二級(jí)建造師:城市自來(lái)水企業(yè)信息集成應(yīng)用初探

摘要：如何提高城市供水企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率，解決日益突出的水資源有效利用和需求的矛盾，成為當(dāng)前供水企業(yè)迫切需要解決的課題。本文作者從實(shí)踐出發(fā)，通過(guò)對(duì)城市自來(lái)水企業(yè)業(yè)務(wù)的分析，提出了“基于GIS平臺(tái)的供水企業(yè)信息系統(tǒng)”的集成應(yīng)用方案，使自來(lái)水企業(yè)能更好為社會(huì)提供服務(wù)，獲取最佳經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：GIS 供水企業(yè) 集成應(yīng)用方案

　　1、前言

　　為了滿足城市快速發(fā)展的需要，城市供水企業(yè)近年來(lái)不斷采用新的技術(shù)、新的工藝，用以提高城市的供水能力和服務(wù)質(zhì)量。其中自來(lái)水廠監(jiān)控系統(tǒng)在全國(guó)大多數(shù)城市得到廣泛應(yīng)用，還有一些城市的供水企業(yè)正在逐步采用GIS技術(shù)管理供水管網(wǎng)信息、用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)收費(fèi)營(yíng)業(yè)電算化。這些先進(jìn)的信息、計(jì)算機(jī)、通訊和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，的確為供水企業(yè)的現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)解決了很多的實(shí)際問(wèn)題。但是，我們也應(yīng)該看到還有很多深層次的問(wèn)題尚未得到卓有成效的解決，究其原因主要是因?yàn)椋孩俟┧髽I(yè)的運(yùn)營(yíng)包括從產(chǎn)水、輸配水、管理和收費(fèi)多個(gè)環(huán)節(jié)，僅在某一環(huán)節(jié)采用新技術(shù)并不能解決所有問(wèn)題；②企業(yè)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)是密切關(guān)聯(lián)的，分離的系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)性；③系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的很多因素是有統(tǒng)計(jì)規(guī)律和相關(guān)性的，目前的系統(tǒng)無(wú)法從這些規(guī)律和相關(guān)性得到可以輔助決策的信息。因此，要達(dá)到自來(lái)水企業(yè)的最優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，就需要系統(tǒng)分析企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模型，找到每個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)性，獲取綜合的有效信息，綜合歷史信息，優(yōu)化企業(yè)的運(yùn)營(yíng)，提供輔助決策。以產(chǎn)水到用水的整個(gè)過(guò)程為主線，以企業(yè)的管理現(xiàn)代化為輔線，把信息技術(shù)在企業(yè)集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)水到用水的最大效益，是我們對(duì)以上問(wèn)題的一個(gè)有益探索。

　　下面我們從供水企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模型著手，分析企業(yè)的信息模型，并給出基于GIS平臺(tái)的供水企業(yè)信息化應(yīng)用方案。

　　2、運(yùn)營(yíng)模型

　　供水企業(yè)的運(yùn)營(yíng)主要圍繞水從水源、水廠經(jīng)過(guò)輸配網(wǎng)最終到水用戶的生產(chǎn)/消費(fèi)鏈而進(jìn)行的，其模型如圖1.

　　生產(chǎn)調(diào)度通過(guò)實(shí)時(shí)采集水源和水廠的變電設(shè)備、電器開(kāi)關(guān)、加壓泵等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和流量、出水口壓力、余氯等控制參數(shù)，以及輸配網(wǎng)上壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和水庫(kù)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制參數(shù)，動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制水源、水廠設(shè)備的啟停和運(yùn)行，使整個(gè)輸配網(wǎng)上的水壓保持最佳的分布和平穩(wěn)狀態(tài)，從而為用戶提供高質(zhì)量的供水服務(wù)，減少輸配過(guò)程中水的損失，最大限度延長(zhǎng)管網(wǎng)的使用壽命，最終提高水廠的運(yùn)營(yíng)效益。

　　管網(wǎng)管理主要實(shí)現(xiàn)輸配水管網(wǎng)信息管理，管網(wǎng)的新建、維護(hù)和改造以及水用戶的管理。它必須能夠保證管網(wǎng)信息的準(zhǔn)確、全面和現(xiàn)勢(shì)，滿足管網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的要求。

　　營(yíng)業(yè)收費(fèi)完成水用戶用水量的驗(yàn)抄、統(tǒng)計(jì)，根據(jù)水用戶性質(zhì)和收費(fèi)項(xiàng)目的規(guī)定進(jìn)行計(jì)費(fèi)收費(fèi)。

　　公司將綜合生產(chǎn)調(diào)度、管網(wǎng)管理、營(yíng)業(yè)收費(fèi)的各種信息，結(jié)合公司的營(yíng)業(yè)策略，對(duì)整個(gè)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行科學(xué)合理的決策，從整體上實(shí)現(xiàn)對(duì)公司營(yíng)業(yè)的宏觀管理。

　　3、信息模型

　　企業(yè)運(yùn)營(yíng)的信息流如下所述。

　　系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的信息包括變化的動(dòng)態(tài)信息和相對(duì)穩(wěn)定的靜態(tài)信息。動(dòng)態(tài)信息主要是通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的實(shí)時(shí)變化的信息，主要包括水廠（水源地）配電設(shè)備、工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，比如變壓器的電壓電流、配電開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)、加壓泵的電壓電流功率等；水廠出水口壓力、流量和余氯等工藝參數(shù)信息；管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力信息和水庫(kù)的水位信息。這些信息一方面通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)反饋，控制水廠設(shè)備的正常運(yùn)行，另一方面送到公司進(jìn)行綜合分析。還有一類(lèi)動(dòng)態(tài)信息就是水廠累計(jì)流量信息、水廠設(shè)備和管網(wǎng)維護(hù)信息、漏水調(diào)查信息以及用戶用水量信息，這些信息經(jīng)過(guò)綜合分析，為供水管網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行、故障排除、查漏維護(hù)提供決策支持信息。靜態(tài)信息包括企業(yè)變化緩慢的一些業(yè)務(wù)信息、地理信息和企業(yè)運(yùn)營(yíng)的歷史信息。這些信息和動(dòng)態(tài)信息相互結(jié)合，提供更好的決策支持信息。更好的決策支持信息返回來(lái)對(duì)水的生產(chǎn)消費(fèi)環(huán)節(jié)產(chǎn)生作用，使其成為良性的循環(huán)鏈，達(dá)到最大運(yùn)營(yíng)效益的要求。
4、體系結(jié)構(gòu)

　　無(wú)論是動(dòng)態(tài)信息還是靜態(tài)信息，它們都和其實(shí)體所在的地理位置密切相關(guān)。因此構(gòu)建以GIS為平臺(tái)的信息綜合、分析和決策的供水企業(yè)信息系統(tǒng)是一種最佳選擇。

　　GIS是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，GIS所特有的空間分析功能和可視化表達(dá)方式正符合供水管網(wǎng)信息所具有的區(qū)域性強(qiáng)、隱蔽、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)。同時(shí)GIS也是把供水企業(yè)的各種信息有效聚合的粘合劑，所有的信息通過(guò)和地理位置相關(guān)，就可以達(dá)到有機(jī)結(jié)合的目標(biāo)。通過(guò)將各種信息在GIS平臺(tái)上的集成，從而為企業(yè)提供更深層次的信息化應(yīng)用。

　　以GIS平臺(tái)為核心的供水企業(yè)信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如下圖3所示：

　　信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)輸入/轉(zhuǎn)換中間件可以把企業(yè)各種底層設(shè)備獲取的信息采集到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)于不同的底層設(shè)備，只要開(kāi)發(fā)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入中間件，就可以很容易接入到系統(tǒng)中去。而基于該信息平臺(tái)，用戶可以進(jìn)行各種需要的企業(yè)信息化應(yīng)用。而這些信息的獲取、存貯、組織都完全由該信息平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使系統(tǒng)具有很好的可擴(kuò)展性和開(kāi)放性。同時(shí)，系統(tǒng)把企業(yè)的各種信息集成在一起，實(shí)現(xiàn)信息的集成應(yīng)用。

　　5、系統(tǒng)組成

　　5.1 系統(tǒng)的硬件組成

　　系統(tǒng)主要基于供水企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并包含動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)邏輯如圖4所示。

　　5.2 系統(tǒng)的軟件組成

　　系統(tǒng)包括六個(gè)軟件子系統(tǒng)：動(dòng)態(tài)信息采集/命令發(fā)布、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)管理、抄表收費(fèi)、決策分析、辦公自動(dòng)化和企業(yè)網(wǎng)站。下面分別介紹它們的功能和實(shí)現(xiàn)：

　　1）動(dòng)態(tài)信息采集/命令發(fā)布子系統(tǒng)

　　主要功能是按約定的通信協(xié)議與自來(lái)水公司下轄的水源地、水廠、水庫(kù)和管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)地把水源、水廠的配電、工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和水壓、流量、余氯工藝參數(shù)采集到中央數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，進(jìn)行集中的處理。同時(shí)也可以把動(dòng)態(tài)監(jiān)控的命令和數(shù)據(jù)下達(dá)到控制的設(shè)備。另外子系統(tǒng)還具有過(guò)濾存儲(chǔ)?動(dòng)態(tài)顯示?數(shù)據(jù)邊界處理和自動(dòng)報(bào)警等功能。

　　2）動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)

　　主要功能是根據(jù)控制規(guī)則和獲取的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息，對(duì)整個(gè)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)設(shè)備（水廠配電和工藝設(shè)備及輸配水管網(wǎng)設(shè)備）實(shí)施監(jiān)控。通過(guò)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)信息，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示每個(gè)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，并且可以根據(jù)歷史信息和當(dāng)前的實(shí)時(shí)信息給出各種控制參數(shù)的變化趨勢(shì)圖表。另外還可以采用一定的優(yōu)化策略或人工方式，來(lái)最佳地調(diào)度運(yùn)營(yíng)設(shè)備的啟停和運(yùn)行，達(dá)到遙控的目標(biāo)。

　　3）管網(wǎng)管理子系統(tǒng)

　　管網(wǎng)信息是不斷變化著的。各種圖形信息、屬性信息都需要適時(shí)進(jìn)行更新。管網(wǎng)管理用戶直接面對(duì)那些復(fù)雜繁瑣的數(shù)據(jù)處理軟件會(huì)感到非常麻煩。所以該子系統(tǒng)的管網(wǎng)維護(hù)部分就是按照用戶的定制要求制作一個(gè)數(shù)據(jù)處理環(huán)境，采用數(shù)據(jù)處理向?qū)?，讓用戶通過(guò)非常簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理步驟來(lái)更新管網(wǎng)數(shù)據(jù)。同時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)還提供分布式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)同步、上傳、下載，數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)，以及多種格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出的功能。

　　該子系統(tǒng)的另外一部分，主要提供可視化的管網(wǎng)信息瀏覽、專(zhuān)業(yè)和組合查詢、單項(xiàng)和雙項(xiàng)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)匯總、固定比例和自定義比例的打印輸出功能。它的使用符合業(yè)務(wù)流程、易用、實(shí)用、美觀。

　　4）抄表收費(fèi)子系統(tǒng)

　　系統(tǒng)支持手持抄表機(jī)和人工收費(fèi)兩種模式進(jìn)行收費(fèi)。收費(fèi)前由收費(fèi)人員通過(guò)營(yíng)業(yè)所客戶端計(jì)算機(jī)將收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的水用戶信息從收費(fèi)服務(wù)器下載到抄表機(jī)，或者打印收費(fèi)用戶信息表格。抄表員收費(fèi)時(shí)只需輸入或者記錄本月水表指數(shù)，最后將結(jié)果再通過(guò)營(yíng)業(yè)所客戶端計(jì)算機(jī)上載回服務(wù)器或者通過(guò)錄入軟件輸入到服務(wù)器。整個(gè)過(guò)程對(duì)于水用戶和抄表人員來(lái)說(shuō)都是透明的，只需錄入一遍水表指數(shù)信息，系統(tǒng)就可以自動(dòng)計(jì)算每個(gè)水用戶的水費(fèi)信息，并以此進(jìn)行收費(fèi)。本系統(tǒng)可以進(jìn)行計(jì)費(fèi)、收費(fèi)信息的查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印和發(fā)票打印。

　　5）決策分析子系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)主要基于中央數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的信息實(shí)現(xiàn)一些分析功能，為企業(yè)決策層提供決策支持。包括用于市政拆遷的緩沖區(qū)分析；用于處理爆管事故和維修的最短路徑分析、連通分析；用于施工參考的剖面分析；用于水廠建設(shè)和管網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的平差分析；優(yōu)化水廠生產(chǎn)的調(diào)度分析；輔助漏水調(diào)查分析等功能。

　　6）辦公自動(dòng)化和網(wǎng)站子系統(tǒng)

　　為供水企業(yè)的內(nèi)部管理提供便利。包括企業(yè)內(nèi)部公文處理；企業(yè)管理的各種數(shù)據(jù)匯總和報(bào)表、成果圖；企業(yè)職員管理；企業(yè)檔案管理等。通過(guò)構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)企業(yè)形象對(duì)外宣傳、企業(yè)信息對(duì)外發(fā)布等功能。