GIS在水务管理中的应用与探索

宋海军

(天津水务集团有限公司，天津300042)

1 背景

20世纪90年代，数字化管道的概念被提出。随着3S技术的推广与集成应用，城市管网管理已从CAD时代过渡到GIS时代。如今，GIS技术在我国城市规划、水电气热管理等多个领域得到了广泛应用。天津水司与时俱进，大力开展信息化工作，瞄准国际先进、国内领先水平，在管网普查的基础上投资建设了供水管网地理信息系统(GIS)。该系统自2009年正式运行至今，基本替代了原有纸质图档资料的作用，同时具备爆管分析、在线监测数据实施展示、运行数据统计等功能，为生产决策提供了有效的辅助支持。

为推动水务事业发展，着力打造城市水务统一运营平台和责任主体，天津水务集团有限公司(以下简称水务集团)于2015年11月经天津市委、市政府批准成立，由市自来水集团有限公司、水务投资集团有限公司以及相关的引滦入津、南水北调原水管理单位等优势国有资源整合而成，并于2016年1月注册。水务集团业务布局为打造“一主三辅”业务格局，其中“一主”指供水板块，包括原水输配和城市供水业务，为集团核心业务板块。随着水务集团业务领域的拓展以及信息技术的更新与发展，对管网系统的统一管理、资源的整合等都提出了更高的标准。为满足业务发展需求、不断提升管理水平，真正实现原水、供水“一张网”管理，对GIS提出了新的管理和使用要求。

2 GIS的需求梳理

天津GIS在建设之初主要用于市政供水管网的运行管理，水务集团成立后对供水业务进行了深度扩展，对标原水管网一张网运营布局，GIS尚存在以下方面的需求。

2.1 原水工程方面

目前，原水输送已基本形成引滦、引江双水源保障格局。引滦入津工程、南水北调中线工程等原水供水工程已纳入运行管理，供水范围覆盖中心城区、滨海新区、武清、宝坻各大水厂和海河沿岸各大电厂。原水工程中的明渠、暗渠、管线、水库、泵站、水闸等相关设施的管理相对独立，缺乏整体的智慧化管理软件。为进一步提高原水运行管理水平，为全市用水调度建立水力模型提供基础数据支持，需将原水工程资料纳入GIS管理。

2.2 二次供水方面

天津市现有二次供水设施5 000余处，其中居民住宅二次供水设施近3 500处。目前，水务集团已接管居民住宅二次供水设施1 085处，主要负责对二次供水泵房、地埋管网的巡查、维护、抢修等工作。二次供水设施资料的存储方式较为传统，主要采用纸质资料和电子CAD竣工图纸。随着城市化进程的发展，二次供水用户的比例不断增大，后续接管的二次供水设施将进一步增多。为提升二次供水管理水平，响应水务发展一体化要求，亟需将二次供水资料纳入GIS。

2.3 管网管理方面

2.3.1 缺乏统一GIS管理平台

目前，GIS的应用区域主要包括中心城区、滨海新区塘沽区域和部分西青、津南、静海范围。随着集团供水业务范围的扩大，以及“三供一业”项目的移交接管，滨海新区大港油田地区与诸多开发区范围内的供水管网尚未纳入GIS管理。GIS由各二级单位按照供水范围管理使用，水务集团缺乏一个相对完整的GIS以统一管理各单位系统运行。

2.3.2 城市发展地形变化

GIS管网资料均为竣工验收合格的管网，一些重大工程项目往往分为若干标段实施。但因为工程整体未完工，有些已通水运行的标段迟迟无法实施GIS上图，给后期抢修维护工作等造成不便。城市发展日新月异，系统内地形多发生改变，尤其是中心城区以外区域的地形变化较为突出，使GIS地形与实际有所不符。

2.3.3 管理辅助决策方面

区域供水公司只能查看各自供水范围内的管网信息，遇到工程涉及跨区域停水(降压)时，无法第一时间查看、分析，影响工作效率。管网管理辅助功能有所欠缺，抢修、维护信息不完善。

2.4 数据管理方面

压力、流量、水质监测数据等是管网运行管理过程中的重要信息，目前数据由各二级单位管理，尚无统筹管理部门。水务集团成立后，急需对各单位的压力、流量、水质监测情况等开展统一管理与实时监管。

2.5 系统软硬件需求

09版GIS选用ArcGIS9.3作为基础平台，经过多年的发展，开发方法已有根本性改变。目前，该平台已经相对落后，行业最新科技成果无法在此平台上实施。需对ArcGIS平台进行升级，从而更好地为GIS提供服务。随着硬件设备性能的提高和硬件成本的降低，64位操作系统已经取代32位的WinXP系统，成为当前计算机的主流操作系统。09版GIS是基于后者开发，后期系统提升也将影响计算机性能。

3 GIS的提升与改进

3.1 原有GIS的升级

3.1.1 数据管理子系统

将原数据管理系统使用的ArcGIS平台从9.3版本升级到10版本，在保留原有GIS功能的前提下进行系统优化、功能改造，并按新业务需求调整数据库结构，以适应管网管理发展的需要。

3.1.2 基于Wdb的发布管理子系统

将基于ADF框架的ArcGIS Server9.3发布平台升级到基于Htm15的ArcGIS Server10发布平台，有权限的人员可以随时通过网页查看当前的管网情况，并可对管网数据应用统计、查询、分析等高级功能。

3.1.3 移动系统

增加移动系统对缓存数据格式的支持，减少外业使用的流量消耗，保证原有功能的正常使用。

3.2 GIS的功能扩展

3.2.1 建立水务集团GIS

将现有3家区域供水公司的GIS数据整合，统一保存到水务集团数据服务器中，实现自来水管网资料的统一管理、统一应用，建设水务集团GIS，为全市GIS管理提供基础支持，为使用GIS基础数据的各个部门提供数据支持。将全市的供水管网压力、流量、水质监测数据接入后，可通过集团GIS实时查看并统计、分析。

3.2.2 原水资料拓展

将原水数据纳入GIS统一管理，对市区内长度为60多公里的原水物探管线、引滦工程项目资料、南水北调工程项目资料，以及沿途各关键点位信息统一在GIS管理。以水闸为例，通过GIS属性查询，可调出该设施的全部属性资料，见图1。

图1 原水GIS资料

3.2.3 二次供水资料拓展

建设二次供水设施图层，将二次供水数据接入GIS管理。可通过GIS查看全市的二次供水情况，点击可查看每处二次供水设施的具体情况，根据二次供水设施服务的小区用户进行了区域辐射划分。可通过GIS直接查看单个二次供水设施供水服务区域，如图2所示。

图2 二次供水设施分布

3.3 提升资料准确度

针对GIS地形图不够精确、范围不够广泛、管网资料更新不够及时等相关问题，逐一解决。

3.3.1 购置新地形图

原有GIS地形图仅涵盖市内六区和外环线周边地区，通过采购全市区域内地形图，一方面新增了扩展业务地区地形，另一方面更新了原有地形区域地形。购置了全市域现势遥感影像图电子地图切片数据以及全市域现势1 ∶2000地形图(其中中心城区为1 ∶500)，统一数据坐标并定期进行地形图数据更新，保证地形资料的现势性、完整性和准确性，从而更好地满足集团系统开发与应用的具体需求。

3.3.2 规范数据管理

出台《天津水务集团有限公司GIS运行维护管理办法》，明确各级单位的管理职责、资料数据录入和协调同步周期。明确所有通水运行工程要在30个工作日内完成数据资料的录入工作，将部分已通水运行但未总体竣工验收的项目的数据录入临时图层，待正式验收后调整至正式图层。各营销公司每个工作日编辑提交系统数据，各GIS运管单位每个工作日对数据进行协调和数据压缩，解决上传数据问题并将数据整合到GIS主信息库。集团每个月同步处理整体GIS数据，确保资料更新及时、准确。

3.4 构建三级管理体系

形成水务集团三级GIS管理体系。水务集团GIS为一级管理平台，负责全市管网资料的统筹管理；各区域供水公司GIS为二级管理平台，负责各自管辖区域内管网资料的管理；各营销分公司GIS为三级管理平台，具体负责营销范围内管网资料的上图、维护和使用等工作。按照三级管理体系职能，合理匹配各级GIS管理人员操作权限。打破原有区域公司无法查看其他地区管网资料的尴尬格局，开放查阅权限。各区域公司均能查看全部供水管网GIS资料的权限，使爆管分析、停水分析等管网管理和分析工作更加科学、合理、高效。

4 结语

伴随信息化水平的提升，GIS的应用使管网管理水平实现了质的飞跃。近年来智慧水务的概念越来越为国内外供水企业所接受，智慧管网作为其中重要的组成部分，亦成为未来管网管理的发展方向。GIS作为智慧水务的底层应用平台，具备强大的图形、效果展示和数据统计、分析功能，并可为其他业务管理系统提供平台支持，必将成为智慧管网的重要组成部分。天津水司结合管理需求，不断开发完善GIS功能，将供水运行中营业、计量、客服服务等诸多业务工作架构于 GIS 平台之上，形成了综合管理平台。未来，天津水司将继续开发和优化GIS功能，使之能更好地实现企业内外部各系统的有机衔接和数据共享，从而实现各类数据的自动归集与深度分析，提升系统工作效率，进而更有效地支持和服务供水企业管理决策。