智慧水务供水管网远程监测系统建设方案

建设方案建设方案1.1建设目标2.1数据建库需求2.1.1现状分析长泰县的供水管网数据现有，城市区大口径（D73.232公里，以及基础背景矢量图采集1:DN901120.67DN10010820.09DN1507472.25DN20014122.74DN25015557.85DN300153.17DN4005985.8273232.622.1.1管网监测点布置遵循的原则布置点分布图DN1006DN1508DN2006DN2508DN4005332.2系统功能需求为供水调度工作提供数据依据，保障供水压力平衡、流量稳定和水质安全；如2.3信息安全需求必须具有高度的安全性。系统安全包括两个方面：物理安全和逻辑安全。物理安全指系统设备及相关设施受到物理保护，免于破坏、丢失等。逻辑安全包括信息完整性、保密性和可用性。完整性指信息不会被非授权修改及信息保持一致性等；保密性指高级别信息在授权情况下流向低级别的客体与主体；可用性理性、安全完备性、可扩展性和专业性原则，参考目前国内、国际有关网络安全的专业规范和相关的安全标准，针对“多层次、多方面、立体的系统安全”架3项目整体设计3.1系统设计原则管网信息的日常工作对它的依赖性将会非常大，充分考虑系统的可靠性，用考虑到在用户的管理水平和信息技术应用水平进一步先进性，功能结构尽可能达到最佳。对于工程的实施，也要按现代软件工程和3.2系统设计方法本系统的设计在框架结构设计的基础上采用面向对象的技术。面向对象分析与设计技术在二十世纪七十年代就已出现，经历了近四十年的发展，已成为一种十分成熟的技术。它强调直接以现实世界中的事物为中心来思考问题、认识问题，并根据这些事物的本质特征，把它们抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本构成组件，可以使系统直接地映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面貌。它既继承了结构化开发中的合理部分，又克服了其在软件开发中造成的弊病。实践已充分证明面向对象技术是当今开发大规模软件与结构化分析设计技术比较，面向对象技术则更加强调运用人类在日常的逻辑思维中经常采用的思想方法与原则，例如抽象、分类、继承、聚合、封装等等。这使得软件开发者能更有效地思考问题，并以其他人也能看得懂的方式3.3开发工具和开发环境的选择服务器是整个系统的核心，从系统的稳定性、可靠性3.4系统体系结构设计载管理中心各职能部门监控管理打印机UPS电源服务器投影仪水司局域网计算机通讯平台INTERNETGPRS监测终端压力或流量计PH值、浊度、余氯等噪声记录仪服务器INTERNET服务器区交换机核心交换机防火墙服务器区防火墙车载GPS单向服务器INTERNET服务器区交换机核心交换机防火墙服务器区防火墙车载GPS单向3.5数据保密安全设计结合等级保护、BMB-17和BMBSCADA网络SCADA网络用户终端区数据库服务器存储阵列应用服务器数据库服务器管线系统手持GPS应用服务器规管系统备份服务器备份系统4数据库设计4.1总体设计供水地下管网数据库的建立，是将基础地形数据库及供水管网数据库通过整理、处理、建库、质检等一系列过程，按照统一的数据标准及规范体系，集中到统一平台，形成长泰县的两大子库体，城市基础地形数据库和供水管网数据库，从而为更好的管理城市工程管网数据提供强大的数据来源，为城市供水供水地下管网数据库采用集中式存储的方式，即管网数据与地形图数据集中存储、几何图形和属性数据集中存储。数据库是基于目前比较流行的商业化进行设计的。在数据库设计过程中，应充分考虑建库完成后的数据更新机制，确保数据库中的数据能实时进行更新升级。本次项目分为两大库体：城市基础数据库通过ArcSDE数据库接口存放在GeoData4.2空间数据库设计空间数据库设计的合理性，将直接影响到整个数据库的管理方式、读取效率、使用性能等。地下管线空间数据库是在充分考虑源数据的内容、精度的基础上，结合信息系统建设需求和数据特点进行设计的。存储的方式，即管网数据与地形图数据集中存储、几储。数据库是基于目前比较流行的商业化数据库Oracle作为数据存储平台，以充分考虑建库完成后的数据更新机制，确保数据库中的数据能实时进行更新升4.2.1数学基础设计基础空间数据和地下管网数据的坐标系统及高程基础保持一致，使二者能4.2.2数据管理模型设计数据管理模型采用目前比较先进的GeoDatabase空间数据是一种开放的、面向对象的、多用户、空间无缝的数据组织管理模型。该模型将空间数据按照其空间关系特点和几何形状类型进行存储，支持长事务处理和4.2.3数据组织设计数据采用连续无缝的要素类（即数据层）方式存储，并将专业管网数据和供水管网数据集存储从管线权属单位获取的专业管网数据，各管网数据要素集中分别包括管线现状数据和管线历史数据，这些数据按管线类型和要素几地形图数据要素集中，则按照要素类型（国家标准分类）和几何类型分别…管线空间数据库地形数据集…供水管线数据集图4.1管线空间数据库结构4.3数据结构设计4.3.1基础地形数据结构设计字化规范》的分层要求，再根据要素的几何类型进行细分层，根据实际应用需牌信息；设置Anno图层，用于存储所有的注记数据，通过设置属性来区分其4.3.2供水管网数据结构设计与自来水公司专业人员讨论建立供水地下管线信息化的部分标准规范。因此，原则上管网数据结构设计应严格遵循相关标准表4-1：管网数据分层设计NO图层名称1JSLine给水管线段属性数据表2JSPoint管线点属性数据表管线类别属性名称给水JSPOINT1图上点号△2物探点号△3管线点编码△4特征△5附属物△6型号△7规格△8材质△9井底深x坐标△y坐标△角度△地面高程△管理单位△建设年代△点符号编码△道路名称△图幅号△图元标识码△管线类别属性名称给水JSLINE1管线子类△2管线编码△3起始物探点号△4终止物探点号△5起始埋深△6终止埋深△7埋设方式△8材质△9管径/断面尺寸△接口形式△压力△流向管理单位△建设年代△20管线段号△21线型码△22道路名称△23图元标识码△4.4配置数据结构设计的控制数据、显示配置数据和数据之间的关系。系统数据结构设计严格按照一4.4.1结构原则户可任意创建和修改。用此种方法录入的信息，录入的信息与选择列表不存在4.4.2命名原则4.4.3数据结构下面，根据系统的一般功能需求，例举在系统设计过程中可能的数据表结构样式。实际的表结构设计，将会在进行完详细的系统调研和需求分析后组织表4-2：NNUPIS_USERS：No字段名字段类型字段宽度1ID文本用户的ID2NAME文本50用户的名字3PASSWORD文本50用户的密码4SEX文本1用户的性别5DESCRIPT文本200用户的描述6UNIT文本50用户所在的单位7DEPARTMENT文本50用户所在的部门8PARENT_ID文本用户所属角色的标9CREATE_TIME记录创建时间表4-3：NNUPIS_USERGROUP：No字段名字段类型字段宽度1ID文本角色的ID号2NAME文本50角色的名字3DESCRIPT文本200用户的描述4CREATE_TIME记录创建时间表4-4：NNUPIS_PURVIEW：No字段名字段类型字段宽度1ID文本ID号2USER_ID文本用户的ID号3USERGROUP_ID文本角色的ID号4RESIDE文本1所属子系统5PURVIEW_ID文本50权限的ID号6PURVIEW_LEVEL数值1权限的级别7CREATE_TIME记录创建时间5数据处理与入库5.1任务概述数据建库工作的主要任务是以“数字准，情况明，责任清”为宗泰县的现有的供水地下管网数据进行检查、处理、入库。对基础参考数据（基式、图例、统一数据分类和编码标准的供水管网数据库。为今后城市信息化建5.2技术路线件相结合，对原始数据进行检查、编辑、修改等处理。根据系统数据需求进行数据库设计，并按照设计要求进行数据处理、属性提取、拓扑关系建立等一系列工作，最终建成集管网数据与基础地形数据、空间数据和非空间数据为一体5.3建库流程供水地下管线系统数据建库是将公司现有的供水地下管线现有的成果输入数据库，并进行数据预处理、检查、纠错和处理，形成具有拓扑关系的地下管线点数据表和线数据表。一般而言，一个城市的供水地下管网数据量大，涉及的数据项也多，数据预处理工序比较复杂。在数据建库过程中主要的流程有：依据测量的原始记录进行数据库结构设计；入库的数据检查，以确保入库的数据与现场探测的数据一致；经过软件检查出的数据错误原始数据不合格入库检查合格数据建库规范地形图相关国家标准规范数据处理作业规范原始数据不合格入库检查合格数据建库规范地形图相关国家标准规范数据处理作业规范现场进行复核，并将复核结果在数据库中改正；技术规程技术规程数据分析数据分析管线数据标准管线数据标准合格合格管线数据处理管线数据处理管线成图管线成图数据整合质量检查分层整理属性整理地形图数据处理分层整理属性整理地形图数据处理要素整理要素整理提取拓扑检查拓扑检查修正数据入库应用供水地下管网应用空间数据库图5.1数据建库流程图5.3.1供水管网数据处理流程管线CAD数据逻辑检查主要是为了在生成管线图形之前保证数据的准确性、正确性，是管网数据建库的基础工作。逻辑检查的内容主要包括数据类型检查、数据逻辑性检查、表属性结构检查、数据填写规范等，例如：供水管线CAD数据及属性字段类型是否按规范要求进行设置；管图幅范围内；数据填写是否符合规范的要求表结构检查；管线点号、管线段编码的唯一性检查；管线拓扑关系检查；重复记录检查；孤立管线点检查等等。对于检查不通过的成果数据将反馈给相关探测过程序实现自动检查是可望而不可及的。因此，为须建立相应的拓扑关系，包括供水管网的网5.3.2数据入库5.3.3地图整饰管网数据和基础地形数据入库完成后，为使其整体美观、便于应用，达到最佳的视觉效果，必须对它们进行符号化处理以及叠加显示、动态标注、分级对于符号化，可采用动态符号化的方式，即采用符号库中的各符号与地理空间的各类要素的某个属性（该属性必须能确保唯一）相对应，通过系统功能进行链接控制实现动态符号化。在技术设计时，应根据相关图示规范建立相应叠加显示是对数据库中所有图层的上下关系进行合理的排序，避免发生地动态标注是为了提高系统的运行速度，提高地图显示的整洁性而采用的一不同显示比例尺下所能承载的地理信息量是有限的，一旦超出其承载量，将使地图要素无法看清或无法分辩，使其应用效果大打折扣。为此，采用分级5.4供水管网数据动态更新城市建设的迅速发展带来地下管线不断变化，地下管线不同于地面建筑，敷设覆土后就难以直接了解其详细情况，为此只有实行管线竣工测量，实现管线动态管理，才能保证管网数据的现势性和准确性。由于供水管网项目工程周期较长，管线探测过的区域可能会出现新建管线，如果等工程完成以后再实行竣工测量，就会形成管网数据空白。为此，应充分重视如何进行管线动态管理的课题，为项目完成后实现管网数据的动态更新奠定基础。数据的动态更新需要从行政法规及规章制度建设、管理体制建立以及项目实施过程中从技术层面5.4.1行政法规与规章制度建设供水地下管网动态更新管理的立法工作要经过一的时间。因此，在项目开展之初应把该项工作作为项5.4.2管理体制建立动态管理，建立相应的管理体制，对地下管线工作进5.4.3技术层面实现上述各项措施，只是为数据的动态更新提供了保证，最终还是要靠技术手段来实现。技术层面上，在供水地下管网数据库结构设计时，充分考虑地下管网数据动态更新管理的需要，通过增加新建管线与已建管线的连接信息字段，设计动态更新数据导入、审批、入库等一系列与动态更新业务流程相对应的系统功能，实现多种途径的供水管网数据的动态更新管理和管网数据的自动拼接6系统功能设计6.1供水管网地理信息系统（GIS）池、水塔等）空间位置信息、属性信息（如埋深、材质、年代、口径、连接、用途等）进行统一的数据管理，系统提供完整的数据管理功能，主要包括管网6.1.1管网数据管理功能系统提供完整的管网数据管理功能，用于实现供水管网数据的动态管理，系统功能主要包含：供水数据入库、数据管理、数据编辑录入、供水专题数据格式数据，并导入到空间数据库，同时可以按照用户任意选定的范围进行新旧替换；系统将根据转换数据的属性信息与中心数据库的图层数据进行匹配接边这一功能用于将通过检查的Excel成果表数据导入到临时库中，以等待系统管理员完成数据审批操作。系统将根据管线点的属性信息生成管线点的空间监理查错功能实现了对数据的查错处理，是对管线图形和属性数据进行全面检查，通过程序直接对数据中数据的完整性、规范性和逻辑性进行检查，对于管线图形数据，设计多种条件计算逻辑查错功能，使得能够快捷、明确地指图6.2监理查错条件设置示意图系统首先要在数据的完整性和规范性方面对要导入的数据进行检查，如果如果未发现错误，系统会把数据导入到数据库中的临时表中，以供系统进行第二阶段的检查：拓扑关系检查和一致性检查。拓扑关系检查将检查数据的拓扑数据是否完整和管线的连通性；而一致性属性和属性表中的数据是否一致。当上面的检查图6.3监理查错示意图数据管理工作将会贯穿数据导入至数据删除数据管理员将已通过监理查错后的管网数据导入到管线空间临时数据库中，生成临时空间数据，再通过数据合并功能将处理后的空间数据导入到图6.1空间数据入库示意图在数据更新入库时，由于新测量数据有可能与原有数据存在重复，可能出现重点重线，或者由于测量误差，本来相连接的管线没有接上。管线的自动接边是实现对管线的重点重线数据的空间拓扑关系的检查，在入库的过程中实现管线的自动接边处理，并可以对自定义的管线坐标接边容限值的处理，从而实现在入库时，对允许新入库的管网数据，在坐标接边容限值允许的范围内，实管线图幅接边处理管线图幅接边处理图6.2管线图幅接边处理示意图综合管线管理员对系统的数据库进行备份操作，可以备份整个数据库，也图6.3数据库备份示意图供水管网管理员对系统的数据库进行还原恢复操方式，为多个用户提供并发、安全、可靠的访问机对供水管网设备的图式符号进行调整，实现供水提供管线及管点的增加、管线及管点的修改、用户在编辑的过程中，不必对管点的物探点号和图上点号进行处理，也不必对管线的连接关系进行处理。系统的编辑功能将对管点的物探点号和指定图幅的图上点号，根据一定规则进行唯一性检查和处理，并对相关管线进行拓扑用户可以在权限控制范围内的图层中移动管线及管线点目标，设置某一类图6.4管线及管线点修改示意图管理员可以在权限控制范围内的图层中删除管线及管线点目标。系统根据管理员可以在权限控制范围内的图层中进行管线截断操作。用户在管线上选定一个截断点，系统可以将该管线由这一点截断成两个管线段，系统在管线为方便用户的管线编辑操作，系统实现了编辑时的管线点捕捉功能。通过设置一定的捕捉半径，用户可在编辑时迅速捕捉到要进行编辑操作的点或线的图6.5样式符号设置图6.6符号编辑供水专题数据输出系统将提供供水专题数据输出和打印两种方式，数据输出的范围可以由用系统提供划定矩形区域数据导出、划定任意区域数据导出、指定坐标区域数据导出、指定图幅区域数据导出、选择集区域数据导出、数据转换、矩形区管理员通过系统矩形选择工具，在地图窗口中划定矩形区域，并选择所要导出的管线或地形图图层和导出的数据格式，进行矩形区域的管线或地形图数图6.7数据导出示意图管理员通过系统多边形选择工具，在地图窗口中划定任意多边形区域，并选择所要导出的管线或地形图图层和导出的数据格式，进行任意区域的管线或管理员通过选择或输入指定的图幅号，并选择所要导出的管线或地形图图层和导出的数据格式，可进行指定图幅区域的管线用户通过选择工具或其它查询方法生成的选择集，并选择所要导出的管线或地形图图层和导出的数据格式，进行选择集区域的管线或地形图数据导出功图6.8转换示意图图6.9打印方式选择示意图用户可以通过扯旗工具在打印输出图上进行例显示等；并且可以根据需要打印输出范围图6.10管网数据打印输出示意图用户在权限范围内通过系统矩形选择工具，在地图窗口中划定矩形区域，并选择所要导出的管线或地形图图层和导出的数据格式，进行矩形区域的地图用户在权限范围内通过选择或输入指定的图幅号，可进行指定图幅区域的系统实现多媒体数据的存储和管理，提供取水口、水厂、阀门、水表、检查井、排污口等重要管网设施的现场照片等多媒体数据与该设施的空间数据关6.1.2管网设备管理功能施工、投运、维护、计划报废、报废等各阶段管线进行综在本系统数据库中，不同类型的设备靠其编码前的种类代码区分，并分别存放于不同的数据层中。系统中存储有各设备的历史管理信息，包括供水管道隐患提示、供水设施的检修记录及事故报告、抢修人员的出警记录、操作记录及故障历史、相关故障处理方法等，并提供这些信息的通过设置中心点位置和缓冲区半径，在某一特定区域内查找符合要求的管6.1.3管网日常管理功能针对供水管网段、阀门、检修井等管网设备，提供空间数据和属性信息间的双向查询功能，用户可以通过选中某一设备查看其属性信息，也可以通过选由图形到属性的查询方式，通过点击选择图形使该图形处于选中状态，高用户可以使用任意多边形选择工具选择在选用户输入要查询的图层和图幅号，系统根据图6.11按图号查询显示管线示意图用户选择图层类别和道路名，系统可进行模图6.12按道路名查询显示管线示意图用户输入要查询的图层类别和两条道路名，图6.13按交叉路口查询显示管线示意图用户可以根据所选择要查询的管线类别的属统计功能用于对供水管网设备的材质、管径等进行分类统计，统计结果能够输出，统计图形能以直方图，饼图等方式保存输出。参加统计的设备范围，统计的结果可以以Excel表格或专题图的形式输出。系统提供的专题图种类丰富，包括直方图、饼图、折线图等，并且每种专题图还可专门再定制，调图6.15统计结果示意图6.1.4管网维护功能通过在管网图上属性信息窗口，实现供水管载通过在管网图上的属性信息窗口的操作，实现供6.1.5应急处理功能针对给水管线爆管事故，提供具有针对性的分析功能，首先给出初步关阀方案，若存在阀门失灵等情况，可以进而生成二次关阀方案。同时，可以根据停水区域分析根据分析生成的关阀方案，可以进一步分析得到将会停水的区域，并在当图6.17停水区域分析用户可以使用本系统对供水管网事故的应急系统可以根据用户设定的参数，模拟管线事故的发生和应急处理工作。通过事故演练，可以发现现有应急预案的不足，及时修正预案，为今后的事故处在供水管网事故发生时，系统可以提供应急工作的指挥调度功能，根据当前事故情况，生成应急处置方案，并将调度方案发送至各应急车辆的车载终端6.1.6决策分析功能可以对供水管网所在位置进行横断面和纵断横剖面分析：管线管理员通过横剖面分析工具，在与管线的相纵剖面分析：具有权限的用户使用纵断面分析工具在图上选中需要分析的管线要素，系统会沿该管线方向生成剖面图，用于帮助用户了解该管线和道路可以通过水平净距和垂直净距的计算，判断垂直净距分析：通过系统选择工具选择管线上的某一点位根据当前位置，计算它敷设的指标数据，其中包含计水平净距分析：用户可以选中两条管线，系统可以通过计算得出两条管线通过空间分析，判断用户所选两管段间是否连通。若连通，则给出连通路针对火灾事故，根据事故发生点位置，通过设置最近距离检索或设置搜索数量，检索附件的消防栓，并可以查看各消防栓的属性信息，为火灾救援工作发生火警时，系统能够根据火警的具体地点寻找最近的消防栓，方便消防图6.19消防栓检索示意图管理人员可实时动态的在线模拟管网的运行状态，分析计算出各个管网节点或末梢管点的压力和瞬时流量。并可分析出各管段的实时水流方向。为供水管道系统通过实时采集的各个监测站点的瞬时流量，生成整个供水管网的模型数据，在已知各个管网节点的模拟分布瞬时流量，系统根据克里金插值算法，生成整个供水管网的流量等值线分布图。通过流量分布图，系统管理人员可以系统通过实时采集的各个监测站点的管道压力，生成整个供水管网的模型数据，在已知各个管网节点的模拟分布压力数据，系统根据克里金插值算法，生成整个供水管网的压力等值线分布图。通过压力分布图，系统管理人员可以6.1.8系统管理功能这一类功能可以帮助系统管理员对系统进行管理，主要包括用户管理和系在用户管理方面，可以实现用户资料的管理和用户权限的管理，这一功能系统配置管理可以从图层显示、信息标注、文件目录选择等方面完成系统系统管理员可以增加、修改、删除用户，设置用户的密码，可以设置用户所属角色。并可以在用户所属角色的权限范围图6.20用户管理示意图系统管理员可以管理用户组，并对用户组权限进行配置。打开用户组管理画面，显示已有用户组和权限配置清单树，可以对现有用户组进行权限重新配图6.21用户组管理对数据库的操作权限包括对象权限和功能权限两个系统管理员可以设定某一角色或用户对数据操作的权限，包括用户对权限提取工作是将系统的权限分为若干方面，每一方面又可分为若干权限范围。如数据库的访问权限可以分为数据层和区域范围两个方面，每一方面的权限范围又包括查看、编辑、分析等权限范围。权限分类结束后，根据系统用用户授权工作中，系统管理员按权限提取的一类进行批量授权。然后系统管理员可以对图6.22用户权限设置示意图图6.23修改密码示意图类查询，随时了解用户是在哪台计算机、用什么用户名登录到本系统并做了哪图6.25金字塔设置示意图进行标注、修改已有的图层标注、设置地图标注的显示图6.26图形信息标注示意图用户可设置导入文件默认目录、打开文件的6.2供水管网远程数据采集与监控系统（SCADA）数。各管网监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、流量、水质等实时数据，并将信息传输到自来水公司的调度中心，调度中心通过对传输回来的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时6.2.1监测信息查询功能为了能更加方便、直观的查看管网各监测点的实时数据信息。用户通过在本操作功能，如放大地图、缩小地图、前一视图、下一视图、漫游和全图显示系统每三分钟（可调）从各监测点获取最新的监测数据，并以列表的方式用户可通过查询功能，查询历史各时间点的监测数据，以及站点的告警信用户可根据需要，按自定义时段，日期，月份进行监测数据信息的统计功能，统计各监测点相关监测数据（如管道压力、流量等）的最大峰值、最大峰通过流量压力分析图可以更直观的把实时监测数来。用户可根据需要查询某个监控点某个时段用户可通过实时信息统计图，选择多个需要比对的监控点，实时查看监控用户可通过时期信息分析功能，对选择的多个监控点的监测数据（如：瞬进行分类分析统计，系统将以多条曲线的方式，展示各个监控点在不同时期的变化情况。为用户判断管网运行状况是否有异常和规律，作出更加有效、合理用户可通过告警信息统计图，选择多个需要比对的监控点，统计输出各个监控点的监测信息告警（如：瞬时流量超限告警、管道压力超限告警等）的数量，并以图表更加直观的方式展示各个监控6.2.3分区计量分析功能划分，可根据管网的服务面积、管网长度，将供水区划分为多个可计量区域。并利用无线通信实时传输流量、压力、水质和漏损等数据，从而能够及时、准确地掌握各计量区的管网运行情况，为优化供根据各个监测站点的计量值，用户可按给定的时6.2.4系统管理功能系统管理员通过站点信息管理功能，可以新增、修改或删除监控点的管理通过参数信息管理，系统管理员可配置所系统所要监测的实时数据，如：压力、流量、瞬时流量、余氯等信息。结合现场设备安装规定，可配置采集设备的通道号、字节数、小数位数、显示单位以及在图表中显示的显示宽度等参通过监控参数配置，系统管理员可配置各个监测点所要采集