基于GIS技術的智慧水務綜合管理平臺研究

張龍軍 王興興 房志偉

（1.湖北國土資源職業學院，湖北 武漢 430090；2.武漢市光谷豹澥第一小學，湖北 武漢 430206；3.石家莊正定新區水務有限公司，河北 石家莊 050899）

為了進一步提高企業的管理水平和服務質量，部分供水企業根據自身需求，建立了管網GIS系統、外勤管理系統、報裝系統、客服服務系統等各類系統[1]。但系統的建設和使用均分散在各個部門，產生了大量的數據孤島，導致無法深入挖掘和分析各類業務數據。隨著云計算、物聯網、移動互聯網、5G、大數據等先進技術的日益普及，水務系統的建設方向正由信息化向智能化轉變，智慧水務系統的建設應運而生[2]。本文探討了GIS技術在智慧水務管理系統建設中的應用，深度挖掘各業務系統中的海量數據，實現企業的整體智慧運作和科學管理。

1 現狀分析

1.1 概況

石家莊某自來水公司成立于2015年，日供水能力為15萬噸，為地表、地下兼容水廠，其中地下水水源來自磁河地下水水源地，日供水能力5萬噸，地表水水源為南水北調江水，日供水能力10萬噸，供水管道長約60 km，公司管理模式較為傳統，如日供水量采用每日抄表方式獲取，外勤業務主要通過電話溝通，現有管理模式無法滿足現代化水務建設的要求。基于GIS技術的智慧水務綜合管理平臺的建設，充分應用云計算、物聯網、互聯網、5G、大數據等先進技術[3]，圍繞公司日常業務謀劃水務信息化的發展，助力公司由傳統水務向智慧水務轉型。

1.2 存在問題

1.2.1 管網GIS數據管理方式陳舊

公司管網GIS數據主要以紙質圖紙的方式進行保存，資料分散于不同的部門，缺少共享平臺，數據使用效率低，管網數據的安全性也得不到保證。

1.2.2 業務數據分散，未充分利用大數據

公司建有營業收費系統、報裝系統、客服服務系統、管網GIS管理系統等信息化系統，系統均為單獨建設，分散于不同的部門，數據建設標準存在差異，數據的應用局限于各個部門，無法深入挖掘和利用大數據。

2 GIS技術的多角度應用

2.1 GIS數據庫實現管網資產科學化管理

公司管網GIS數據主要以紙質圖紙的方式進行保存，使用極為不方便，同時數據的安全性也沒有保證。通過GIS空間數據庫技術，將管網資產數據存儲于數據庫，實現供管網數據無紙化、數字化管理，為供水管網數據的深度挖掘提供了數據支撐。

2.2 GIS分區實現精細化漏損控制

依據供水管網數據以及用水情況，結合城市地形地貌特征，將城市供水區域劃分成若干計量分區，通過GIS分區漏損率一張圖，能夠快速了解每個區域的實時漏損情況，為城市管道建設、改造提供科學依據。結合夜間最小流量判斷漏點區域，輔以外勤檢漏工作，快速定位漏點位置，減少水資源的流失，降低漏損率，實現精細的漏損控制[4]。

2.3 GIS空間分析實現供水決策智慧化

GIS系統具有強大的空間分析能力。當城市發生漏水事故時，依據自來水水流方向以及管網的拓撲關系，系統可以快速分析出關閥門方案。此方案比依據經驗確定的關閥方案更具有科學性，能夠幫助技術人員快速解除故障，減少水資源的浪費[5]。

2.4 GIS技術實現外勤業務高效化

采用GIS技術及GPS定位技術，實現管網數據在移動終端上的應用，同時采用移動通信技術將現場發生的各類事件通過圖片、文本等信息傳回監控端，加快各類事件處理速度，實現管網外勤工作地精細化管理，利用GIS技術分析事故高頻地段，能夠為城市管道建設、改造提供科學依據。

3 智慧水務綜合管理平臺總體構架

智慧水務綜合管理平臺采用面向服務的層次體系架構[4]，系統各業務功能以服務形式提供給不同的業務應用。

智慧水務綜合平臺總體框架如圖1所示。

圖1 智慧水務綜合平臺總體框架

3.1 物聯感知層

主要包括系統物聯感知系統部分部署的水廠、泵房等視頻監控設備以及對管網運行指標進行實時在線監測的傳感設備等。

3.2 基礎設施層

主要為軟硬件設備，包括操作系統、輸入輸出設備、安全防護軟件及無線網、服務器等。

3.3 數據中心層

數據中心層囊括水務公司能獲取的各類信息化資源，包括管網數據、地名定位數據等空間數據資源以及搶維修業務數據、工程信息數據、營業數據、客戶信息數據、SCADA監測數據等業務數據資源，還包括與水司已有系統或其他外部系統對接共享獲得的數據資源。

3.4 信息服務層

信息服務層實現對各類信息資源的集成、管理、分發和運維[6]，保障各類數據資源的充分匯總、應用權限的有序管理。

3.5 業務應用層

各類業務系統和業務功能在此層面實現，為企業的智能管網建設提供應用。重點實現供水管網GIS系統、集成管理平臺、生產調度系統SCADA、管網巡檢管理系統、管網維修養護管理系統、管網工程信息管理系統、遠傳水表集成管理系統、客戶服務系統、智慧供水綜合運營平臺以及大屏調度系統等。

3.6 應用表現層

應用表現層決定系統應用端的表現形式。針對公司實際情況，提供PC和便攜電腦端滿足日常業務應用，提供移動智能終端滿足外勤搶維修業務應用，提供監控大屏端滿足綜合調度監控應用，提供平板電腦端滿足外勤圖紙查詢以及領導移動辦公應用。

3.7 標準規范體系

以國家和行業相關標準規范為基礎，建成數據建庫標準、系統使用規范以及項目管理規范等相關規范。

3.8 信息安全體系及管理制度

以國家和行業標準規范為基礎，建成數據處理規范、接口規范、系統使用規范、服務器管理規范等信息安全體系及管理制度。

4 智慧水務綜合管理平臺功能建設

4.1 供水管網GIS系統

將供水管網、水表、閥門、消防栓等管網數據進行融合，系統提供豐富的地圖瀏覽工具，形成基于基礎地理數據的供水資產數據全生命周期管理模式。

4.2 智慧供水綜合運營平臺

供水管網綜合展示平臺將各個業務系統進行集成，實現信息共享、智慧共聯、服務共通。平臺將供水管網各單位的繁雜業務和多元異構數據進行集成，結合空間分析、數據挖掘、商業智能等技術手段，在海量龐雜的數據資源中挖掘各類有價值的信息，采用GIS可視化技術進行動態展現。為水務公司管網綜合管理、應急處置等提供輔助決策工具。

4.3 管網外勤管理系統

管網外勤管理系統采用Web端與手持端相結合的方式進行設計與應用，基于物聯網和移動GIS技術，由在桌面端運行的外勤后臺監管子系統和在平板電腦、手機等移動智能終端上運行的外勤移動智能終端子系統組成，實現管網數據在移動終端上的應用。采用移動通信技術將現場發生的各類事件通過圖片、文本等信息傳回監控端，加快各類事件的快速處理，實現管網外勤工作地精細化管理。

4.4 生產調度系統

依托水表和壓力等物聯網傳感器設備，合理地進行GIS分區，通過大數據分析實現了對物聯網設備數據的合理分析與計算，查找可能的漏損和漏點[7]。調度中心可遠程監測各供水單元的實時生產數據和設備運行參數；可遠程查看重要生產部位的監控視頻或監控照片；可遠程管理水泵、閥門等供水設備。

4.5 管網工程信息管理系統

采用工作流、事務管理等技術，結合手持智能終端設備，實現對工程設計、工程審批、工程建設、工程施工等全方位的管理。與GIS系統緊密結合，使工程信息、工程資料、工程狀態及工程位置可視化展示，實現管道施工工程的過程監管留痕，提升工程建設過程透明度，幫助水務公司有效把控工程進度和資金投入。

4.6 遠傳水表集成管理系統

運用GIS技術，以流量監測數據為核心，以業務應用為導向，構建遠傳水表管理系統，實現對遠傳水表等設備及用水量信息的統一管理，并對用水量數據進行綜合分析，為用戶的管理決策提供輔助功能。

5 結語

基于GIS技術的智慧水務綜合管理平臺，借助大數據、云計算、物聯網等先進技術，以GIS地理信息技術為基礎，結合水務公司當地基礎地形圖和供水管網數據以及各部門業務，涵蓋綜合管網管理、管網維修養護、生產調度、在線監測等信息，整合水源地、水廠、管網等各個環節的靜態基礎數據和動態實時監測數據，實現了數據管理標準化、綜合信息展示集成化、模擬調度科學化、運營管理規范高效化，為最終建成具有特色的智慧水務綜合運營平臺，實現企業的整體智慧運作和科學管理奠定了堅實的基礎。