管网GIS系统建设方案

1 建设背景

城市供水管网系统是一个庞大而错综复杂的地下工程，供水管网长期在地下深埋，分布广泛，结构复杂，材质种类繁多。由于多方面的历史原因，人们仍在沿用传统的纸图资料管理和手工管理维护方式。采用人工管理的图纸或单一的电子档案，管网数据的检索和传递主要靠手工方式，不系统、不规范，导致日后的维护工作难度大，有些管线甚至仅凭当时施工人员的记忆去寻找，很难及时地发现和处理事故。加之随着供水范围的不断扩大，各类管道的新建和变更速度也在加快，继续采用传统的手工管理方式已不能满足海量数据的处理要求。跟不上城市日新月异的发展变化，造成档案不全，精度不高，管理跟不上等问题。

随着国家信息化建设的推进，尤其是“十三五”期间，水务企业面临着适应经济新常态的重大挑战，面对“生态文明建设”、“绿色发展”等政策推进力度增强以及GIS技术、云计算、物联网、移动互联网等技术应用日益广泛、提高运营决策效率需求更加急迫的发展环境。采用现代化的技术和管理手段来进行供水管网规划和管理，使供水管网的管理工作步入定量化、科学化、自动化、现代化的轨道，已成为供水企业当前十分紧迫的任务，同时也是“数字城市”、“智慧城市”建设的重要组成部分，是城市可持续发展的迫切要求。近十年来，采用基于GIS技术的供水管网信息系统来管理城市供水管网已经达成行业共识，许多供水企业纷纷将供水管网信息系统建设作为整个供水信息化工作的重点，显著提升了供水企业管理效率和用户服务水平，为供水企业带来了巨大的经济效益和社会效益。

因此，为了积极推动城市建设事业健康发展，促进城市经济的繁荣，创造美好的城市综合环境。利用GIS技术，构建高效、合理、实用的供水管网GIS系统，增强对供水管网的运营和监管的能力，实现城市供水管网智慧运作，提高供水管网管理与服务的水平，已成为供水企业发展的必然选择。

2 需求分析

XXX自来水公司为了实现供水管网的精细化和可视化管理，通过对全区的管网及设施进行统一监管，结合管网分析模型，快速识别管网事故风险并预警，能够有效降低爆管事件发生的概率，同时也能降低城市管网的漏损率，提升水司的管理效率。结合水司的管网业务现状与未来扩展需求，制定本方案，具体需求内容如下：

1)    可实现供水管网数据的动态更新。系统通过处理各种形式的成果数据，如外业探测数据，综合管线数据等，建立高精度、高可靠性的数据库，并及时将变更以后的数据补充到数据库中；

2)    可提供GIS系统的基本功能，除了具备良好及时响应用户对地图的浏览功能外，同时需提供全面的基本GIS功能，包括地图的放大、缩小、移动、图层控制、全屏显示、点击查询等；

3)    提供地下供水管网及相关资料的查询、统计以及各种输出，实现多样化的具有空间决策支持的查询和统计功能；

4)    提供基于数据挖掘技术的管网分析功能，为供水规划、设计、调度、抢修提供强有力的科学决策依据，实现分析决策的全计算机操作过程，从而提高自来水公司的生产效率和社会服务水平。

3 建设目标

管网GIS系统是以地理信息技术为基础，以云计算、物联网、移动互联网等技术为依托，以城市基础地形图和供水管网数据为核心，注重供水管网业务移动化、供水综合信息集成化、供水管网数据服务化，实现供水管网空间和属性数据统一动态管理，为供水管网的规划、设计、施工、运营、评估提供可靠的依据和服务，提高供水管网业务管理的水平和流转的效率，从而实现城市供水管网智慧运作和科学管理，进而塑造供水企业的良好形象，提高供水企业的经济和社会效益。

3.1 供水管网数字化

建立供水管网数据库，实现从水厂到用户的供水管网相关资料的统一信息化管理，如管道、水表、阀门资料以及相关的施工、维修、养护资料等。

3.2 管网管理动态化

实现城市管网资料的动态管理，系统不但能够管理原有的管网资料，而且能够方便地将新建或改造工程的管网资料添加到管网数据库中，结合GPS和其他测绘数据，实现管网数据的同步更新，同时保证管网空间数据的拓扑完整性、属性数据的准确性、现势性。

3.3 供水管网可视化

实现管网管线及相关资料在地图上的可视化查询、统计、打印以及输出，为供水管网的规划、设计、改扩建、维修提供准确翔实的管网资料。

3.4 决策支持智能化

当发生供水事故时，系统可准确快速定位到事故地点，辅助及时排除故障，缩短停水时间，减少水资源的浪费。

3.5 供水信息服务化

为企业、政府、公众提供供水管网数据和功能服务，不仅能够为供水企业提供供水管网信息服务，还能够在数字城市层面提供供水管网信息服务，充分发挥系统建设的效益。

4 系统总体设计

4.1 设计原则

4.1.1 实用性

系统设计充分考虑XX自来水公司业务的具体情况和实际需要。性能稳定、可靠，人机界面友好，易操作性强，输入输出方便，图表生成美观，检索查询简单快捷，帮助信息完整。

4.1.2 可靠性

系统具备数据自动备份和数据恢复技术。提供简单快速的系统自修复功能。系统支持7×24小时运行，在出现异常或受到攻击时，出现系统宕机情况，有相应的应急解决方案。

4.1.3 开放性

系统开放数据接口，支持与第三方软件的数据共享和交换。将来能提供和营业收费系统、生产调度系统、管网建模、管网GPS系统、报装系统、热线系统等第三方软件的接口。

4.1.4 经济性

在保障安全性的前提下，必须充分考虑投资的性价比。系统建设尽可能利用成熟的技术和设备。硬件设备的选型符合有一定知名度的大众化品牌，维保成本相对较低。

4.1.5 可扩展性

系统设计中充分考虑到今后技术的不断发展和用户需求的增加，需具备良好的更新、扩展和升级的能力，系统规模和功能可根据实际情况进行灵活新增，满足系统今后的扩展需求。

4.2 设计依据

1)    《国家智慧城市试点暂行管理办法》；

2)    《全国城市市政基础设施规划建设“十三五”规划》；

3)    《国家信息化发展战略纲要》；

4)    《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》；

5)    《水污染防治行动计划》；

6)    《城市测量规范》CJJ/TB-2011；

7)    《地下管线电磁法探测规程》YB/9029-94；

8)    《城市地下管线探测技术规程》CJJ61-2003；

9)    《1:500、1:1000、1：2000地形图图式》GB/T7929-1995；

10)   《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》CJJ 207-2013；

11)   《智慧供排水信息系统安全技术规范》DB33/T 2051-2017；

12)   《城市基础地理信息系统技术规范》CJJ/T100-2017；

13)   《计算机软件开发规范》GB/T8566；

14)   《计算机软件需求说明编制指南》GB9385-2008；

15)   《计算机软件可靠性和可维护性管理》GB/T 14394-2008；

16)   《软件维护指南》GB/T 14079-93；

17)   《电子计算机机房设计规范》GB50174-2016。

管网GIS系统以城市地下供水管网数据库、基础地形数据库和实时监测数据库为核心，面向城市供水管网管理部门和社会公众提供一体化的管网信息管理和服务，可提供应用层搭建和业务协同机制，支持用户对应用模型进行定义，并灵活配置、扩展系统，实现数据与功能共享，以适应不断变化的供水客户与市场需求，使供水企业的管网管理工作步入持续快速的发展轨道。

系统总体架构如下图所示：

基础设施层：主要包括服务器集群、操作系统、数据库软件、GIS平台、安全防护软件等基础设施，为管网GIS系统的应用提供基础支撑。

数据支撑层：主要包括基础地形数据（基础地形图、电子地图）、供水管网数据（纸质资料、外业探测成果、电子格式数据、综合管线数据、其他）、实时监测数据（压力数据、流量数据、水质数据）。

应用层：主要包括数据入库与管网管理、管网编辑、查询、统计、管网分析、地图浏览、专题展示、常用工具、管网纠错、移动应用等功能的各个应用模块。

展示层：主要包括指挥中心大屏、台式终端、笔记本终端、平板终端、手机终端等展示窗口，方便水司用户能够随时随地以多种方式查看管网的运营情况。

标准规范保障体系与信息安全保障体系：以国家和行业标准规范为基础，结合供水企业实际的管理规范、运营机制，制定一套符合供水企业运行的标准规范体系和安全保障体系，主要包括数据处理规范、接口规范、数据系统使用规范、服务器管理规范等来保证系统安全稳定的运行。

4.4 关键技术

4.4.1 GIS技术

GIS是集地理信息采集、存储管理、集成分析和可视化模拟于一体，能够提供地理决策服务的技术系统。不仅能够分级分层管理地理信息，同时还能进行组合、分析、查询，GIS可提供地图服务，能够清晰直观的表现出各地理信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态监测地理信息的变化。在管网GIS系统建设过程中，GIS技术是核心基础支撑。

4.4.2 物联网技术

物联网技术是通过射频识别（RFID）、红外感应、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。在管网GIS系统建设中，可充分利用局部网络或互联网等通信技术把管网上的压力监测计、流量监测计、大表监控等终端进行统一接入，可在GIS地图上进行数据显示。

4.4.3 分布式技术

分布式技术是一种基于网络的计算机处理技术。可实现高效的矢量、栅格、影像等海量数据存储、编辑与管理，保证高效的空间索引与分布检索能力，可实现多数据源、多比例尺、多时态管网数据的一体化管理，完全满足城市海量管网数据管理的需要。

4.4.4 大数据技术

大数据技术是从各种类型的海量数据中快速获得有价值信息的技术。随着供水管网的规模日益扩大，企业面临的数据量也越来越大。传统的信息技术已无法满足海量数据实时处理的需求，通过基于大数据的数据挖掘和分析技术，可对全网的安全运行状态进行综合分析，有效识别有无爆管事件的风险。

4.4.5 移动互联网技术

移动互联网是一种通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业态，包含终端、软件和应用三个层面。随着宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速发展，管网GIS系统建设可引入智能手机、平板电脑等移动终端设备，服务于地图展示、查询、分析等业务，管网维护人员可实现移动化办公，提升管网运维管理的效率。

5 系统核心功能

5.1 数据入库与管网管理

提供数据入库与管网管理功能，主要用于地形图数据和供水管网数据的日常管理与更新维护。地形图管理包括地形图数据入库、地形图数据管理；管网管理包括管网数据入库、管网数据管理。

5.2 管网编辑

提供管网编辑功能，不仅能够对系统中的管网设备进行编辑，支持包括管网空间数据编辑、解析录入、撤销和回退等；同时还能够提供灵活多样的批量编辑功能，可根据属性统赋参数或者根据参数统赋属性等，可以直接挂接Excel属性表，可批量改变管点设备类型，提供管网设备编码工具。

5.3 查询

提供丰富的查询功能，支持点击查询、快速查询、条件查询、沿线查询、按位置查询、缓冲区查询等多种查询方式，方便用户快速查找到所关注的管网信息。

5.3.1 点击查询

系统可提供点击查询功能，用户可单击需要查询的设备，系统将以Tips的形式列出设备的属性，并高亮显示该设备。

5.3.2 快速查询

系统可提供快速查询功能，在弹出来的面板中设置查询范围后单击查询，系统会将查询结果全部列出。单击某一条记录，系统将自动跳转到对应位置。

5.3.3 条件查询

系统可提供条件查询功能，支持设置多个查询条件。设置完成后单击确定，选择查询范围，系统会将查询结果列出。单击某一条记录，系统将自动跳转到对应位置。

5.3.4 沿线查询

系统可提供沿线查询功能，支持在地图上选择起点和终点，系统会将查询结果列出。单击某一条记录，系统将自动跳转到对应位置。

5.3.5 按位置查询

系统可提供按位置查询功能，支持在弹出的面板中设置查询范围、查询位置，单击查询，系统会将查询结果列出，单击某一条记录，系统将自动跳转到对应位置。

5.3.6 缓冲区查询

系统可提供缓冲区查询功能，支持设置图层及缓冲半径，单击查询，系统会将查询结果列出。单击某一条记录，系统将自动跳转到对应位置。

5.3.7 消火栓查询

系统可提供消火栓查询功能，支持设置搜索半径，选取事故点，单击查询，系统会将结果列出，并在地图界面显示消火栓所在位置及距离搜索点的距离。

5.4 统计

提供按口径统计阀门、按管径统计管长、全设备汇总、管长统计、设备个数统计、通用统计等多种统计方式，可将统计结果生成各种直观的统计结果图，同时支持统计结果的快速导出。

5.4.1 按口径统计阀门

系统可提供按口径统计阀门功能，支持设置统计范围，单击统计，输出统计结果。包括统计数据和统计图，同时支持对统计结果进行导出。

 按口径统计阀门

5.4.2 按管径统计管长

系统可提供按管径统计管长功能，支持设置统计范围，单击统计，输出统计结果。包括统计数据和统计图，同时支持对统计结果进行导出。

5.4.3 全设备汇总

系统可提供全设备汇总功能，支持设置统计范围，单击统计，输出统计结果。同时支持对统计结果进行导出。

5.4.4 管长统计

系统可提供管长统计功能，支持设置统计设备、分类字段、统计范围以及统计条件，其中，单击完成一个分类字段的添加，可添加多个分类字段。设置完成后，单击统计，输出统计结果。

5.4.5 设备个数统计

系统可提供设备个数统计功能，支持设置统计设备、分类字段、统计范围以及过滤条件，设置完成后，单击统计，输出统计结果。

5.4.6 通用统计

系统可提供通用统计功能，支持设置统计图层及统计条件。设置完成后，选择统计范围，统计结果可以以饼状图、柱状图的形式表现。

5.5 管网分析

主要用于深层次的挖掘供水管网数据，提供爆管分析、断面观察、连通性分析、区域连通性分析等多种分析方式，为管线规划、抢修等决策分析提供合理性的建议。

5.5.1 爆管分析

系统可提供爆管分析功能，支持在地图上单击选择爆管点，系统自动分析，结果中显示了需关设备、受影响用户、受影响管段及受影响区域等信息。

5.5.2 断面观察

系统可提供断面观察功能，支持设置断面类型，鼠标左键选取两点拉一条线切割所要观察的管线，系统将生成所切管线的横断面图，可查看断面图，点击查看大图，可放大断面分析图查看，点击下载，可将断面图下载为jpg格式图片。

5.5.3 连通性分析

系统可提供连通性分析功能，支持鼠标左键选取两点，系统会判断这两个管点之间的连通性，并将分析结果列出。

5.5.4 区域连通性分析

系统可提供区域连通性分析功能，支持设置分析区域和设备进行分析，并将分析结果列出。

5.6 地图浏览

系统提供丰富、流畅的地图浏览功能，用户可利用放大、缩小、移动、图层控制、全屏显示、点击查询等工具对数据进行全方位浏览，便于了解供水企业的全景地形地貌和供水管网分布情况。

5.7 专题展示

提供大口径阀门展示、大口径管段展示、消防栓分布等多种专题展示功能，方便用户进行针对性查看。

5.7.1 大口径阀门展示

系统可提供大口径阀门展示功能，能够展示各种大口径阀门的相关信息。

5.7.2 大口径管段展示

系统可提供大口径管段展示功能，能够展示cad文件、cad图层、管径、管长等信息。

5.7.3 消防栓分布

系统可提供消防栓分布功能，能够展示本点号、地面标高、类型、材质等信息。

5.8 常用工具

提供地图标记、地图测量、打印TIFF、导出CAD、截屏打印等多种常用工具，方便用户进行快速操作。

5.9 管网纠错

用户在浏览地图时，当发现管网数据的属性信息存在错误，可以通过管网纠错功能将错误信息进行上报，由审核员审核上报的纠错信息，审核通过后，修改的属性信息可以直接进入数据库，同时还支持对历史信息进行查询。

5.10 移动应用

5.10.1 地图功能

管网宝可提供丰富的地图展示及应用功能，方便外业工作人员能够进行快速定位和信息查看，同时能够对日常作业过程进行回溯。具体功能如下：

1)    图层

管网宝可提供图层功能，用户可对管网地图图层进行选择，可选择服务图层以及设备图层，方便用户进行针对性的分层查看。

2)    全景

管网宝可提供全景功能，用户可在管网地图上点开摄像头图标，系统可显示该点的全景视频，方便用户远程查看现场情况。

3)    地图缩放

管网宝可提供地图缩放功能，用户可对地图进行放大和缩小，辅助用户进行地图细节的查看。

4)    定位复位

管网宝可提供定位复位功能，用户可通过定位功能，使得地图自动跳转到用户所处的位置，同时用户可通过复位功能，使得系统自动回转到管网地图所处位置，方便用户快速找到自己的位置和管网所处位置。

5.10.2 按位置搜索

管网宝可提供按位置搜索功能，用户可通过输入位置信息，快速查找到该点的位置，同时系统可提供到达该点的导航服务，方便用户能够快速到达。

5.10.3 高级查询

管网宝可提供高级查询功能，用户可在地图上选择模块，分别是全区、当前、矩形、多边形，同时可选择图层信息，进行属性过滤，系统会自动查询出对应的图层信息，方便用户快速查找到关注目标。

5.10.4 测量

管网宝可提供测量功能，系统可提供长度测量以及面积测量两种方式。用户可通过长度测量快速计算出管网地图上任意两点的长度；同时用户可通过面积测量快速计算出某一区域的面积，辅助用户进行数据测量。

5.10.5 爆管分析

管网宝可提供爆管分析功能，用户可在管网地图上选取某个点，系统会自动模拟该点发生爆管后的情况，显示需要关闭的阀门，受影响的管段，受影响的区域等，辅助用户进行应急调度和处置。

5.10.6 今日轨迹

管网宝可提供今日轨迹功能，系统可显示出当天的行动轨迹路线信息，用户可对行动轨迹进行回放，显示某时刻的实时位置，方便管理人员能够对外业人员的工作过程进行回溯。

6 效益分析

6.1 实现供水管网的精细化管理

在管网GIS系统建成后，可全面准确的掌握各水司所有供水管网及设施的各种情况并获取详细的资料，从而摸清管网资产。结合电子地图，可查看各管网资产的分布情况，通过一定的统计分析条件可进行资产信息的统计，方便管理人员能够快速了解全网资产的情况，从而实现供水管网的精细化管理。

6.2 实现供水管网数据的共享共用

在管网GIS系统建成后，可有效改善管网资料人工管理造成的数据共享难的情况。通过建立供水管网数据管理中心，搭建统一的管网数据交换服务体系，使水司各部门之间实现数据共享共用，提供多层次、多元化的信息服务，推动全水司管网现代化管理与应用。

6.3 减少因资料不全造成的管网事故

城市建设中，爆管事件时有发生，其中相当一部分是由于施工单位对供水管网敷设情况不了解、野蛮施工造成的，爆管停水对供水企业造成很大的抢修压力，对社会也造成了巨大的经济损失。在管网GIS系统建成后，可为相关施工单位提供查询施工区域地下管线情况的服务，从而减少因资料不全造成的管网事故。

6.4 提升管网事故处理速度

在管网GIS系统建成后，可采用GIS与GPS相结合，通过GPS定位准确获取抢修的地面位置，并将数据实时传送到GIS，可快速确定故障区域，协助抢险人员分析事故的影响范围和影响程度，生成抢修方案，有效实施抢修作业。与传统的事故处理相比，处理速度大大提升。

6.5 降低城市管网漏水率

在管网GIS系统建成后，可为管网检漏提供了准确翔实的管网资料，为管网巡检、维修养护工作提供了很好的数据支撑；同时，系统可提供爆管分析、断面观察、连通性分析等管网分析手段来辅助管网部门更好的开展检漏工作，从而降低管网漏水率，提高水资源的利用率，有利于更好的建设节约型社会。

6.6 提高企业管理效率

在管网GIS系统建成后，可规范和简化内外业工作人员的流程，同时可促进各部门的协同联动。供水企业可实现从管网设计、管网数据管理、管网巡检养护的数字化管理，这样使得各个环节、各个部门之间运转更加通畅，显著提高企业管理效率。