廖敏輝 吳玉琴 張鉞
廣州市自來水公司荔灣供水管理所

　　摘　要 本文介紹了廣州市供水管網信息系統的總體目標、系統的結構、開發的功能以及一年多來的應用情況，并講述了系統建立后存在的問題以及相應的解決辦法。
　　關鍵詞 供水管網；地理信息系統；系統功能：應用情況

1．引言

　　供水管網是城市地下基礎設施的重要組成部分，也是構成供水企業的主要資產成分。廣州市自來水公司是一個具有九十多年歷史的國內特大型供水企業，隨著廣州市經濟的飛速發展，城市基礎設施建設的發展帶動了廠州市供水管網建設的迅猛發展。早在上世紀九十年初提高水廠生產能力解決了城市供水需求量的矛盾后，自來水公司領導就意識到相對落后的城市供水管網將成為制約供水服務質量的新瓶頸，造成有些老城區居民用水仍存在問題，而水廠有水供不出去，為了解決這 問題，廣州市自來水公司采取了一系列的措施，一方面，加大對老城區舊管網改造的投資力度；另一方面，加強對供水管網GIS的研究開發，選取以荔灣區為中心進行供水管網GIS的開發試點應用，試通過GIS技術，大大地提高供水管網科學管理和決策水平，從而提高對外服務質量。

2．系統總體目標

　　供水管網屬于地下基礎設施，具有隱蔽性的特點，而且管網中水力的運行具有不可預見性，因而在管網建設和管網維護上對圖籍資料的依賴性非常大，供水管網的規劃、設計、施工、監理、調度、搶修都絲毫離不開圖籍資料。在眾多的工程圖紙資料中整理出一套反映供水管網現勢的、實時的管網圖，并利用該管網圖來指導自來水公司管網建設和管網維護顯得非常重要。
　　供水管網GIS是建立在計算機上以實時動態的供水管網現勢圖為基準的，能夠處理以供水管網為核心內容的空間信息和各種相關信息的一個綜合信息系統，對供水規劃、設計、調度、搶修和圖籍資料的檔案管理提供強有力的科學決策依據，實現分析決策的全計算機操作過程。整個系統建成后將達到如下目標：
　　●廣州州市全市范圍內管阿圖籍資料的計算機管理；
　　●能夠快速提供準確的搶修、施工方案決策支持；
　　●查詢各種供水管網信息，提供標準的規劃、設計圖紙；
　　●網絡功能實現中心與廠作站的信息聯絡；
　　●實時有效的管網動態監測分析，提交供水調度決策支持；
　　●管網運行狀態分析，對規劃、設計和現勢管網作出適當的評估：
　　●統計和發布各種供水信息。

3．開發情況

3．1 數據來源
　　全部管網數據由廣州市規劃局提供的地下管線普查數據，管線特性點都有X坐標，Y坐標，地面標高，地下管線頂部標高等測量數據，為供水管網比較準確而現勢的空間信息，但管網圖上部分管線專業性質不清，管線空間連接關系不正確或沒有建立連接關系，管線特性點的屬性不詳，難以區別廢棄管和正常管線，需要核對現有的工作藍圖、查竣工檔案、比較現場采集的閥門相對位置圖，把管線附屬設備區分出來，校正管線的連接關系，把校正后的數據輸入GIS空間數據庫。
　　規劃局提供的地形數據只有道路兩側5米范圍內的地形數據，稱為5米條帶數據，建立起地形圖庫。由于帶狀地形以外的地方，沒有地形數據，可以通過數字化現有的工作藍圖作為候選地理背景圖，組成柵格圖象庫。
　　規劃局提供的管網數據如管線和管線上的閥門、消防栓、堵頭、漸縮管等附屬設備，沒有屬性，有些管線和附屬設備缺失，需要通過查閱相關檔案資料，將屬性數據逐一核對出來，作為建立屬性庫的基礎數據。
3．2 信息要素
　　地理信息要素：區界線、區名標號、鐵路、道路、道路名標號、街巷名標號。水體邊界線、水體名標號、建筑物外廊、建筑物名標號、門牌號、房屋結構標號、籬笆、圍墻、圖根點、天文點、水準點、三角點、導線點。
　　供水專業信息要素：管段、閥門、消防栓、分支節點、水表、堵頭封板、排氣閥、排水閥、加壓泵站、水廠、測壓點、測流井、重點用戶。
3．3 系統構成
　　供水管網GIS采用德國西門子利多富公司的SICAD/OPEN軟件開發而成，其中包括BASE、NETZ、RBS、SINCAL、IMS模塊，軟件系統如下圖所示：

供水管網信息系統 METZ RBS SINCAL IMS SICAD/OPEN-BASE ORACLE數據庫

　　硬件系統結構如下：

3．4開發的功能
3.4.1 調圖
　　．按鼠標定義的區域調入管網圖；
　　．按道路、重點單位檢索調入管網圖：
　　·按1：500或1：2000比例尺的圖幅號調入管網圖；
3．4．2 一般圖形顯示和分層顯示功能
　　．一般圖形顯示功能包括：①中心放大；②中心縮小；③窗口放大；④平移；⑤前移窗日；③恢復原圖；①視圖刷新；③鼠標容差調節：③顯示重點單位；⑩點方式查詢顯示。
　　．分層顯示功能：將管網設備和地理數據分別放于不同的層，共有兒十層，你可以按需要用鼠標點擊顯示或關閉或設置這些層。常用的主要有以下幾大類，由各大類再細分若干層：①管線按口徑大小分層；②各種管網設備分層；③5米條帶地形數據；④1：1萬地圖；⑤柵格背景顯示。
3．4．3 查詢檢索功能
　　．按自定義條件進行綜合管網設備（如管線、閥門、消防栓等）信息查詢，如：①按街巷路名查詢；②按年代查詢；③按管徑查詢；④按管材查詢：⑤按鼠標定義的多邊形區域查詢等等，可按單條件查詢，也可以按自由組合條件進行查詢。
　　．產生查詢報表以及按報表反向查圖功能。
3.4.4 統計功能
　　．具有由用戶任意選擇范圍統計的功能：
　　．按道路、安裝時間、材質、口徑、日徑＿材質＿時間段等條件進行管長統計；
　　．按道路、安裝時間、口徑、類型、口徑_時間段等條件進行閥門數據統計；
　　．消防栓、排水閥等管網附屬設備的綜合統計；
　　．漏點統計；
　　某些統計應用中的直方圖和餅圖功能。
3．4．5關閘和擴大關問方案及網絡分析
　　如果出現水管爆漏，只要用鼠標點管線上的爆漏點，系統就能能顯示出受影響的管段和地區，給出關閘方案，并顯示出所有應關的閥門，輸出關制報表和關制圖和因關制影響停水的重要用戶信息。如果應關的閥門不能關閉止水，還可以給出外圍的擴大關問方案，并向受影響的用戶發出停水通知。
　　對給出的關閉圖，如果閥門位置比較難找或閥門卡表達不清，可以現場制作閥門的綁點圖；
　　對管網進行模擬仿真分析，顯示管線的連接情況和供水狀態。
3．4．6 標注和測量功能
　　標注的設置、增、刪、改功能：標注管線的管徑、管長、自由標注等等：
　　測量功能，主要用于管線的相對距離和閥門等附屬設備的綁點等。
3．4.7 繪圖功能
　　繪制與規劃局一樣的有四角點座標和圖框標準的1：500和1：2000的管網圖；
　　繪制用鼠標任意框出的區域管網圖，并按任意比例輸出所選的層的圖形；
　　繪工改圖、竣工圖、閥門消防栓冊頁圖等。
3．4.8 數據更新維護功能
　　可按坐標方式也可按以前手工所用的相對位置方法對管網數據進行增、刪、改；
　　可按單個設備也可按批量數據方式進行管網數據的增、刪、改；
　　地名信息的更新功能。
3．4.9 任務管理
　　在工作站上建立自己的工作任務，用文件方式對圖形進行設計、修改、查詢、爆管分析等管理操作（所有GIS功能都可以用），但不影響庫里的數據，實現可按不同用戶的需要進行任意的操作。
　　自動記錄調圖時間、范圍、主機號、用戶名和讀寫情況，以使用戶和管理員明確圖形使用狀態。
　　任務的存儲、恢復、修改、回調等功能，提高圖件的訪問速度。
3．4．10 系統管理功能
　　系統環境變量的修改；
　　用戶權限的設置；
　　數據的備份和交換功能；
　　有Windows標準的聯機幫助功能。
3．4．11 網上發布功能
　　整個公司的任意部門都可以利用上網軟件（如Internet Explorer），查看動態的管網信息，即前一分鐘修改過的管網數據，后一分鐘其他部門在網上就可看到最新修改過的數據。
　　 平時修漏部的關問方案圖和工程開叉關閥圖在網上進行發介，方便各部門知道何時何地進行關閥而導致用戶缺水，及時解答用戶的疑問。

4．管網信息系統的實際應用

　　廣州市供水管網信息系統（荔灣）自2000年3月正式應用于生產以來，至2001年8月底，共己提供各式查詢服務1653次，其中工改設計767次、修漏469次、開叉接駁344次、閥門查找92次、探漏6次、閥門普查3次、消防栓普查1次、閥門區冊1次7000多張，共提供大小不同的彩色管網圖16500多張。
2．1 系統管理的信息
　　至目前為止，荔灣所供水管網信息系統管理的是荔灣所管轄范圍內所有口徑的管網數據（包括管段、閥門、消防栓、漸縮管、培管、水表（DN100以上）等共十七項管網設備）和5米條帶地形數據（即只有道路兩旁5米內的地形），每一個管網設備和地形都用三維坐標準確定位。
2．2 系統應用的部門
　　該系統除應用在荔灣所內部設計審批組、閥門組、修漏一二組、缺水組、巡管線組、拆換表組和檢修組共八個組外，還應用于所外的二＿程公司、勞服公旬、管道隊、工貿公司、用戶發展科等管網設計安裝部門。
2.3 部分應用實例
　　管網設計方面：在1999年國慶節前，因任務緊，公司要求在3個工作日內上交幾十份內街管設計圖，我所在用GIS系統出設計底圖情況下，順利完成公司下達的任務。而且，用GIS 出的設計圖有比例、有地形背景（房屋邊界、門牌號等），所有管網設備和背景信息都準確地顯示出來，改變了以往手工的無比例、無地形的設計出圖方式。
　　爆管搶修、關閥方案制定方面：2000年初，西槎路DN600閥門漏水，我所就是用GIS制定的關問方案提供給閥門組，由于要關的閥門從廣佛高速公路一直到聚龍工業區，范圍相當大，GIS系統只用4張A3紙就將這一帶的管網和地形背景打印出來了。這在以前，要將這么大范圍的管網和地形背景都準確畫出來，個知要花費多少時間。
　　查找閥門應用：在內環路工程中，許多閥門被埋，巡管線組用以前藍圖上和閥門卡片上的綁點距離都找不到閥門，因為以前用來綁點的地形背景被拆了。后來，用GIS出的綁點距離才找到荔泉酒店前的閥門。在日常生產應用中，由于地下管線及其附屬設施經常被掩埋，如果沒有準確的資料，尋找起來相當困難和盲目的，GIS上的管線、閥門是建立在大地坐標系上的矢量化空間數據，數據進入系統后就被牢牢鎖定，不受地面情況的限制，通過GIS提供的信息，可以將閥門位置準確地定出來。
　　·工程開叉接駁時關閥方案制定方面：這方面的應用有許多例子：如澤德花園修漏、流花路開叉接駁、大同路開叉接駁等，我所都是用GIS出的關閥圖。通過GIS系統模擬關閥，可以準確地分析出需要關閉閥門，操作員只需作簡單的核對工作就可以了，避免了人工分析出現的錯漏現象造成延誤施工時間。
　　·探漏方面：上貿公司探漏人員在探出暗漏卻確定不了是哪條管漏水時，他們是用GIS出的管網圖來確定漏的管段。例如七月初在探環市西路與站南路交義口漏點時，他們在現場探的管線情況與提供的圖紙怎么都對應不上，后來專門派人來GIS查圖，發現GIS中的管網設備與現場探的管線情況一致，大大加快了漏點管段的確定。
　　·閥門普查方面：根據公司要求，荔灣所要對本所共4000多個DN100mm以上口徑的閥門進行普查，GIS資料人員將整個荔灣所管網圖分路段打印、并把該路段所有閥門的屬性打印成一張表格粘在管網圖后面，大大加快閥門普查進度。
　　·消防栓普查方面：消防栓普查時，都是按小區來分片查找的，如果按以前的方式，要帶幾十張藍圖、且要接邊許多圖才能知道一個小區內有多少個閥門、具體位置在哪。但用GIS出圖，整個鵝掌坦只用了一張A3紙就將管網和地形打印出來了。荔灣所西灣路、西槎路的消防栓普查都是用GIS來提供圖紙的。
　　·閥門區冊卡的打印：根據公司閥門區冊巡查制度的推開，荔灣所應用GIS打印閥門、消防栓、排水閥、排氣閥、測流閥區冊卡，該卡與白云所不同的是：不僅正面有閥門或消防栓的地址、用途、口徑等信息，背面還有按l：500比例輸出的彩色管網圖，這樣就可以根據比例量出該閥門與任意地形的綁點距離，而且還有該閥門周邊半行距離為30米的所有管網和地形情況，加速查找閥門的速度。

4．存在問題及解決辦法

　　GIS數據的動態管理問題：通過建立GIS系統時的資料整理，核對出荔灣區域范圍內約有3000多處有疑問的管線數據，這些管線數據需去現場進行探查核實，保證數據的準確率。另外新竣工的管網和地形需現場探查測量，提高數據的現勢性。這些問題是建立GIS系統時才遇到的。我們采取了以下解決辦法：首先購買了GPS、探管儀、全站儀等勘探測量儀器，然后建立了GPS控制網和常規測量控制網，組織成立了野外勘探測量小組，建立了廣州市自來水公司供水管網勘探測量規范，從人員、儀器、資金、制度上保證了管網數據的動態性。
　　剛開始GIS系統管理的只有DN100以上的管網數據，它對于查國、關閥方案制定等一般配水業務已經足夠，但它與手工管理的資料比還差DN100以下的管線數據。
　　于是我們采取掃描數字化方法將DN100以下的管線錄入GIS，完善了供水管網信息系統的管網數據。
　　GIS中只有5米條帶地形數據，地形信息不夠齊全且格式落后，造成系統效率降低，需要完善地形數據才能實時反映真實的信息。我們認為，向廣州市城市規劃設計院購買完善的電子地形數據是 個快簡而完美的解決方案；
　　需要建立一套新的管理機制和管理架構，使GIS與圖檔資料等配水管理有機結合，才能適應新技術的實施應用，GIS運作過程涉及管線數據采集，不要公司統一發文、施工單位協助及有關資料的及時歸檔。
　　GIS管理的數據量相當龐大，所用計算機的內存、硬盤較大，CPU速度要求高求高，對以后數據不斷擴充的海量數據管理，當前服務器和工作站的硬件對滿足GIS性能仍有所欠缺，對將來全）廣州市的管網數據的集中管理仍有待于計算機整體性能的提高。屆時，可以適時、分批、分步地對計算機硬件進行更新，以滿足整個廣州市管網GIS的管理功能要求。