二級建造師:城市自來水企業(yè)信息集成應用初探

摘要：如何提高城市供水企業(yè)的運營效率，解決日益突出的水資源有效利用和需求的矛盾，成為當前供水企業(yè)迫切需要解決的課題。本文作者從實踐出發(fā)，通過對城市自來水企業(yè)業(yè)務的分析，提出了“基于GIS平臺的供水企業(yè)信息系統(tǒng)”的集成應用方案，使自來水企業(yè)能更好為社會提供服務，獲取最佳經濟效益。

　　關鍵詞：GIS 供水企業(yè) 集成應用方案

　　1、前言

　　為了滿足城市快速發(fā)展的需要，城市供水企業(yè)近年來不斷采用新的技術、新的工藝，用以提高城市的供水能力和服務質量。其中自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)在全國大多數(shù)城市得到廣泛應用，還有一些城市的供水企業(yè)正在逐步采用GIS技術管理供水管網信息、用計算機實現(xiàn)收費營業(yè)電算化。這些先進的信息、計算機、通訊和自動控制等先進技術的應用，的確為供水企業(yè)的現(xiàn)代化運營解決了很多的實際問題。但是，我們也應該看到還有很多深層次的問題尚未得到卓有成效的解決，究其原因主要是因為：①供水企業(yè)的運營包括從產水、輸配水、管理和收費多個環(huán)節(jié)，僅在某一環(huán)節(jié)采用新技術并不能解決所有問題；②企業(yè)運營的各個環(huán)節(jié)是密切關聯(lián)的，分離的系統(tǒng)無法實現(xiàn)整個運營的系統(tǒng)性；③系統(tǒng)運營的很多因素是有統(tǒng)計規(guī)律和相關性的，目前的系統(tǒng)無法從這些規(guī)律和相關性得到可以輔助決策的信息。因此，要達到自來水企業(yè)的最優(yōu)化運營，就需要系統(tǒng)分析企業(yè)的運營模型，找到每個環(huán)節(jié)的相關性，獲取綜合的有效信息，綜合歷史信息，優(yōu)化企業(yè)的運營，提供輔助決策。以產水到用水的整個過程為主線，以企業(yè)的管理現(xiàn)代化為輔線，把信息技術在企業(yè)集成應用，實現(xiàn)從產水到用水的最大效益，是我們對以上問題的一個有益探索。

　　下面我們從供水企業(yè)的運營模型著手，分析企業(yè)的信息模型，并給出基于GIS平臺的供水企業(yè)信息化應用方案。

　　2、運營模型

　　供水企業(yè)的運營主要圍繞水從水源、水廠經過輸配網最終到水用戶的生產/消費鏈而進行的，其模型如圖1.

　　生產調度通過實時采集水源和水廠的變電設備、電器開關、加壓泵等設備運行參數(shù)和流量、出水口壓力、余氯等控制參數(shù)，以及輸配網上壓力監(jiān)測點和水庫水位監(jiān)測點的控制參數(shù)，動態(tài)自動控制水源、水廠設備的啟停和運行，使整個輸配網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量的供水服務，減少輸配過程中水的損失，最大限度延長管網的使用壽命，最終提高水廠的運營效益。

　　管網管理主要實現(xiàn)輸配水管網信息管理，管網的新建、維護和改造以及水用戶的管理。它必須能夠保證管網信息的準確、全面和現(xiàn)勢，滿足管網規(guī)劃、設計、施工和維護的要求。

　　營業(yè)收費完成水用戶用水量的驗抄、統(tǒng)計，根據水用戶性質和收費項目的規(guī)定進行計費收費。

　　公司將綜合生產調度、管網管理、營業(yè)收費的各種信息，結合公司的營業(yè)策略，對整個企業(yè)的運營進行科學合理的決策，從整體上實現(xiàn)對公司營業(yè)的宏觀管理。

　　3、信息模型

　　企業(yè)運營的信息流如下所述。

　　系統(tǒng)運營的信息包括變化的動態(tài)信息和相對穩(wěn)定的靜態(tài)信息。動態(tài)信息主要是通過動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)獲取的實時變化的信息，主要包括水廠（水源地）配電設備、工藝設備的運行狀態(tài)信息，比如變壓器的電壓電流、配電開關的閉合狀態(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；管網壓力監(jiān)測點的壓力信息和水庫的水位信息。這些信息一方面通過自動控制系統(tǒng)反饋，控制水廠設備的正常運行，另一方面送到公司進行綜合分析。還有一類動態(tài)信息就是水廠累計流量信息、水廠設備和管網維護信息、漏水調查信息以及用戶用水量信息，這些信息經過綜合分析，為供水管網的平穩(wěn)運行、故障排除、查漏維護提供決策支持信息。靜態(tài)信息包括企業(yè)變化緩慢的一些業(yè)務信息、地理信息和企業(yè)運營的歷史信息。這些信息和動態(tài)信息相互結合，提供更好的決策支持信息。更好的決策支持信息返回來對水的生產消費環(huán)節(jié)產生作用，使其成為良性的循環(huán)鏈，達到最大運營效益的要求。
4、體系結構

　　無論是動態(tài)信息還是靜態(tài)信息，它們都和其實體所在的地理位置密切相關。因此構建以GIS為平臺的信息綜合、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、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統(tǒng)，是分析和處理地理數(shù)據的通用技術，GIS所特有的空間分析功能和可視化表達方式正符合供水管網信息所具有的區(qū)域性強、隱蔽、復雜、動態(tài)、數(shù)據量大等特點。同時GIS也是把供水企業(yè)的各種信息有效聚合的粘合劑，所有的信息通過和地理位置相關，就可以達到有機結合的目標。通過將各種信息在GIS平臺上的集成，從而為企業(yè)提供更深層次的信息化應用。

　　以GIS平臺為核心的供水企業(yè)信息系統(tǒng)的體系結構如下圖3所示：

　　信息平臺的數(shù)據輸入/轉換中間件可以把企業(yè)各種底層設備獲取的信息采集到系統(tǒng)的數(shù)據庫中。對于不同的底層設備，只要開發(fā)相對應的數(shù)據輸入中間件，就可以很容易接入到系統(tǒng)中去。而基于該信息平臺，用戶可以進行各種需要的企業(yè)信息化應用。而這些信息的獲取、存貯、組織都完全由該信息平臺來實現(xiàn)，從而使系統(tǒng)具有很好的可擴展性和開放性。同時，系統(tǒng)把企業(yè)的各種信息集成在一起，實現(xiàn)信息的集成應用。

　　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)內部網絡，并包含動態(tài)監(jiān)測的遠程無線通信網絡。網絡邏輯如圖4所示。

　　5.2 系統(tǒng)的軟件組成

　　系統(tǒng)包括六個軟件子系統(tǒng)：動態(tài)信息采集/命令發(fā)布、動態(tài)監(jiān)測、管網管理、抄表收費、決策分析、辦公自動化和企業(yè)網站。下面分別介紹它們的功能和實現(xiàn)：

　　1）動態(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)議與自來水公司下轄的水源地、水廠、水庫和管網壓力監(jiān)測點之間進行通信，實時地把水源、水廠的配電、工藝設備的運行狀態(tài)參數(shù)和水壓、流量、余氯工藝參數(shù)采集到中央數(shù)據倉庫中，進行集中的處理。同時也可以把動態(tài)監(jiān)控的命令和數(shù)據下達到控制的設備。另外子系統(tǒng)還具有過濾存儲?動態(tài)顯示?數(shù)據邊界處理和自動報警等功能。

　　2）動態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)

　　主要功能是根據控制規(guī)則和獲取的動態(tài)監(jiān)測信息，對整個企業(yè)的運營設備（水廠配電和工藝設備及輸配水管網設備）實施監(jiān)控。通過監(jiān)測動態(tài)運營信息，系統(tǒng)可以實時顯示每個設備的運營狀態(tài)，并且可以根據歷史信息和當前的實時信息給出各種控制參數(shù)的變化趨勢圖表。另外還可以采用一定的優(yōu)化策略或人工方式，來最佳地調度運營設備的啟停和運行，達到遙控的目標。

　　3）管網管理子系統(tǒng)

　　管網信息是不斷變化著的。各種圖形信息、屬性信息都需要適時進行更新。管網管理用戶直接面對那些復雜繁瑣的數(shù)據處理軟件會感到非常麻煩。所以該子系統(tǒng)的管網維護部分就是按照用戶的定制要求制作一個數(shù)據處理環(huán)境，采用數(shù)據處理向導，讓用戶通過非常簡單的數(shù)據處理步驟來更新管網數(shù)據。同時，這個系統(tǒng)還提供分布式存儲的數(shù)據同步、上傳、下載，數(shù)據的備份和恢復，以及多種格式的數(shù)據導入和導出的功能。

　　該子系統(tǒng)的另外一部分，主要提供可視化的管網信息瀏覽、專業(yè)和組合查詢、單項和雙項統(tǒng)計、數(shù)據匯總、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)務流程、易用、實用、美觀。

　　4）抄表收費子系統(tǒng)

　　系統(tǒng)支持手持抄表機和人工收費兩種模式進行收費。收費前由收費人員通過營業(yè)所客戶端計算機將收費區(qū)域內的水用戶信息從收費服務器下載到抄表機，或者打印收費用戶信息表格。抄表員收費時只需輸入或者記錄本月水表指數(shù)，最后將結果再通過營業(yè)所客戶端計算機上載回服務器或者通過錄入軟件輸入到服務器。整個過程對于水用戶和抄表人員來說都是透明的，只需錄入一遍水表指數(shù)信息，系統(tǒng)就可以自動計算每個水用戶的水費信息，并以此進行收費。本系統(tǒng)可以進行計費、收費信息的查詢、統(tǒng)計、報表打印和發(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)據倉庫的信息實現(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；用于水廠建設和管網發(fā)展規(guī)劃的平差分析；優(yōu)化水廠生產的調度分析；輔助漏水調查分析等功能。

　　6）辦公自動化和網站子系統(tǒng)

　　為供水企業(yè)的內部管理提供便利。包括企業(yè)內部公文處理；企業(yè)管理的各種數(shù)據匯總和報表、成果圖；企業(yè)職員管理；企業(yè)檔案管理等。通過構建企業(yè)網站，實現(xiàn)企業(yè)形象對外宣傳、企業(yè)信息對外發(fā)布等功能。