GIS技术在供水系统中的应用与发展


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GIS技术在供水系统中的应用与发展

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GIS技术在供水系统中的应用与发展

作者：田一梅 1… 文章来源：中国供水网点击数：更新时间：2006-12-29

文章摘要： 　　中图分类号：TU991 　　文献标识码：B 　　文章编号： 1000-4602(2000)09-0021-03 　　1 GIS技术发展概况　　在新兴的信息产业中，GIS(Geographic Information System,地理信息系统)作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学及相关学科等为一 ......

　　目前，GIS在国内供水系统中的应用集中在输配水管网的日常管理中，如上海、深圳、唐山等城市。天津大学环境工程系也曾根据供水企业的要求，先后以北京大学的Citystar和中国地质大学(武汉)的MAPGIS为软件开发平台，建立了城市供水管网管理系统，实现了供水管网图形数据和属性数据的计算机录入、修改；对管线及各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析；对各类图形(包括管线的横断面图和纵断面图)及统计分析报表显示和输出；除此之外，还为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案及相关信息，从而基本实现了供水管网的信息化管理。通过GIS的集成，使管网图形库、属性数据库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效，而且易于动态更新，从而大大提高了管网管理工作的效率和质量。
　　当然，GIS应用于供水系统所产生的功效还远不止于此。就GIS本身而言，对空间数据的管理只是最基本的功能，而更深刻的内涵在于GIS的空间分析、模型分析所产生的信息，能够对自然过程或决策方案进行模拟和趋势预测，以便从中选择最优方案，避免管理和决策的失误。
　　因此，GIS在供水系统中的应用，就不能仅仅作为一个图形库和数据库只是停留在管网日常管理的水平上，还应该利用GIS分析、模拟与预测的强大功能，与专业理论、方法相结合，进行深度开发，为管网规划设计、建设施工、各种运行状态下的优化调度以及事故抢修等提供决策支持。
　　目前我国大、中城市管网更新改造的任务逐年加大，迫切需求实用的管网水力分析及扩建改造优化设计的软件系统。然而，尽管近年来有关管网优化设计理论和方法的研究日趋成熟，但其应用并不广泛，究其原因就在于优化模型的建立及其解法与编程，对于部分设计人员来讲难度较大，尤其是扩建、改造方面的优化，不仅涉及的问题比较复杂，而且往往需要庞大的数据量。而解决这一难题的有效办法就是将管网计算理论、系统优化理论与GIS相结合，凭藉GIS强大的空间数据管理功能，利用GIS上的实际管网图构造出管网计算图形，并从GI S的属性数据库中提取有关数据，通过编制计算程序，进行管网水力工况分析。在此基础上再将GIS的网络分析与优化模型的建立及求解融合在一起，建立一个管网扩建、改造优化的辅助设计系统。这样不仅将优化设计的思想、方法渗透到管网建设中，有利于城市供水管网的合理布局与科学调整，为日后管网的优化调度奠定良好的基础；而且通过GIS将管网大量的基础数据、水力分析计算、优化设计计算以及设计方案输出等集成为易于操作的专业软件，为设计人员的实际应用提供了极大方便。
　　设计优化的最终目的是运行优化。一个大型、复杂的管网做到安全可靠、经济合理的运行并非易事。从长远目标来看，根据可靠、准确的管网运行资料，建立管网数学模型，并据此对管网运行工况进行动态模拟，是实现管网优化运行的必经之路。而在管网建模过程中，GIS以其独特的优势，将作为对管网运行实施信息模拟不可替代的工具。在GIS的支持下，管网的结构参数和状态参数融为一体，可以利用GIS数字高程模型，模拟管网水压分布状态，并以二维或三维图形直观显示；也可以在多水源管网中寻求管网内供水分界线的变化规律，以合理设置供水分界地带的测压点，并确定各测压点之间的相关关系，为优化调度提供决策依据。
　　此外，GIS的空间分析、网络分析还可用于管道施工、管网维修预案和管网事故抢修决策等方面。如在管网建设施工中，利用GIS的缓冲区(Buffer)模型，对将要敷设的管道进行缓冲区分析，并将计算出的缓冲区与数字高程模型迭加，计算其工程土方量。又如在未来的管网事故紧急抢修时，可以采用GIS与GPS相结合，一方面通过GPS系统准确获取抢修车的地面位置和路网交通状况，并将数据实时传送给GIS，计算最短行车路线；另一方面利用GIS的关阀搜索、管网状态仿真模型，快速分析事故的影响范围和影响程度，模拟管网动态变化，以便调度管网有关设施，确保供水服务质量。显然与传统的事故处理相比，上述技术方案充分显示出现代信息技术高效率的优势。
　　以上列举的各项只是GIS在输配水系统中的部分应用，实际上GIS在供水系统中还可用于水资源规划与管理、地面水水质模型、地下水水质保护以及GIS结合专家系统实现供水系统区域优化等众多领域［1、2］，并将日益发挥更大的功效。
　　GIS在供水系统中进一步开发应用的前景十分广阔。而跟踪GIS技术的发展，选择一个成熟、优秀的GIS平台，对于许多用户来说则是至关重要的。目前，虽然国际上已推出了许多优秀的GIS工具软件，但使用国内自行开发的GIS工具软件具有明显的优势，不仅有较高的性能价格比，有汉字功能，而且便于系统的维护和升级。近年来国产GIS软件中，比较著名的有北京大学的Citystar和中国地质大学(武汉)的MAPGIS，前者在实现3S技术(GIS、RS、GPS)一体化方面较为出色；后者在图形处理、空间分析及用户界面等方面更胜一筹，二者已被许多用户选为基础平台进行二次开发，并在用户使用与开发者研制的过程中日趋完善。

　　3 结束语

　　GIS作为世界性的高科技领域学科和技术体系已渗透到各行各业，而随之建立的各专业性的GIS软件所要解决的问题是专业性不够强，尤其是高层次的应用模型很少，而这在很大程上决定了GIS实用性的优劣与成败。当然GIS在各专业的综合、深化应用，首先要取决于地理信息建模系统(Geographic Information Modelling System)的完善和支持，但同时更需要专业人员的积

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