基于GIS技术的智慧水务综合管理平台研究

张龙军 王兴兴 房志伟

（1.湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090；2.武汉市光谷豹澥第一小学，湖北 武汉 430206；3.石家庄正定新区水务有限公司，河北 石家庄 050899）

为了进一步提高企业的管理水平和服务质量，部分供水企业根据自身需求，建立了管网GIS系统、外勤管理系统、报装系统、客服服务系统等各类系统[1]。但系统的建设和使用均分散在各个部门，产生了大量的数据孤岛，导致无法深入挖掘和分析各类业务数据。随着云计算、物联网、移动互联网、5G、大数据等先进技术的日益普及，水务系统的建设方向正由信息化向智能化转变，智慧水务系统的建设应运而生[2]。本文探讨了GIS技术在智慧水务管理系统建设中的应用，深度挖掘各业务系统中的海量数据，实现企业的整体智慧运作和科学管理。

1 现状分析

1.1 概况

石家庄某自来水公司成立于2015年，日供水能力为15万吨，为地表、地下兼容水厂，其中地下水水源来自磁河地下水水源地，日供水能力5万吨，地表水水源为南水北调江水，日供水能力10万吨，供水管道长约60 km，公司管理模式较为传统，如日供水量采用每日抄表方式获取，外勤业务主要通过电话沟通，现有管理模式无法满足现代化水务建设的要求。基于GIS技术的智慧水务综合管理平台的建设，充分应用云计算、物联网、互联网、5G、大数据等先进技术[3]，围绕公司日常业务谋划水务信息化的发展，助力公司由传统水务向智慧水务转型。

1.2 存在问题

1.2.1 管网GIS数据管理方式陈旧

公司管网GIS数据主要以纸质图纸的方式进行保存，资料分散于不同的部门，缺少共享平台，数据使用效率低，管网数据的安全性也得不到保证。

1.2.2 业务数据分散，未充分利用大数据

公司建有营业收费系统、报装系统、客服服务系统、管网GIS管理系统等信息化系统，系统均为单独建设，分散于不同的部门，数据建设标准存在差异，数据的应用局限于各个部门，无法深入挖掘和利用大数据。

2 GIS技术的多角度应用

2.1 GIS数据库实现管网资产科学化管理

公司管网GIS数据主要以纸质图纸的方式进行保存，使用极为不方便，同时数据的安全性也没有保证。通过GIS空间数据库技术，将管网资产数据存储于数据库，实现供管网数据无纸化、数字化管理，为供水管网数据的深度挖掘提供了数据支撑。

2.2 GIS分区实现精细化漏损控制

依据供水管网数据以及用水情况，结合城市地形地貌特征，将城市供水区域划分成若干计量分区，通过GIS分区漏损率一张图，能够快速了解每个区域的实时漏损情况，为城市管道建设、改造提供科学依据。结合夜间最小流量判断漏点区域，辅以外勤检漏工作，快速定位漏点位置，减少水资源的流失，降低漏损率，实现精细的漏损控制[4]。

2.3 GIS空间分析实现供水决策智慧化

GIS系统具有强大的空间分析能力。当城市发生漏水事故时，依据自来水水流方向以及管网的拓扑关系，系统可以快速分析出关阀门方案。此方案比依据经验确定的关阀方案更具有科学性，能够帮助技术人员快速解除故障，减少水资源的浪费[5]。

2.4 GIS技术实现外勤业务高效化

采用GIS技术及GPS定位技术，实现管网数据在移动终端上的应用，同时采用移动通信技术将现场发生的各类事件通过图片、文本等信息传回监控端，加快各类事件处理速度，实现管网外勤工作地精细化管理，利用GIS技术分析事故高频地段，能够为城市管道建设、改造提供科学依据。

3 智慧水务综合管理平台总体构架

智慧水务综合管理平台采用面向服务的层次体系架构[4]，系统各业务功能以服务形式提供给不同的业务应用。

智慧水务综合平台总体框架如图1所示。

图1 智慧水务综合平台总体框架

3.1 物联感知层

主要包括系统物联感知系统部分部署的水厂、泵房等视频监控设备以及对管网运行指标进行实时在线监测的传感设备等。

3.2 基础设施层

主要为软硬件设备，包括操作系统、输入输出设备、安全防护软件及无线网、服务器等。

3.3 数据中心层

数据中心层囊括水务公司能获取的各类信息化资源，包括管网数据、地名定位数据等空间数据资源以及抢维修业务数据、工程信息数据、营业数据、客户信息数据、SCADA监测数据等业务数据资源，还包括与水司已有系统或其他外部系统对接共享获得的数据资源。

3.4 信息服务层

信息服务层实现对各类信息资源的集成、管理、分发和运维[6]，保障各类数据资源的充分汇总、应用权限的有序管理。

3.5 业务应用层

各类业务系统和业务功能在此层面实现，为企业的智能管网建设提供应用。重点实现供水管网GIS系统、集成管理平台、生产调度系统SCADA、管网巡检管理系统、管网维修养护管理系统、管网工程信息管理系统、远传水表集成管理系统、客户服务系统、智慧供水综合运营平台以及大屏调度系统等。

3.6 应用表现层

应用表现层决定系统应用端的表现形式。针对公司实际情况，提供PC和便携电脑端满足日常业务应用，提供移动智能终端满足外勤抢维修业务应用，提供监控大屏端满足综合调度监控应用，提供平板电脑端满足外勤图纸查询以及领导移动办公应用。

3.7 标准规范体系

以国家和行业相关标准规范为基础，建成数据建库标准、系统使用规范以及项目管理规范等相关规范。

3.8 信息安全体系及管理制度

以国家和行业标准规范为基础，建成数据处理规范、接口规范、系统使用规范、服务器管理规范等信息安全体系及管理制度。

4 智慧水务综合管理平台功能建设

4.1 供水管网GIS系统

将供水管网、水表、阀门、消防栓等管网数据进行融合，系统提供丰富的地图浏览工具，形成基于基础地理数据的供水资产数据全生命周期管理模式。

4.2 智慧供水综合运营平台

供水管网综合展示平台将各个业务系统进行集成，实现信息共享、智慧共联、服务共通。平台将供水管网各单位的繁杂业务和多元异构数据进行集成，结合空间分析、数据挖掘、商业智能等技术手段，在海量庞杂的数据资源中挖掘各类有价值的信息，采用GIS可视化技术进行动态展现。为水务公司管网综合管理、应急处置等提供辅助决策工具。

4.3 管网外勤管理系统

管网外勤管理系统采用Web端与手持端相结合的方式进行设计与应用，基于物联网和移动GIS技术，由在桌面端运行的外勤后台监管子系统和在平板电脑、手机等移动智能终端上运行的外勤移动智能终端子系统组成，实现管网数据在移动终端上的应用。采用移动通信技术将现场发生的各类事件通过图片、文本等信息传回监控端，加快各类事件的快速处理，实现管网外勤工作地精细化管理。

4.4 生产调度系统

依托水表和压力等物联网传感器设备，合理地进行GIS分区，通过大数据分析实现了对物联网设备数据的合理分析与计算，查找可能的漏损和漏点[7]。调度中心可远程监测各供水单元的实时生产数据和设备运行参数；可远程查看重要生产部位的监控视频或监控照片；可远程管理水泵、阀门等供水设备。

4.5 管网工程信息管理系统

采用工作流、事务管理等技术，结合手持智能终端设备，实现对工程设计、工程审批、工程建设、工程施工等全方位的管理。与GIS系统紧密结合，使工程信息、工程资料、工程状态及工程位置可视化展示，实现管道施工工程的过程监管留痕，提升工程建设过程透明度，帮助水务公司有效把控工程进度和资金投入。

4.6 远传水表集成管理系统

运用GIS技术，以流量监测数据为核心，以业务应用为导向，构建远传水表管理系统，实现对远传水表等设备及用水量信息的统一管理，并对用水量数据进行综合分析，为用户的管理决策提供辅助功能。

5 结语

基于GIS技术的智慧水务综合管理平台，借助大数据、云计算、物联网等先进技术，以GIS地理信息技术为基础，结合水务公司当地基础地形图和供水管网数据以及各部门业务，涵盖综合管网管理、管网维修养护、生产调度、在线监测等信息，整合水源地、水厂、管网等各个环节的静态基础数据和动态实时监测数据，实现了数据管理标准化、综合信息展示集成化、模拟调度科学化、运营管理规范高效化，为最终建成具有特色的智慧水务综合运营平台，实现企业的整体智慧运作和科学管理奠定了坚实的基础。