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        排水管網(wǎng)的信息化建設(shè)在市政管理中的作用

        2014-03-26 17:59:23路順
        城市勘測(cè) 2014年3期
        關(guān)鍵詞:城市排水排水管管網(wǎng)

        路順

        (龍口市規(guī)劃處,山東 煙臺(tái) 265701)

        1 引言

        排水管線是城市綜合地下管線的重要組成部分,是市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可忽視的重要環(huán)節(jié),是確保城市建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康、協(xié)調(diào)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展,排水管線處于不斷地更新變化之中,新建、改建、擴(kuò)建工程逐漸增多[1]。伴隨著城市人口數(shù)量的增加和暴雨極端天氣的發(fā)生,城市雨、污水排放量出現(xiàn)新高。近年來(lái),我國(guó)各級(jí)政府加大對(duì)城市排水管網(wǎng)的建設(shè)力度,然而,面對(duì)如此高度隱蔽、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的地下排水網(wǎng)絡(luò),如何進(jìn)行科學(xué)、高效的管理,使市政管理者能夠全面、準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握排水管網(wǎng)信息,充分發(fā)揮排水管網(wǎng)信息在城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和管理中的作用,對(duì)于實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)和城市的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

        我國(guó)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的信息化建設(shè)發(fā)展迅速,在經(jīng)歷了傳統(tǒng)的手工管理和計(jì)算機(jī)管理等方式后,綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和GIS技術(shù)等建立的排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng),成為管理地下管線信息的主流工具。管理系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用中不斷完善,功能日漸豐富,在市政部門的管理中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

        2 排水管網(wǎng)的信息化建設(shè)歷程

        2.1 早期傳統(tǒng)的管理方式

        把地下管線規(guī)劃好、管理好是把城市建設(shè)好的必要條件。我國(guó)的地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)起步于20世紀(jì)80年代,但由于當(dāng)時(shí)的管線管理觀念落后,軟硬件及相關(guān)技術(shù)不成熟等因素,地下管線數(shù)據(jù)管理還存在很多問(wèn)題。大部分城市排水管網(wǎng)資料信息來(lái)源不明確、管理分散、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式多樣且精度不高,導(dǎo)致對(duì)排水管網(wǎng)資產(chǎn)狀況掌握不全面。而對(duì)地下排水管線的地理空間分布情況不清、種類不明,盲目施工使管線損壞而導(dǎo)致的污水漫流甚至洪澇等災(zāi)害事故時(shí)有發(fā)生,給人民生活和國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成威脅和損失。

        隨著城市排水管線數(shù)量的日益增多,大量管線資料需要處理,傳統(tǒng)的手工制圖、人工記憶和人工統(tǒng)計(jì)分析等管理方式效率低下的弊端日漸凸顯,很難適應(yīng)快速發(fā)展的海量排水管線數(shù)據(jù)庫(kù)要求。對(duì)海量信息的存儲(chǔ)、處理和分析是計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),到上世紀(jì)90年代,為了準(zhǔn)確和完整地掌握地下管線的現(xiàn)狀信息,政府在全國(guó)各地開(kāi)展管線普查工作,利用計(jì)算機(jī)技術(shù),逐步建立管線數(shù)據(jù)庫(kù)與信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息的數(shù)字化存儲(chǔ)和管理。采用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程[2]:

        (1)運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),管線屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中,可有效管理管線屬性數(shù)據(jù),如錄入、修改、查詢等,但缺乏空間數(shù)據(jù),不具備管理圖形和空間檢索分析的功能;

        (2)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和圖形相結(jié)合,但屬性和圖形數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ),彼此不關(guān)聯(lián),圖形信息不能被系統(tǒng)自動(dòng)提取和利用;

        (3)數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形關(guān)聯(lián),將圖形與對(duì)應(yīng)的屬性記錄關(guān)聯(lián),為基于空間數(shù)據(jù)的檢索分析奠定了基礎(chǔ)。但關(guān)聯(lián)關(guān)系的維護(hù)較為復(fù)雜,特別是對(duì)海量數(shù)據(jù)的管理效率低,不利用空間分析和檢索。

        2.2 基于GIS技術(shù)的管理方式

        城市地下綜合管線信息和與之相關(guān)的地形、地物等環(huán)境信息從根本上都是地理信息。早期傳統(tǒng)的管線管理方法很難有效管理和分析復(fù)雜的地理信息。地理信息系統(tǒng)(GIS)是研究和管理空間位置和屬性數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng),它研究各種空間實(shí)體及其相互關(guān)系,借助特有的空間分析功能和可視化表達(dá),完成統(tǒng)計(jì)分析、動(dòng)態(tài)模擬和輔助決策等服務(wù)。由于GIS技術(shù)所具有的強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)外研究者普遍認(rèn)為,采用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市管線空間和屬性數(shù)據(jù)的管理和分析,是構(gòu)建地下管線管理信息系統(tǒng)的必由之路[3,4]。

        21世紀(jì)以來(lái),不僅城市綜合管線信息系統(tǒng)發(fā)展迅速,各種專業(yè)管線,如排水管線信息系統(tǒng)也有了較大的發(fā)展?;贕IS的信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)已日趨成熟,按照不同用戶的需求,以流行的ArcGIS、MapInfo等為平臺(tái),采用VB、VC和.NET等開(kāi)發(fā)工具,較好地實(shí)現(xiàn)了管線信息管理的功能,并可將管線管理的職能與辦公自動(dòng)化、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有效結(jié)合,已經(jīng)成為多個(gè)城市的規(guī)劃、建設(shè)與管理的有力工具[5]。

        隨著前沿技術(shù)的不斷進(jìn)步,排水管線系統(tǒng)逐漸向綜合的集成系統(tǒng)發(fā)展,廣泛集成GIS技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維仿真技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),從進(jìn)行管網(wǎng)的管理、分析向功能強(qiáng)大的模擬、決策支持方向發(fā)展,并與城市管理部門的日常業(yè)務(wù)緊密結(jié)合,為保障城市排水設(shè)施安全運(yùn)行和輔助相關(guān)部門科學(xué)決策提供科學(xué)依據(jù)[6]。

        3 排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)在市政管理中的重要作用

        排水管線作為城市市政設(shè)施的重要組成部分,肩負(fù)著城市雨水、污水排放的重要功能,各級(jí)政府已從城市發(fā)展的戰(zhàn)略高度來(lái)認(rèn)識(shí)地下排水管線在城市規(guī)劃和建設(shè)管理中的作用與地位。2013年,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部再次明確提出了要加強(qiáng)市政公用設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行管理,努力提升市政公用事業(yè)服務(wù)質(zhì)量和安全運(yùn)行水平,重點(diǎn)抓好城市排水防澇、加強(qiáng)城市地下管線綜合管理工作,推動(dòng)了數(shù)字化城市管理平臺(tái)向地下排水管線領(lǐng)域的延伸。

        各地市政管理部門充分利用地下管線普查成果,積極探索創(chuàng)新地下排水管線的管理方式。在政府和企業(yè)的運(yùn)作下,排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的功能日益強(qiáng)大且日臻完善,充分體現(xiàn)了其在維護(hù)城市“生命線”正常運(yùn)行上的優(yōu)勢(shì)。本文重點(diǎn)從排水管線的高效管理、巡查養(yǎng)護(hù)、輔助決策、事故應(yīng)急和模擬預(yù)測(cè)五個(gè)方面介紹排水管線管理信息系統(tǒng)在市政管理中發(fā)揮的重要作用。

        3.1 高效管理多源可視化數(shù)據(jù)

        排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)是一個(gè)包含海量數(shù)據(jù)的復(fù)雜系統(tǒng),其數(shù)據(jù)庫(kù)用以存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),不僅包括管網(wǎng)數(shù)據(jù),還集成了不同來(lái)源、不同數(shù)據(jù)格式和不同空間尺度的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),如:地形數(shù)據(jù)、航空影像、DEM等,改善了傳統(tǒng)管網(wǎng)數(shù)據(jù)單一、記錄分散、不完整的局面,為市政管理部門的業(yè)務(wù)應(yīng)用、決策分析和數(shù)據(jù)共享奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過(guò)多種數(shù)據(jù)的疊加和可視化顯示,可以更加直觀地了解排水管網(wǎng)周邊的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情況。數(shù)據(jù)庫(kù)能有效管理不同歷史時(shí)期的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)比顯示能夠較清楚地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的差異和聯(lián)系,這對(duì)于城市未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃有著重要意義。

        隨著三維仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日漸成熟,對(duì)管線點(diǎn)、管線線數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)三維建模并疊加道路、建筑物等三維模型,實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)任意角度的三維瀏覽,還原管網(wǎng)地上和地下的三維立體場(chǎng)景,建設(shè)規(guī)劃部門即便不到現(xiàn)場(chǎng),也能真實(shí)地感受排水管網(wǎng)之間以及管網(wǎng)與周邊地物的空間位置關(guān)系。

        3.2 提升巡檢、養(yǎng)護(hù)工作的效率和管理水平

        排水管理部門需要定期對(duì)轄區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)及相關(guān)設(shè)施進(jìn)行巡查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和清除管網(wǎng)中的“病患”,保障城市的排水安全。隨著智能終端和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的普及,結(jié)合GIS、GPS和GPRS/CDMA等先進(jìn)技術(shù)的手持移動(dòng)設(shè)備成為排水管網(wǎng)巡檢、養(yǎng)護(hù)的重要工具。

        排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)采用手持設(shè)備與Web相結(jié)合的方式,現(xiàn)場(chǎng)巡查、養(yǎng)護(hù)人員通過(guò)手持設(shè)備將巡檢信息和養(yǎng)護(hù)進(jìn)展及時(shí)上傳到監(jiān)控中心,而監(jiān)控中心的市政管理人員通過(guò)登錄Web系統(tǒng)及時(shí)了解巡查和養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)信息,便于對(duì)巡查和養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管,對(duì)發(fā)現(xiàn)的排水管網(wǎng)問(wèn)題進(jìn)行人員的科學(xué)調(diào)度。通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)管實(shí)現(xiàn)了巡檢養(yǎng)護(hù)工作的高效執(zhí)行,降低了管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)的成本,提高了人員對(duì)緊急事件的響應(yīng)速度,保障了管網(wǎng)的安全高效運(yùn)行。

        3.3 輔助決策分析

        GIS強(qiáng)大的空間分析功能完全依賴于地理空間數(shù)據(jù)庫(kù),排水管網(wǎng)完整的數(shù)據(jù)體系為查詢分析、緩沖區(qū)分析、拓?fù)浞治鎏峁┝藦?qiáng)大的支撐,通過(guò)深層次的信息挖掘,解決用戶關(guān)心的涉及地理空間的實(shí)際問(wèn)題,為排水管線規(guī)劃、城市建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)等提供輔助決策分析的合理性建議數(shù)據(jù)。

        管線規(guī)劃部門通過(guò)在限定排水管線的布設(shè)界限,可輕松獲取一個(gè)排水管線埋設(shè)的建議方案,以輔助設(shè)計(jì);道路改擴(kuò)建或小區(qū)拆遷時(shí),以道路改擴(kuò)建區(qū)域或拆遷區(qū)域作為緩沖區(qū)進(jìn)行分析計(jì)算,可以得出其影響的地下排水管線情況;當(dāng)發(fā)生爆管事故時(shí),排水部門不僅關(guān)心爆管的具體位置,更關(guān)心所處位置與周圍環(huán)境之間的關(guān)系,通過(guò)對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行連通性分析,從事故點(diǎn)追溯到控制此事故發(fā)生管段的閥門設(shè)施,并可進(jìn)一步追蹤這些閥門所控制的影響區(qū)域,為維修、搶險(xiǎn)等提供決策支持。

        3.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提高應(yīng)急處置能力

        城市排水管網(wǎng)承擔(dān)著收集輸送污水和天然降水的功能,排水管理信息系統(tǒng)能夠充分整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源、硬件網(wǎng)絡(luò)資源,實(shí)現(xiàn)資源的高效節(jié)約。以在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),充分利用管網(wǎng)水力計(jì)算模型及其他有關(guān)模型,結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)管理和空間分析能力,對(duì)管網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析評(píng)估,為管網(wǎng)的日常維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。當(dāng)流量、流速、液位或壓力等運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常甚至超出警戒值時(shí),市政管理人員可快速反應(yīng)、快速診斷、快速行動(dòng),提高對(duì)管網(wǎng)突發(fā)緊急事件的處理能力,保障公共利益和人民生命財(cái)產(chǎn)安全,保證排水設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)[7]。

        目前國(guó)內(nèi)部分城市仍采用傳統(tǒng)手段對(duì)中水站、排水泵站、排水管線進(jìn)行監(jiān)控管理,無(wú)法全面實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)采集和動(dòng)態(tài)監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將為解決排水管網(wǎng)缺乏全面、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)信息提供重要的監(jiān)測(cè)和傳輸手段[8]。建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng),充分利用各種傳感器設(shè)備、無(wú)線通訊、GIS和數(shù)學(xué)模型分析等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)感知,是未來(lái)排水管網(wǎng)系統(tǒng)科學(xué)化管理的重要發(fā)展方向。

        3.5 排水情景模擬和預(yù)測(cè)

        城市下墊面的非滲透面積隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展急劇增加,城市內(nèi)澇等事故頻繁發(fā)生,給城市排水系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。排水管網(wǎng)系統(tǒng)在排水模型的支持下,結(jié)合現(xiàn)狀地形數(shù)據(jù),通過(guò)分析排水管線重要數(shù)據(jù)(水深、流速、流量、降雨量、徑流量等)和管線數(shù)據(jù)中的每個(gè)要素(節(jié)點(diǎn)、管線和匯水區(qū)),科學(xué)計(jì)算并模擬城市地下排水管線的實(shí)際運(yùn)行情況。排水模型的強(qiáng)大功能還在于通過(guò)模擬一定降雨條件下城市排水的演進(jìn)情況,發(fā)現(xiàn)排水的薄弱點(diǎn)和可能溢水的檢查井,預(yù)測(cè)將會(huì)出現(xiàn)積水或發(fā)生洪災(zāi)的地點(diǎn),甚至積水開(kāi)始時(shí)間和積水退去時(shí)間等,為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)制定減災(zāi)決策、快速開(kāi)展搶險(xiǎn)工作提供依據(jù)和參考,為市民合理防御暴雨災(zāi)害爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間[9]。

        4 結(jié)語(yǔ)

        排水管線作為城市重要的地下基礎(chǔ)設(shè)施之一,其重要地位和作用已經(jīng)被廣泛重視和認(rèn)可??茖W(xué)管理好排水管線信息是城市規(guī)劃建設(shè)的需要,是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要,是人民安居樂(lè)業(yè)的需要。無(wú)論是從加強(qiáng)排水設(shè)施的科學(xué)管理、提高工作效率的角度,還是從提升城市規(guī)劃的水平、提高排水事故應(yīng)急處置能力和災(zāi)情預(yù)警的角度,排水管線管理信息系統(tǒng)在市政管理中所發(fā)揮的重要作用都顯而易見(jiàn)。伴隨著信息技術(shù)、物流網(wǎng)技術(shù)等智能化手段的發(fā)展和應(yīng)用,建立在依靠科技進(jìn)步、加強(qiáng)科學(xué)管理基礎(chǔ)上的城市排水管網(wǎng)將更好地服務(wù)城市,保障城市的可持續(xù)發(fā)展。

        [1]姜中橋,許利峰,陳明琪.加快城市綜合地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)提高城市綜合地下管線信息管理和應(yīng)用水平[J].建設(shè)科技,2013(13):70~71,75.

        [2]凌偉.市政地下管線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與原型實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2006.

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        [4]朱順痣.基于Geodatabase城市綜合地下管線管理系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[D].廈門:廈門大學(xué),2007.

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        [8]趙冬泉,王浩正,盛政等.數(shù)字排水技術(shù)研究與應(yīng)用(十二)——數(shù)字排水模式的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用展望[J].給水排水動(dòng)態(tài),2010(6):18~21.

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