基于GIS 智慧水务设施全周期管理平台建设与探讨

李莉

(山东省城建设计院)

智慧水务借助物联网、信息化等技术能够从生产、运行、管理、服务等方面为水务企业提供全面的支撑，是水务行业发展的必经之路。供水管网是供水系统的重要组成部分，且是隐蔽、分散的工程，管理的难度较大，尤其是随着各地城乡供水一体工程的推进，管网设施信息受地域或时间的限制，不能及时反馈信息给管理者。智慧水务设施全周期管理平台是基于供水管网设施的全生命周期管理的设计理念，以GIS 为技术核心实现广域分布的供水管网设施的空间、时间及业务流程三位一体的管理系统，实现供水管网静态及动态数据的收集、应用达到管网的智慧化管理。

1.供水管网GIS 功能结构

供水管网GIS 是依托计算机网络技术、空间信息技术等，实现城市供水管网设施的数字化、网络化、空间可视化，创新供水管网管理模式，及时发现处理各类事件管理、进一步提升管网管理水平，为供水安全提供保障。供水管网GIS 主要功能结构见图1。

图1 供水管网GIS功能结构

2.管网巡查维修管理

2.1 主要应用

（1）管线巡视方面

在遇到其他单位道路或其他管线施工时，通过GPS 定位与距离量算功能，可以精准定位管道定位、埋深等属性，提醒施工单位安全施工，减少施工中供水管网被挖破的现象，有效提升供水管线安全性[1]。

（2）管线检漏方面

通过管线定位及管线属性查询，检漏人员实时掌握管线路由、口径、材质、建设年限、维修等数据，解决了原有依靠人工经验捡漏存在捡漏盲区的问题，提高漏点的精确率，降低爆管频率，从而减少水资源漏损率[2]。

（3）应急抢修方面

通过系统爆管分析功能指导抢修人员及时准确地关闭爆管周围的阀门，缩小爆管影响范围，避免错关、漏管阀门情况的发生，提高实际工作效率，从而减少因爆管产生的水量损失。

（4）阀门巡检方面

系统通过巡检计划、任务获取、巡检提示、手持端动态记录及实时反馈等相关功能，提高阀门巡检效率，确保了阀门的完好率、准确率。

（5）用户服务方面

为上门处理报修、查勘设计的人员提供方便，能在现场及时通过手持端查询所需的相关数据，提高服务效率。

（6）供水监察方面

偷水行为所引起的水司直接损失还是比较严重的，系统需提供现场拍照取证、现场情况记录等功能，并可将信息实时回传。

2.2 主要功能

基于WEB GIS 的供水管网巡检业务管理系统，主要提供供水巡检设施业务管理。系统主要使用人员为公司管理层、监控人员及客服人员，以GIS 信息系统为基础同时结合移动端系统，主要实现现场巡线和维修人员的工单派发、工单监控、人员监控和相关的专题报表查询，为公司的信息化巡检提供辅助工具[3]。

（1）工单管理模块

本模块实现后台端与前台移动端的电子工单的交互，可通过本模块实现工单的派发、管理、跟踪工单状态、巡检上报内容的提醒等。本模块由客服人员使用。

（2）计划管理模块

本模块实现由公司管理人员制定相应的巡检计划，计划的定制主要有按路线、按区域和按指定的设施（如阀门等）三种方式，计划的制定为以后的计划跟踪和巡检情况汇总提供了基础。

（3）实时监控模块

提供多种方式对携带PDA 终端系统人员进行实时运动轨迹及历史运动轨迹监控管理；主要为公司高层及部门管理人员实时了解外业人员工作情况以及一旦发生事故时能够第一时间进行现场人员的指挥调度；位置信息可以来自第三方采集也可以由PDA 终端系统的位置监控模块发送回来。

2.3 与供水管网GIS 系统整合

供水管网GIS 系统将为巡检系统提供地图发布服务及供水管网图形更新服务，供水管网GIS 中的设施管理模块中的维修、养护等工作记录将由巡检系统负责，现场作业人员在现场完成相关维修、养护作业之后通过移动智能终端完成相关记录并回传到服务器，服务器自动将相关记录转换成设备的工作记录。

2.4 与热线系统建立数据接口

与热线建立数据接口，热线人员在接到用户投诉信息之后生成任务工作单，巡检系统向热线系统提供任务工作单下派接口将任务工作从热线系统中转接过来，并通过巡检系统向移动智能终端推送相关任务工作单信息。现场作业人员实时接收到任务工作单之后，按任务工作单要求到现场处理问题并填写回馈信息。巡检向热线系统提供的任务工作单信息回馈接口发送回馈信息。

3.管网移动应用

3.1 管网图形浏览模块

工作现场地下隐蔽工程的情况对外业工作人员相当重要。在传统作业方式中，外业都需要随身携带卡片图以及现场的工程图纸，但这种模式的弊端也是非常明显的，特别是在缺少地形作业参照物或是参照物发生改变时。使用基于移动GIS 和GPRS 定位功能的移动巡检系统，就等于随身携带了最新的地下隐蔽工程的详细情况，在工作现场通过GPRS 进行实时定位及方向引导，外业人员可随时获取管网设施的具体情况。主要功能包括地图导航操作、设施档案查询、热点查询、图上量算和地图指南针等。

3.2 任务管理模块

任务管理是移动设备端中主要用来接收后台发送下来的任务单，然后根据任务单的内容进行相应的操作，并对任务单进行销单和退单等处理。

（1）任务接收

移动管网养护系统启动后，默认是开启了任务接收进程，只要是后台人员发送任务工单到移动端后，本系统会弹出提示信息，提示有新任务下达。点击该提示信息后，可以进入任务管理列表中。

（2）任务管理

当有新的工单下发后，本模块就能接收到下发的工单信息，显示在工单列表中，并显示工单状态。

（3）申请退单

当接收任务人收到工单后，由于某种原因，无法接收任务时，则需要把任务单退回去重新派单，退单需要申请，当由客服分站人员核实清楚后，允许退单，则单据消除。

（4）申请延期

当接收人由于某种原因，无法马上处理完任务单时，需要延期处理，这时需要填写申请延期，提交客服分站审核，审核后的延期信息需要反馈到客服系统中。

（5）销单申请

销单是指任务执行完成后，提交销单的申请，然后由客服分站人员进行审核确认后完成整个工单的流程，当客服分站人员确认销单后，移动设备上的工单将消失。

3.3 应急协助管理模块

供水管网爆漏事故会影响城市居民正常生活及生产，供水突发事件应急处理是供水企业重要工作内容之一。

（1）事故位置确定

外业人员可通过智能终端所携带的电子地图功能及GPS 定位功能及时确定现场爆漏管道位置。

（2）关阀分析

根据现场确认的事故位置，通过无线网络将事故位置及管道设施等信息回传到服务器进行关阀运算。

（3）停水申请单

根据现场关阀方案可自动生成“停水申请单”，生成工单可以通过无线网络传送回公司管理部门，进行关阀调度。

3.4 巡检管理模块

管网巡检管理模块主要在巡线队中应用，将巡线队的日常巡线工作中碰到的管网设备问题上报，使用电子表单代替纸质表单。主要包括以下四个子模块：GIS 数据纠正、施工监护、管线设施问题上报、临时任务（即计划性任务）。

3.5 现场维护模块

本模块主要实现维修队员在现场维修工作时，现场应用GIS 数据。如地图的查看、停水分析、填写相关的维修反馈单据和拍照，为后台设施管理系统提供数据依据，也为以后的数据决策分析提供数据基础。现维的工作触发一般都以任务单的形式触发，所以本模块是任务单的执行模块，主要填写一些信息表单。

3.6 计划性维护模块

本功能实现计划性维护的设备维护，一般是通过任务单的形式下发一批设备到移动端，维修人员根据接收到的设备列表进行一个一个地填写表单。所有设备完成后即可提交完成。

3.7 位置服务模块

在传统的巡检管理当中，最不可控的就是外业人员是否真正落实上级指令，所提交资料是否符合现场情况。巡检系统利用智能设备所配备的GPRS 及移动GIS 对外业巡检的行踪进行实时记录，对任务位置填写及提交的资料进行位置跟踪，最大程度地保证了指令的具体落实及上报资料的真实、可靠性。设施巡视人员或养护人员一旦进入系统，系统便根据后台管理系统设定参数及时汇报相关人员的位置信息，方便管理人员及时掌握外业行踪。

4.工程图档管理

根据管网工程性质分为主管网工程和用户接入工程，通过图档接收、更新，管理工程各阶段的图档资料，形成完备的管网工程图档信息库。图档数据经系统校核和审核后，才能正式更新到管网空间数据库中。

4.1 图档接收

（1）主管网工程图档

①主管网工程图档按项目分类，包括设计图档、施工图档、竣工验收图档等，可为各阶段工程图档入库配置相应的审查流程。

②对于来源于第三方系统（工程管理信息系统）的图档，系统应建立完善的文件接口，批量对接、实时收取。

③对于由设计、施工单位提供的图档，可由人工导入相应目录。

④由本系统提供的辅助设计工具制作的工程图档（CAD或空间数据库格式），定版后可转至本模块长期保存。

⑤每件图档可选择与运行库中具体某段或多段管线的关联性。

（2）用户接入工程图档

①用户接入工程图档资料来源于客服系统中的报装管理，可通过接口获取相关图档资料。

②可按工程所在的地理位置分类查询。

4.2 图档更新

①图档可按版本保存，更新不能覆盖原文档。

②图档更新同样须配置必要的审查流程。

4.3 图档查询

①可按组织单位、项目、时期、图档类型等查询各项目的所有图档。

②点选空间图形中某段管线时，可检索相关的工程图档。

③所有图档均支持不同客户端（含手机）在线浏览功能。

5.管网应用分析

5.1 管网专题分析

基于管网基础信息和运行维护数据，从设备设施、生产运行、维护维修、用水及停水等角度进行管网应用分析，为生产、维护、营销、客服及管网建设单位提供决策支持。

5.2 管网运行分析

（1）压力分布分析

可根据某个时段管网全部测压点的压力数据，根据第三方模型系统计算分析结果，自动绘制等水压线图，叠加在地图上显示。可以图表方式查看具体某测压点压力数据及变化趋势，以不同颜色区别显示压力区域范围内的压力数值范围（过低、正常、过高等）几种状态，直观反映压力的分布情况。

（2）水质分布分析

可根据某个时段管网全部水质监测点的数据，根据第三方模型系统计算分析结果，自动绘制余氯、水龄等指标（梯级指标）的分布图，叠加在地图上显示。可以图表方式查看具体某监测点水质数据及变化趋势。

（3）监测点分布分析

可在地图上查看所有在线监测仪器（压力、流量、水质等）的分布情况，支持自动疏密调整功能（在全景范围内，只显示部分测压点，保证显示效果最优）。

（4）阀门运行分析

可在地图上查看所有阀门的分布及启闭情况。可以图表方式查看具体某阀门的启闭变化趋势、阀门的流量特性曲线（如有）及噪声监测数据（来源于检漏工作记录）。

（5）漏水点分析

可统计各管段在某一时段的已确认漏水点分布图，并在地图上渲染。

可统计各管段近期上报的未确认（疑似）漏水点分布图，并在地图上渲染，为漏点排查提供线索。

（6）漏水频次分析

可统计各管段在某一时段的漏水频次，不同的漏水次数在地图上按不同的颜色渲染。

5.3 管网设施分析

（1）管龄分析

可按年限、年代统计各区域内的管线管龄分布情况，并以不同颜色区分，对管龄超过设计年限的给出隐患提醒，为管网更新提供辅助分析。

（2）管径分析

可统计各区域内的管线管径分布情况，并以不同颜色区分管径。可根据相关判定规则，对搭配不合理的管段进行提示。

（3）埋深分析

可统计各区域内的管线埋深分布情况，并以不同颜色区分管径。可根据相关判定规则，对埋深不符合要求或不合理的管段进行提示。

（4）消防栓密度分析

可统计各区域内的消防栓分布情况。通过设定的消防栓密度值，进行缓冲区分析（在周围一定宽度范围内建立缓冲区多边形图层，然后与管网底图叠加），得到消防栓的密度分布图。

5.4 管网停水分析

（1）停水影响分析

①系统能自动统计出关阀影响到的供水区域范围、受影响的用户数量及清单等，并以图表方式展现。

②根据考核表、用户表与管段的对应关系，判断停水影响范围。

③可结合预案信息，自动推算出应急等级。

④可根据相应的管网水力模型，对关阀后引起的管网水压变化，分析出对应的危险点。

（2）关阀方案

①可指定任意一个节点、一段管道，或一个区域，根据供水源点和管网拓扑关系，分析并给出该设施、管道或区域影响范围内出现漏水之后的关阀方案，并能保存关阀方案。

②如某一阀门失效，则可继续向外搜索，扩大关阀范围。

③可将受关阀影响的管网标识出来，列出需关闭的阀门清单。

④可调阅历史上就近发生的关阀方案并对比。

5.5 管网水平衡分析

（1）区域用水量分析

①可按时段、用水性质（普通用水、工业用水等）分类统计各客服管理片区的用水量，在地图上显示对各区域的统计结果。可以图表方式查看具体某区域用水结构及变化趋势。

②可根据考核表与管网节点的对应关系，分区显示考核表的用水量及变化趋势，点击可进一步显示每个用户表单表用水情况。

③能够对指定的任何区域进行供水量与用水量的平衡分析，以合理评估该区域内的漏失水量以及未计量用水量，提高节点用水量分配的准确性。

④系统进行水平衡分析时，用水量可分成：用户用水量、计量用水量、损失量（包括漏失水量）、异常情况用水量（例如转输流量）。

（2）漏失率分析

①能对每个DMA 区域中安有考核表的子区域进行漏失大小统计，每个子区域漏失大小以不同颜色区分。

②对于漏失率较大的异常区域可报警提示，为进一步排查管网设施漏点提供分析结果。

③可按漏失大小统计每个DMA 排名。

（3）产销差分析

①每月定期统计各个计量分区的产水量（监控系统数据）和售水量（客服系统数据），从而获取各个分区的产销差及历史曲线。

②对于产销差率较大的异常区域可报警提示，为进一步排查管网偷漏水提供分析结果。

5.6 管网维修分析

（1）缺陷分布分析

可统计指定空间区域、时段内的管网设备的缺陷分布情况，可按缺陷等级、种类、是否消缺等筛选。

（2）故障分布分析

可统计指定空间区域、时段内的管网设备的故障分布情况及单位管线上的故障次数，可按故障严重程度、故障类型（爆管等）等筛选。

（3）维修状况分析

可展示当前正在进行的维护、维修的作业地点及分布情况，为客服人员提供信息。

5.7 管网资产分析

（1）资产结构分析

可按管理区域统计当前管网设施的资产总值及分布情况，并以报表方式展示各区域管道（按口径及管材）、阀门（按口径）、水泵等资产清单，包括规格、型号、数量、单位、原值、净值、已使用年限等。

（2）报废资产分析

从管网废除图层中获取并以报表方式展示各区域管网设施资产分布及构成情况。

6.结语

供水管网是供水系统的重要组成部分，且是隐蔽、分散的工程，管理的难度较大管网管理涉及供水管网的全过程，实现管网从规划设计、工程施工、验收移交、投产运行及最后更新废弃全过程的闭环管理。智慧水务设施全周期管理平台是基于供水管网设施的全生命周期管理的设计理念，以GIS 为技术核心实现广域分布的供水管网设施的空间、时间及业务流程三位一体的管理系统，实现供水管网静态及动态数据的收集、应用达到管网的智慧化管理。