蔣 珂 ，王 萍

（常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213025）

伴隨城市的高速發(fā)展，地下排水管網(wǎng)的覆蓋范圍日益擴(kuò)大，我國(guó)的排水管網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)各類老化問(wèn)題。改造工程基本上是一些事后補(bǔ)救方案，方案的設(shè)計(jì)缺乏合理的分析方法和手段，采用當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)勘查和靜態(tài)數(shù)據(jù)分析對(duì)于識(shí)別合流管網(wǎng)排水性能問(wèn)題和制訂新的改造方案，存在較大偏差，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)也難以解決整個(gè)排水管網(wǎng)的實(shí)際困難。再者，改造方案缺乏有效的評(píng)估措施，有一定的局限性，改造區(qū)域不能精準(zhǔn)定位，容易發(fā)生“哪里堵改造哪里”的現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)改造方案的最優(yōu)化[1]。通過(guò)基于GIS的合流管網(wǎng)全流程管理系統(tǒng)，找尋可依賴的分析依據(jù)和方法，可以有效解決合流管網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際困難。

1 決策支持系統(tǒng)的基本框架

地理信息系統(tǒng)（GIS）目前的功能仍停留在數(shù)據(jù)的檢索和查詢，或是簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)上，難以進(jìn)行深入分析，對(duì)復(fù)雜空間問(wèn)題的分析與決策都比較弱。而決策支持系統(tǒng)（DSS）雖然有較強(qiáng)的模型分析優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于較為直觀的對(duì)象空間信息分布及空間位置的分析功能有所欠缺，無(wú)法將可視化的圖形或數(shù)據(jù)的形式快速準(zhǔn)確地呈現(xiàn)在管理者面前[2]。將GIS和DSS有機(jī)結(jié)合成一個(gè)系統(tǒng)，將決策支持架構(gòu)在GIS空間和屬性數(shù)據(jù)上，通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)的鏈接不僅能實(shí)現(xiàn)顯示、查詢和分析的功能，而且能夠給決策者提供直觀的信息服務(wù)和決策支持的功能。此系統(tǒng)既增強(qiáng)了決策方案的可行性，又提高了管網(wǎng)運(yùn)行的效率，基于GIS上的決策支持系統(tǒng)的基本框架如圖1所示。

圖1 基于GIS的決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

由于管網(wǎng)改造方案的設(shè)計(jì)與評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的、專業(yè)化的過(guò)程，污水管網(wǎng)系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)和評(píng)估過(guò)程分為管網(wǎng)現(xiàn)狀分析、管網(wǎng)問(wèn)題采集、改造方案設(shè)計(jì)和改造方案評(píng)估四個(gè)階段[3]。首先，通過(guò)管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬采集現(xiàn)狀管網(wǎng)中出現(xiàn)的問(wèn)題；其次，具體分析管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，找到發(fā)生問(wèn)題的相應(yīng)位置和原因；再次，利用系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和數(shù)字一體化功能，形成有效的改造設(shè)計(jì)方案，同時(shí)由計(jì)算機(jī)生成改造后的數(shù)據(jù)模型，與改造前的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比；最后，對(duì)改造后管網(wǎng)的運(yùn)作流程和可行性進(jìn)行評(píng)估，且根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)改造方案作進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整。

2 城市合流管網(wǎng)污染物排放監(jiān)測(cè)管理

污染物的超標(biāo)排放，會(huì)惡化河流等自然水體的水質(zhì)，危及其下游及周邊區(qū)域。因此，需要對(duì)污染物排放進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，安裝在泵站、閘站、溢流井等管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的監(jiān)控設(shè)備，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫、溶解氧、pH、鹽度、渾濁度、亞硝酸鹽、水位、流速、流量等水質(zhì)水量參數(shù)，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別出異常參數(shù)，并配合下游管道破裂和檢查井溢流的分析結(jié)果判斷事故的影響范圍[4]。評(píng)估分析模塊可提供污染物排放跟蹤管理器、上下游管網(wǎng)分析、節(jié)點(diǎn)水深、管線充滿度、管道流速專題圖顯示等功能。

3 合流管網(wǎng)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)與預(yù)警管理

在合流管網(wǎng)的全流程范圍內(nèi)，通過(guò)水質(zhì)、水量變化的虛擬仿真研究，進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備的優(yōu)化布局，分析建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、在線分析、優(yōu)化與預(yù)測(cè)等過(guò)程，構(gòu)建合流管網(wǎng)系統(tǒng)的全流程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和預(yù)警系統(tǒng)。排水管網(wǎng)水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，該子系統(tǒng)可依托排水管網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一調(diào)用基礎(chǔ)平臺(tái)來(lái)提供錄入、修改、查詢和分析等功能，并充分利用在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)和模型模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及相關(guān)設(shè)施的可視化信息管理。在泵站、閘站、溢流井等管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處安裝的監(jiān)控設(shè)備，可監(jiān)測(cè)水溫、溶解氧、pH、鹽度、渾濁度、COD、氨氮、總磷、水位、流速、流量等管網(wǎng)水質(zhì)水量參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)裝配一臺(tái)工業(yè)監(jiān)控終端，該機(jī)配置了GPRS調(diào)制解調(diào)器，可無(wú)線訪問(wèn)區(qū)域監(jiān)控服務(wù)器，上報(bào)各項(xiàng)實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)，接收各項(xiàng)操作控制指令。工業(yè)終端利用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線與各檢測(cè)儀器、PLC等執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行通信。基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)能對(duì)檢查井、排水管網(wǎng)及相關(guān)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，并對(duì)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的各類異常情況進(jìn)行報(bào)警和預(yù)警。

圖2 排水管網(wǎng)水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4 城市合流管網(wǎng)維護(hù)管理系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)主界面

城市合流管網(wǎng)管理系統(tǒng)的主界面采用的是基于Windows風(fēng)格的菜單式界面設(shè)計(jì)，如圖3所示。菜單式界面將系統(tǒng)各功能按層次分布在菜單中，通過(guò)選擇其中某項(xiàng)菜單命令執(zhí)行用戶需要的操作，來(lái)完成對(duì)城市合流管網(wǎng)維護(hù)管理等操作。

圖3 城市合流管網(wǎng)管理系統(tǒng)主界面圖

4.2 系統(tǒng)菜單

4.2.1 一級(jí)菜單

用戶利用本系統(tǒng)可方便地對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行日常的管理工作，系統(tǒng)一級(jí)菜單分為“系統(tǒng)管理”“視圖”“數(shù)據(jù)輸入”“數(shù)據(jù)管理”“查詢統(tǒng)計(jì)”“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)分析”“站點(diǎn)管理”“幫助”9項(xiàng)。

4.2.2 下拉菜單

系統(tǒng)“系統(tǒng)管理”“視圖”“數(shù)據(jù)輸入”“數(shù)據(jù)管理”“查詢統(tǒng)計(jì)”“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”“數(shù)據(jù)分析”“站點(diǎn)管理”“幫助”9項(xiàng)下拉菜單及功能描述如下。

“系統(tǒng)管理”菜單名稱和功能如表1所示。

表1 系統(tǒng)管理菜單

“視圖”菜單名稱和功能如表2所示。

表2 視圖菜單

“數(shù)據(jù)輸入”菜單系統(tǒng)可以將管段、檢查井、泵站、水質(zhì)數(shù)據(jù)等以表格形式輸入其中，輸入內(nèi)容直接寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，再與圖形數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。

“數(shù)據(jù)管理”菜單名稱和功能如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)管理菜單

“查詢統(tǒng)計(jì)”菜單名稱和功能如表4所示。

表4 查詢統(tǒng)計(jì)菜單

“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”菜單名稱和功能如表5所示。

表5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)菜單

“數(shù)據(jù)分析”菜單名稱和功能如表6所示。

表6 數(shù)據(jù)分析菜單

“站點(diǎn)管理”菜單名稱和功能如表7所示。

表7 站點(diǎn)管理菜單

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)針對(duì)示范區(qū)域開(kāi)展研究工作，以污染物減排為目的，基于GIS構(gòu)建合流管網(wǎng)全流程監(jiān)控技術(shù)體系。重點(diǎn)研究改造后合流管網(wǎng)水質(zhì)和流量的監(jiān)控，對(duì)污染物排放采取預(yù)警措施，同時(shí)對(duì)雨污水管道現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決負(fù)荷過(guò)重、管道堵塞等問(wèn)題。合流管網(wǎng)全流程管理系統(tǒng)采用了有效的信息化技術(shù)和手段，搭建了集對(duì)象空間和屬性數(shù)據(jù)的信息平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了具有業(yè)務(wù)處理和專業(yè)分析模塊的排水管網(wǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)，最終形成了一個(gè)有效動(dòng)態(tài)管理、系統(tǒng)自行決策分析、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)、能對(duì)合流管網(wǎng)系統(tǒng)所有設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控的合流管網(wǎng)全流程監(jiān)控管理平臺(tái)。