GIS技术在供水系统中的应用与发展

《GIS技术在供水系统中的应用与发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GIS技术在供水系统中的应用与发展（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1GIS 技术在供水系统中的应用与发展摘要：介绍了 GIS 技术的组成、发展及产业化，论述了 GIS 应用于供水系统规划设计、运行管理的现状和发展前景，以及深度开发专业性 GIS 及提高其应用水平的途径。 关键词：地理信息系统 图形数据管理 供水系统 gis 1 GIS 技术发展概况 在新兴的信息产业中，GIS(Geographic Information System,地理信息系统)作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学及相关学科等为一 体的新兴边缘学科，近 30 年来迅速兴起。GIS 将计算机技术和空间地理分布数据相结合，通过系统建立、空间操作与模型分

2、析，为地球科学、环境科学和工程设计、乃至企业管理等方面的规划、管理和决策提供有用的信息。目前 GIS 在国内外应用领域已相当广泛，不但成功地应用于测绘、制图、资源和环境等领域，而且已成为城市规划、公共设施管理、工程建设等的重要工具，此外GIS 还进入了军事战略分析与决策、商务策划、文教卫生乃至人们日常活动的各种领域中。据估计，人类活动 80%的信息量与地理信息系统密切相关，因此 GIS开发和应用的前途和容量是不可限量的。目前 GIS 被认为是 21 世纪支柱性产业，是信息产业的重要组成部分。 “九五”期间国家科技部已将 GIS 列为“重中之重”的项目，并重点支持发展我国的 GIS 产业。 自

3、20 世纪 60 年代加拿大 Tomlison 博士提出地理信息系统的概念以后，在 602年代中期加拿大首次建立了 CGIS。于 70 年代开始，美国推出了两个著名的 GIS：即美国环境系统研究所(ESRI) 开发的 ARC/INFO 和美国商业部人口普查局开发的 TIGER 系统。这两个 GIS 系统提出的关于地理 信息的组织方式，对 GIS 发展产生了深远的影响。经过 30 多年、几个阶段的发展，数据库的结构设计、空间数据的处理与分析及 GIS 通用软件等都已发展成为较成熟的理论体系。特别是 80年代以来，GIS 软件的商品化已在全世界全面展开，先后出现了闻名于世的 ARC /INFO、S

4、YSTEM9、INTERGRAPH、GENAMAP 等大型 GIS 软件及SPAM、ILWIS、MAPINFO、ATLA S 等中小型软件。这些软件都已在土地评价、土壤侵蚀控制、水资源调查与管理、社会经济规 划、灾害评估以及野生动植物保护等方面得到广泛应用。 我国的 GIS 发展较欧美先进国家起步约晚 15 年左右，但发展速度并不很慢。1994 年 9 月，我国国家测绘总局与美国 ARC/INFO 总部签定了合作的 ARC CHINA 计划。1997 年国家环保局用世界 银行技援项目“中国省级环境信息系统建设”，在我国 27 个省建立了省级环境信息中心。仅以 GIS 在城市方面的应用就有城市自

5、来水、城市煤气、城市规划、城市地下管线、城市环境、城市道路、城市土地等不胜枚举，至于其他各方面的应用诸如环境监测、水土流失、矿产资源、投资评价等更是屡见不鲜。所有这些都标志着 GIS 在我国的成长与发展。 目前，新一代的 GIS 软件技术即 ComGIS(Components GIS,组件式 GIS)和 WebGIS(Word Wid e Web GIS,万维网 GIS)已迅速兴起。ComGIS 将 GIS 的各大功能模块划分为几个控件，根据用户需要，将实现各种功能的控件集成，即构成了 GIS 应用系统。ComGIS 与传统的 GIS 相比，其优势在于它不依赖于某一种开发语言，便能嵌入到通用的

6、开发环境(如：Visual Basic、De lphi 等)中实现 GIS 功能；或将其他软件功能(包括由高级语言如 C+、FORTRAN 开发 的其他专 业性模型)引3入到 GIS 中，使软件的可配置性、可扩展性和开发性更强，更易于 GIS 的推广应用。而 WebGIS 是 Internet 技术与 GIS 相结合的产物，是利用 WWW 技术对传统GIS 的改造和发展 ，目前尚处于试验研究阶段，其最终目标是通过 WWW 使得GIS 成为大众使用的技术和工具，即在 WWW 任意一个节点上的 Internet 用户都可以浏览检索 Web GIS 上的各种空间信息，进行各种空间分析与预测、空间推理

7、和决策等，从而使 GIS 进入千家万户。因此，ComGIS 和 WebGIS 被视为当今GIS 技术的重要发展方向。 2 GIS 在供水系统中的应用与发展 目前，GIS 在国内供水系统中的应用集中在输配水管网的日常管理中，如上海、深圳、唐山 等城市。天津大学环境工程系也曾根据供水企业的要求，先后以北京大学的 Citystar 和中国 地质大学(武汉)的 MAPGIS 为软件开发平台，建立了城市供水管网管理系统，实现了供水管网 图形数据和属性数据的计算机录入、修改；对管线及各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析；对各类图形(包括管线的横断面图和纵断面图)及统计分析报表显示和输出

8、；除此之外，还为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案及相关信息，从而基本实现了供水管网的信息化管理。通过 GIS 的集成，使管网图形库、属性数据库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效，而且易于动态更新，从而大大提高了管网管理工作的效率和质量。 当然，GIS 应用于供水系统所产生的功效还远不止于此。就 GIS 本身而言，对空间数据的管理只是最基本的功能，而更深刻的内涵在于 GIS 的空间分析、模型分析所产生的信息，能够对 自然过程或决策方案进行模拟和趋势预测，以便从中4选择最优方案，避免管理和决策的失误。 因此，GIS 在供水系统中的应用，就不能仅仅作为一个图形库和数据库只是停留在管网

9、日 常管理的水平上，还应该利用 GIS 分析、模拟与预测的强大功能，与专业理论、方法相结合，进行深度开发，为管网规划设计、建设施工、各种运行状态下的优化调度以及事故抢修等提供决策支持。 目前我国大、中城市管网更新改造的任务逐年加大，迫切需求实用的管网水力分析及扩建改造优化设计的软件系统。然而，尽管近年来有关管网优化设计理论和方法的研究日趋成熟 ，但其应用并不广泛，究其原因就在于优化模型的建立及其解法与编程，对于部分设计人员来讲难度较大，尤其是扩建、改造方面的优化，不仅涉及的问题比较复杂，而且往往需要庞大的数据量。而解决这一难题的有效办法就是将管网计算理论、系统优化理论与 GIS 相结合 ，凭藉

10、 GIS 强大的空间数据管理功能，利用 GIS 上的实际管网图构造出管网计算图形，并从 GI S 的属性数据库中提取有关数据，通过编制计算程序，进行管网水力工况分析。在此基础上再将 GIS 的网络分析与优化模型的建立及求解融合在一起，建立一个管网扩建、改造优化的 辅助设计系统。这样不仅将优化设计的思想、方法渗透到管网建设中，有利于城市供水管网 的合理布局与科学调整，为日后管网的优化调度奠定良好的基础；而且通过 GIS 将管网大量 的基础数据、水力分析计算、优化设计计算以及设计方案输出等集成为易于操作的专业软件 ，为设计人员的实际应用提供了极大方便。 设计优化的最终目的是运行优化。一个大型、复杂

11、的管网做到安全可靠、经济合理的运行并非易事。从长远目标来看，根据可靠、准确的管网运行资料，建立管网数学模型，并据此对 管网运行工况进行动态模拟，是实现管网优化运行的必经之路。而在管网建模过程中，GIS 以其独特的优势，将作为对管网运行实施信息模5拟不可替代的工具。在 GIS 的支持下，管网的结构参数和状态参数融为一体，可以利用 GIS 数字高程模型，模拟管网水压分布状态， 并以二维或三维图形直观显示；也可以在多水源管网中寻求管网内供水分界线的变化规律，以合理设置供水分界地带的测压点，并确定各测压点之间的相关关系，为优化调度提供决 策依据。此外，GIS 的空间分析、网络分析还可用于管道施工、管网

12、维修预案和管网事故抢修决策等 方面。如在管网建设施工中，利用 GIS 的缓冲区(Buffer)模型，对将要敷设的管道进行缓冲区分析，并将计算出的缓冲区与数字高程模型迭加，计算其工程土方量。又如在未来的管网事故紧急抢修时，可以采用 GIS 与 GPS 相结合，一方面通过 GPS 系统准确获取抢修车的地面位置和路网交通状况，并将数据实时传送给 GIS，计算最短行车路线；另一方面利用 GIS 的关阀搜索、管网状态仿真模型，快速分析事故的影响范围和影响程度，模拟管网动态变化，以便调度管网有关设施，确保供水服务质量。显然与传统的事故处理相比，上述技术方案充分 显示出现代信息技术高效率的优势。 以上列举的

13、各项只是 GIS 在输配水系统中的部分应用，实际上 GIS 在供水系统中还可用于水资 源规划与管理、地面水水质模型、地下水水质保护以及 GIS 结合专家系统实现供水系统区域优化等众多领域1、2，并将日益发挥更大的功效。 GIS 在供水系统中进一步开发应用的前景十分广阔。而跟踪 GIS 技术的发展，选择一个成熟、 优秀的 GIS 平台，对于许多用户来说则是至关重要的。目前，虽然国际上已推出了许多优秀的 GIS 工具软件，但使用国内自行开发的 GIS 工具软件具有明显的优势，不仅有较高的性能价格比，有汉字功能，而且便于系统的维护和升级。近年来国产 GIS 软件中，比较著名的有北京大学的 Citys

14、tar 和中国地质大学(武汉)的 MAPGIS，前者在实现 3S 技术(GIS、RS、GPS)一 体化方面较为出6色；后者在图形处理、空间分析及用户界面等方面更胜一筹，二者已被许多用户选为基础平台进行二次开发，并在用户使用与开发者研制的过程中日趋完善。 3 结束语 GIS 作为世界性的高科技领域学科和技术体系已渗透到各行各业，而随之建立的各专业性的 GIS 软件所要解决的问题是专业性不够强，尤其是高层次的应用模型很少，而这在很大程上决定了 GIS 实用性的优劣与成败。当然 GIS 在各专业的综合、深化应用，首先要取决于地 理信息建模系统(Geographic Information Model

15、ling System)的完善和支持，但同时更需 要专业人员的积极参与，尤其是在新一代组件式 GIS 的开发研制中，这样才能不断拓宽 GIS 在 本专业的应用范围，提高应用水平，使其由一个偏重于信息采集、管理、统计分析与处理的技术系统，逐渐发展成为功能强大的决策支持系统或专家系统，在未来的信息时代发挥更大的作用。 参考文献： 1 Daene C Mckinney,David R Maidment,Mustafa Tanriverdi.Expert Geogra phic Information System for Texas Water PlanningJ.Journal of Water Resources Planning And Management,1993,119(2). 2Carol P Baker,Margaret Dein Bradley,Sofia M Kaczor Bobiak. Wellhead Protection Area Delineation:Linking Flow Model with GISJ.Journal of Water R esources Planning And Management,1993,119(2).