絡和預警系統。排水管網水質水量在線監測與預警子系統功能結構如圖2所示，該子系統可依托排水管網綜合數據庫，統一調用基礎平臺來提供錄入、修改、查詢和分析等功能，并充分利用在線監測平臺和模型模擬平臺，實現管網運行數據及相關設施的可視化信息管理。在泵站、閘站、溢流井等管網節點處安裝的監控設備，可監測水溫、溶解氧、pH、鹽度、渾濁度、COD、氨氮、總磷、水位、流速、流量等管網水質水量參數。現場裝配一臺工業監控終端，該機配置了GPRS調制解調器，可無線訪問區域監控服務器，上報各項實時水情數據，接收各項操作控制指令。工業終端利用工業現場總線與各檢測儀器、PLC等執行設備進行通信。基于在線監測數據，該系統能對檢查井、排水管網及相關設施運行狀態進行分析判斷，并對運行過程中可能出現的各類異常情況進行報警和預警。

圖2 排水管網水質水量在線監測與預警子系統功能結構圖

4 城市合流管網維護管理系統

4.1 系統主界面

城市合流管網管理系統的主界面采用的是基于Windows風格的菜單式界面設計，如圖3所示。菜單式界面將系統各功能按層次分布在菜單中，通過選擇其中某項菜單命令執行用戶需要的操作，來完成對城市合流管網維護管理等操作。

圖3 城市合流管網管理系統主界面圖

4.2 系統菜單

4.2.1 一級菜單

用戶利用本系統可方便地對排水管網進行日常的管理工作，系統一級菜單分為“系統管理”“視圖”“數據輸入”“數據管理”“查詢統計”“實時數據”“數據分析”“站點管理”“幫助”9項。

4.2.2 下拉菜單

系統“系統管理”“視圖”“數據輸入”“數據管理”“查詢統計”“實時數據”“數據分析”“站點管理”“幫助”9項下拉菜單及功能描述如下。

“系統管理”菜單名稱和功能如表1所示。

表1 系統管理菜單

“視圖”菜單名稱和功能如表2所示。

表2 視圖菜單

“數據輸入”菜單系統可以將管段、檢查井、泵站、水質數據等以表格形式輸入其中，輸入內容直接寫入數據庫，再與圖形數據相互關聯起來。

“數據管理”菜單名稱和功能如表3所示。

表3 數據管理菜單

“查詢統計”菜單名稱和功能如表4所示。

表4 查詢統計菜單

“實時數據”菜單名稱和功能如表5所示。

表5 實時數據菜單

“數據分析”菜單名稱和功能如表6所示。

表6 數據分析菜單

“站點管理”菜單名稱和功能如表7所示。

表7 站點管理菜單

5 結束語

本系統針對示范區域開展研究工作，以污染物減排為目的，基于GIS構建合流管網全流程監控技術體系。重點研究改造后合流管網水質和流量的監控，對污染物排放采取預警措施，同時對雨污水管道現狀進行實時監測，及時發現和解決負荷過重、管道堵塞等問題。合流管網全流程管理系統采用了有效的信息化技術和手段，搭建了集對象空間和屬性數據的信息平臺，開發了具有業務處理和專業分析模塊的排水管網數字化管理系統，最終形成了一個有效動態管理、系統自行決策分析、數據處理與存儲、能對合流管網系統所有設施進行監控的合流管網全流程監控管理平臺。