基于arcgis的排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

1、基于基于ArcGIS的排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用20120508作者：毛楠聶新宇張志軼趙冬泉來源：北京清華城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院1引言具體情隨著城市的發(fā)展，城市地下排水管網(wǎng)建設(shè)迅速擴(kuò)張，傳統(tǒng)的紙圖和經(jīng)驗(yàn)式管理已經(jīng)無(wú)法滿足城市發(fā)展和排水系統(tǒng)現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)管理的需要。地理信息系統(tǒng)（GeographicalInfmationSystem，簡(jiǎn)稱GIS）強(qiáng)大的空間分布可視化和海量信息存儲(chǔ)管理能力，結(jié)合暴雨管

2、理模型（StmWaterManagementModel，簡(jiǎn)稱SWMM）專業(yè)的排水系統(tǒng)水文水力分析優(yōu)勢(shì)，為城市排水管網(wǎng)高效運(yùn)營(yíng)和科學(xué)決策提供了有效工具。同時(shí)，為了及時(shí)掌握管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，需要合理部署管道監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在國(guó)外，排水管道流量監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)有三十多年的歷史，很多城市建立了流量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，用于排污收費(fèi)、入流入滲消除和溢流控制等。如：美國(guó)馬里蘭州通過排水管網(wǎng)平臺(tái)和排水管道流量監(jiān)測(cè)以減少入流和入滲現(xiàn)象的發(fā)生；田納西州諾克斯維爾市建立Flo

3、wAlert預(yù)警系統(tǒng)，用于監(jiān)控液位變化以消除污水溢流的發(fā)生，該系統(tǒng)利用包含100臺(tái)流量計(jì)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，指導(dǎo)了223處管道修復(fù)工程，減少了77%的合流制管網(wǎng)溢流（CSOs）和78%的污水管網(wǎng)溢流（SSOs）。1990年，澳大利亞悉尼市建成了超過400臺(tái)流量計(jì)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，有效的保證了悉尼的排水安全。ArcGISEngine是一個(gè)創(chuàng)建定制的GIS桌面應(yīng)用程序的開發(fā)產(chǎn)品。ArcGISEngine包括構(gòu)建ArcGIS產(chǎn)品ArcGISDesktop和

4、ArcGISServer的所有核心組件。ArcGISEngine提供了COM、.和C的應(yīng)用程序編程接口(API)。這些編程接口不僅包括了詳細(xì)的文檔，還包括一系列高層次的組件，使得編程人員能夠較快的創(chuàng)建ArcGIS應(yīng)用程序。所以，排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)以ArcGIS為開發(fā)平臺(tái)，集成排水管網(wǎng)模型，配合管道在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的合理部署，能夠?qū)崿F(xiàn)排水管網(wǎng)信息實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和決策分析，不僅可以為管網(wǎng)應(yīng)急事故處理處置、管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、運(yùn)行調(diào)度和

5、防洪決策等行為提供技術(shù)支持，還可以為排水模型的率定和驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)模擬分析，從而大大提高城市排水設(shè)施的安全輸配性、管理服務(wù)水平和效率，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)管理的科學(xué)化、智能化和聯(lián)動(dòng)性。2在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)基于ArcGIS的排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)采用CS結(jié)構(gòu)，以滿足對(duì)GIS圖形數(shù)據(jù)的大量復(fù)雜操作和對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示，管網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行采集，通過無(wú)線或有線方式傳至管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集工作站，通過

6、軟件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、控制、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等工作，并通過接口程序?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)存進(jìn)管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，向相關(guān)部門分發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，更新頻率可以根據(jù)程序具體使用要求設(shè)定。管理調(diào)控人員由監(jiān)控工作站軟件系統(tǒng)通過調(diào)用管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控和管理工作。系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)查詢顯示、在線報(bào)警和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。警情的處理情況及應(yīng)急工單的狀態(tài)。2.3入流入滲統(tǒng)計(jì)分析由于管道錯(cuò)接、地下

7、水入滲等原因引發(fā)的過量入流入滲問題，不僅降低了管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，影響排水系統(tǒng)的正常功能，同時(shí)造成的系統(tǒng)溢流頻率增加，污染負(fù)荷加重，成為困擾排水系統(tǒng)正常運(yùn)作的頑疾。監(jiān)測(cè)技術(shù)是進(jìn)行入流入滲診斷的重要措施之一。入流入滲統(tǒng)計(jì)分析功能利用連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)上下游間的水量水位關(guān)系，查找排水管網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行的原因，輔助決策制定。基于監(jiān)測(cè)區(qū)域連續(xù)監(jiān)測(cè)，入流入滲統(tǒng)計(jì)分析功能可以實(shí)現(xiàn)旱季入流和降雨入流入滲分析。歸納旱季入流的波動(dòng)規(guī)律，分析

8、旱流工況下運(yùn)行異常。將管網(wǎng)雨天排放的雨污水進(jìn)行區(qū)分和量化，通過分析入流入滲的變化規(guī)律，從而判斷管道破損、混接或非法排放情況。入流入滲變化曲線如圖4所示。圖4排水管網(wǎng)降雨入流入滲分析界面3系統(tǒng)實(shí)施案例在南方某市，通過安裝管道流量、液位監(jiān)測(cè)設(shè)備，以ArcGIS為平臺(tái)開發(fā)排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，增強(qiáng)了對(duì)地下排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的掌握。該市基本實(shí)現(xiàn)了城區(qū)的主干管全覆蓋，但是在管理上存在排水系統(tǒng)雨季水量沖擊負(fù)荷較大、雨季水質(zhì)偏差、雨季管網(wǎng)溢流風(fēng)險(xiǎn)

9、較高、管網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制調(diào)度能力不夠、管道運(yùn)行維護(hù)管理科學(xué)性不高等問題。通過前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和管網(wǎng)現(xiàn)狀模擬分析，項(xiàng)目科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和部署監(jiān)測(cè)實(shí)施方案，從而使管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地掌握管道水力狀況和整個(gè)區(qū)域的管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)泵站優(yōu)化調(diào)度和污水系統(tǒng)協(xié)同控制?；贏rcGIS的排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的部署和實(shí)施在該城市排水管網(wǎng)運(yùn)行管理過程中主要發(fā)揮了以下作用：（1）發(fā)現(xiàn)偷排漏排現(xiàn)象，并進(jìn)行有效處理，保障污水廠穩(wěn)定運(yùn)行和受納水體生態(tài)環(huán)境安全

10、；（2）縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，提高管理部門對(duì)管網(wǎng)突發(fā)事故的應(yīng)急響應(yīng)能力；（3）輔助科學(xué)決策，降低管網(wǎng)溢流量和溢流頻率。管理部門利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)跟蹤管網(wǎng)內(nèi)水力狀況，利用決策支持系統(tǒng)提供的科學(xué)依據(jù)，做出強(qiáng)排、泄洪等科學(xué)決策，減少污水溢流。4結(jié)語(yǔ)隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展和排水管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理難度的不斷加大，專業(yè)化模型和排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)在排水管網(wǎng)數(shù)字化管理過程中的重要作用日益顯現(xiàn)?；贕IS的排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)通過軟硬結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)