基于GIS的合流管网全流程管理系统的开发

蒋 珂 ，王 萍

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州 213025）

伴随城市的高速发展，地下排水管网的覆盖范围日益扩大，我国的排水管网经常出现各类老化问题。改造工程基本上是一些事后补救方案，方案的设计缺乏合理的分析方法和手段，采用当前的现场勘查和静态数据分析对于识别合流管网排水性能问题和制订新的改造方案，存在较大偏差，不能实现动态调整，同时也难以解决整个排水管网的实际困难。再者，改造方案缺乏有效的评估措施，有一定的局限性，改造区域不能精准定位，容易发生“哪里堵改造哪里”的现象，不能实现管网改造方案的最优化[1]。通过基于GIS的合流管网全流程管理系统，找寻可依赖的分析依据和方法，可以有效解决合流管网运行的实际困难。

1 决策支持系统的基本框架

地理信息系统（GIS）目前的功能仍停留在数据的检索和查询，或是简单的统计上，难以进行深入分析，对复杂空间问题的分析与决策都比较弱。而决策支持系统（DSS）虽然有较强的模型分析优势，但对于较为直观的对象空间信息分布及空间位置的分析功能有所欠缺，无法将可视化的图形或数据的形式快速准确地呈现在管理者面前[2]。将GIS和DSS有机结合成一个系统，将决策支持架构在GIS空间和属性数据上，通过空间数据库和模型库的链接不仅能实现显示、查询和分析的功能，而且能够给决策者提供直观的信息服务和决策支持的功能。此系统既增强了决策方案的可行性，又提高了管网运行的效率，基于GIS上的决策支持系统的基本框架如图1所示。

图1 基于GIS的决策支持系统结构框架图

由于管网改造方案的设计与评估是一个复杂的、专业化的过程，污水管网系统改造方案的设计和评估过程分为管网现状分析、管网问题采集、改造方案设计和改造方案评估四个阶段[3]。首先，通过管网动态模拟采集现状管网中出现的问题；其次，具体分析管网的结构，找到发生问题的相应位置和原因；再次，利用系统整体设计和数字一体化功能，形成有效的改造设计方案，同时由计算机生成改造后的数据模型，与改造前的管网系统进行详细对比；最后，对改造后管网的运作流程和可行性进行评估，且根据评估结果对改造方案作进一步优化和调整。

2 城市合流管网污染物排放监测管理

污染物的超标排放，会恶化河流等自然水体的水质，危及其下游及周边区域。因此，需要对污染物排放进行跟踪监测，安装在泵站、闸站、溢流井等管网节点处的监控设备，可实时监测水温、溶解氧、pH、盐度、浑浊度、亚硝酸盐、水位、流速、流量等水质水量参数，系统能自动识别出异常参数，并配合下游管道破裂和检查井溢流的分析结果判断事故的影响范围[4]。评估分析模块可提供污染物排放跟踪管理器、上下游管网分析、节点水深、管线充满度、管道流速专题图显示等功能。

3 合流管网水质水量监测与预警管理

在合流管网的全流程范围内，通过水质、水量变化的虚拟仿真研究，进行监控设备的优化布局，分析建立系统的数据采集、预处理、在线分析、优化与预测等过程，构建合流管网系统的全流程监控网络和预警系统。排水管网水质水量在线监测与预警子系统功能结构如图2所示，该子系统可依托排水管网综合数据库，统一调用基础平台来提供录入、修改、查询和分析等功能，并充分利用在线监测平台和模型模拟平台，实现管网运行数据及相关设施的可视化信息管理。在泵站、闸站、溢流井等管网节点处安装的监控设备，可监测水温、溶解氧、pH、盐度、浑浊度、COD、氨氮、总磷、水位、流速、流量等管网水质水量参数。现场装配一台工业监控终端，该机配置了GPRS调制解调器，可无线访问区域监控服务器，上报各项实时水情数据，接收各项操作控制指令。工业终端利用工业现场总线与各检测仪器、PLC等执行设备进行通信。基于在线监测数据，该系统能对检查井、排水管网及相关设施运行状态进行分析判断，并对运行过程中可能出现的各类异常情况进行报警和预警。

图2 排水管网水质水量在线监测与预警子系统功能结构图

4 城市合流管网维护管理系统

4.1 系统主界面

城市合流管网管理系统的主界面采用的是基于Windows风格的菜单式界面设计，如图3所示。菜单式界面将系统各功能按层次分布在菜单中，通过选择其中某项菜单命令执行用户需要的操作，来完成对城市合流管网维护管理等操作。

图3 城市合流管网管理系统主界面图

4.2 系统菜单

4.2.1 一级菜单

用户利用本系统可方便地对排水管网进行日常的管理工作，系统一级菜单分为“系统管理”“视图”“数据输入”“数据管理”“查询统计”“实时数据”“数据分析”“站点管理”“帮助”9项。

4.2.2 下拉菜单

系统“系统管理”“视图”“数据输入”“数据管理”“查询统计”“实时数据”“数据分析”“站点管理”“帮助”9项下拉菜单及功能描述如下。

“系统管理”菜单名称和功能如表1所示。

表1 系统管理菜单

“视图”菜单名称和功能如表2所示。

表2 视图菜单

“数据输入”菜单系统可以将管段、检查井、泵站、水质数据等以表格形式输入其中，输入内容直接写入数据库，再与图形数据相互关联起来。

“数据管理”菜单名称和功能如表3所示。

表3 数据管理菜单

“查询统计”菜单名称和功能如表4所示。

表4 查询统计菜单

“实时数据”菜单名称和功能如表5所示。

表5 实时数据菜单

“数据分析”菜单名称和功能如表6所示。

表6 数据分析菜单

“站点管理”菜单名称和功能如表7所示。

表7 站点管理菜单

5 结束语

本系统针对示范区域开展研究工作，以污染物减排为目的，基于GIS构建合流管网全流程监控技术体系。重点研究改造后合流管网水质和流量的监控，对污染物排放采取预警措施，同时对雨污水管道现状进行实时监测，及时发现和解决负荷过重、管道堵塞等问题。合流管网全流程管理系统采用了有效的信息化技术和手段，搭建了集对象空间和属性数据的信息平台，开发了具有业务处理和专业分析模块的排水管网数字化管理系统，最终形成了一个有效动态管理、系统自行决策分析、数据处理与存储、能对合流管网系统所有设施进行监控的合流管网全流程监控管理平台。