基于GIS与SCADA技术的供水管网系统研究

文/杨惠晨、郑上雄 惠州市惠阳供水有限公司 广东惠州 516200

1、前言

城市供水管网系统是城市经济和社会发展的必然产物，具有不可或缺的作用，是城市供水管网信息化建设的重要基础且具有重要意义。在计算机技术、通信技术及自动化技术的支撑下，通过对供水管网运作过程的重要参数、静态信息、设备运行状态等进行实时、动态监测及自动化控制，从而实现供水管网科学的信息化管理，通过将监测点数据信息与其空间位置进行有效结合，在地形数据的基础上，对供水管网监测点进行监控，结合数学模型、统计方法、空间分析等技术手段，实现供水管网系统的信息查询检索、供水爆管分析预警、对供水管网调度等各个环节进行合理配置，从而保障供水管网的科学、安全、经济、可靠运作[1]。

2、GIS 技术在供水管网调度系统中的应用

GIS作为一门综合学科，是集计算机科学、地理学、测绘科学、遥感等学科的一门新兴学科，是将与空间地理位置、空间属性及时间特征进行统一管理，通过一种新的方式进行地理信息的组织和使用，以便更加有效的对新的地理信息进行生产和分析。GIS在管理数据内容的同时，其理论和方法也有很多的特色，其相应的众多新的功能是其传统方法不能满足的[2]。GIS可以通过对海量的空间数据、拓扑关系及拓扑结构进行有效管理，通过与其空间相关的空间分析、空间统计及三维建模、实现不同空间数据的录入和输出功能等等。

3、SCADA 技术在供水管网调度系统中的应用

SCADA具有对城市供水管网现场监测点进行数据监测、收集和自动化管理的作用。通过建立城市供水系统能够对现场监测数据进行收集并利用通讯技术进行传输到监控中心，该系统能够非常经济有效的对大范围内的区域进行监控。我国从上个世纪80年代初开始将SCADA技术应用到供水行业并得到广泛的应用。SCADA是由远程终端、一级或多级站点及相应的通信设备等组成的。远程终端是SCADA系统的核心部位，其承担着监控设备的数据读取、显示和监测，并接受远程控制的重要使命。远程终端是通过对监控设备进行实时的数据采集和数据发送，接受远程命令最终达到远程控制作用。

4、基于SCADA和GIS技术的供水管网系统

4.1 系统概述

目前我国的GIS软件和SCADA软件在供水行业都比较成熟，但是在当前实际供水管理当中，也仅仅只是作为一个单独的软件平台进行应用，而没有有效的对实时数据进行管理。又因为SCADA系统缺乏显示空间数据能力，而GIS系统不但具有强大的空间显示能力，又能很好的管理实时数据，故将GIS与SCADA进行有效集成可以达到实时监测数据的可视化能力，从而实现GIS系统与SCADA系统技术上的互补。因此，随着城市供水管网信息化的快速发展，将GIS的静态数据与SCADA动态数据的有机结合，必会成为供水调度管理的趋势，如何利用GIS和SCADA系统的集成技术实现对供水信息与调度监控的有效管理,这将较好地提高供水部门的管理水平和工作效率。

4.2 系统组成

基于GIS与SCADA的供水管网调度系统具有以下优势：

①数据的统一管理。将各类图形数据和非图形数据进行集中的统一管理在关系数据库中。地形数据作为系统的基础辅助数据，在没有地形数据资料时，系统的相关应用功能仍然可以支持图形数据，而通常情况下地形数据不经常变动。

②数据的查询统计。系统提供多种功能手段对图形、属性数据进行交互查询检索，在此同时又能对所选的元素的某一字段进行分类统计，可以统计出图元总数、最大值、最小值、平均值等。并且能用各类统计图形一一将其显示。

③管网数据的编辑。系统具有完善的编辑工具，用户可以根据自己的需求对供水管网数据的空间和属性信息进行修改、添加和删除等操作。在编辑数据的同时，应当确保有完备的设备关系规则库系统，以确保数据的完整性和准确性，同时支持版本管理和事务处理。

④反映管网的实时运作状态。通过系统可以将SCADA系统的数据进行导入，能实时的显示各个供水管线上的水压、流速、流量及水质等信息。

⑤方案模拟。在实施方案确定之前，可以通过在系统上进行模拟操作，从SCADA中读取相应的运行参数并进行水流模拟分配，根据不同管径大小规格对其进行水流校对，当发现水压和流速超出管径允许范围时，便立即进行报警，以避免爆管事件的发生。

⑥故障定位。当出现用户停水的时候,只要通过检索用户名字就能在系统中快速的定位到该用户位置及其用水信息,同时又能列出该用户阀门位置,为快速的找出故障位置及隔离故障创造良好条件。

⑦发布停水信息。当阀门关闭的时候，用户接口模块在地图上的阀门控制线路颜色会由红色转为蓝色，并立刻列出所有停水的用户，管理人员可以根据相关通讯方式快速发送停水范围及范围内的用户名称。

⑧管网数据可靠性统计管理。系统中的泵站、阀门、管线都有明确的连接关系，故系统可根据其运行方式中断泵站、关闭阀门等以确定其停水范围，能自动的统计出所有的特殊用户并列出清单。

⑨管网老化计算。根据管线的管材、填埋环境、年限及维修次数等因素作为参数，通过建立相应的管网分析模型得出需要维修的管线的紧急等级和相应的工时。

结语：

基于GIS及SCADA技术的城市供水管网系统较好的提高了供水系统中的信息质量，同时也加强了辅助决策，有效的实现了GIS系统和SCADA系统技术上的互补，实现两大系统的整合及统一管理，在提高实时监测能力的同时也实现了可视化能力。纵观整个系统，其能够较好的提升企业的经济利益，使城市供水管理更加科学化、现代化，同时也大大的提升了日常工作效率和管理水平，增强了供水管网运行的安全性、可靠性并具良好的应用前景。