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    一、系統(tǒng)概況

    上海市自來水市北有限公司是集制水供水、營業(yè)銷售、排管施工、管線養(yǎng)護(hù)、給水凈水儀表設(shè)備制造于一體的綜合性特大型供水企業(yè)，承擔(dān)著為上海市浦西區(qū)域蘇州河以北的楊浦、虹口、寶山、閘北、普陀五個區(qū)和嘉定區(qū)部分地區(qū)共305平方公里范圍的供水重任，目前市北公司供水區(qū)域內(nèi)總供水規(guī)模為298萬立方米/日，擁有75毫米口徑以上地下供水輸配管線總長度逾3000公里，供應(yīng)服務(wù)人口約400萬，客戶水表數(shù)130余萬只，年供水量約8億立方米。

    為了適應(yīng)上海國際化大都市的要求，市北公司把確保安全供水和提高產(chǎn)品質(zhì)量、工程質(zhì)量和對外服務(wù)質(zhì)量作為中心工作來抓，確立了“水質(zhì)以國際水平為準(zhǔn)，供應(yīng)以城市需求為準(zhǔn)，服務(wù)以客戶滿意為準(zhǔn)”的服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)，企業(yè)整體素質(zhì)不斷提高。

    自2004年初開始，上海市自來水市北有限公司與上海杰獅信息技術(shù)有限公司合作，運用ESRI公司的ArcSDE、ArcGIS Engine、MapObjects、ArcPad和ArcIMS等ArcGIS軟件，開始進(jìn)行上海市北自來水管網(wǎng)綜合管理GIS系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)工作，對所轄區(qū)域內(nèi)的管網(wǎng)和設(shè)施進(jìn)行了圖形與臺帳的錄入工作，并在數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成的指導(dǎo)思想下，建立了GIS系統(tǒng)與管網(wǎng)水力模型系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、PERMALOG供水管網(wǎng)漏水監(jiān)測系統(tǒng)、用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，為生產(chǎn)工作提供了GIS空間分析、設(shè)備設(shè)施管理、客戶服務(wù)等功能，應(yīng)用涵蓋了包括工程、運行、維護(hù)、客戶服務(wù)等多個部門，初步形成了一套適合自來水管網(wǎng)管理的GIS應(yīng)用系統(tǒng)。

    二、系統(tǒng)框架設(shè)計

    在系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計上，我們發(fā)現(xiàn)，如果運用傳統(tǒng)的客戶機/服務(wù)器（C/S）模式、瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式可以有助于分解事務(wù)，提高服務(wù)器和客戶端的處理速度，也可以保證數(shù)據(jù)的安全性、共享性；但同時我們也注意到，在供水行業(yè)的生產(chǎn)運行工作中，戶外工作相當(dāng)頻繁，而在戶外工作中又涉及到大量的設(shè)備信息與圖紙文檔信息的查詢與統(tǒng)計；戶外工作的同時，也不可避免地產(chǎn)生大量的更新數(shù)據(jù)。這些都是在以往的C/S、B/S體系框架下所無法滿足的，因此，我們在此次的系統(tǒng)總體框架設(shè)計上引入了Mobile/Server（M/S）的概念，建立了全新的C/S、B/S、M/S相混合的系統(tǒng)框架。M/S是Mobile/Server的簡稱，是傳統(tǒng)的C/S、B/S應(yīng)用體系的延伸，它結(jié)合GIS、GPS和GPRS/CDMA前沿技術(shù)，把GIS的應(yīng)用由有線向無線延伸，由室內(nèi)向戶外延伸，由桌面向掌上延伸，將GIS的信息服務(wù)帶到了工作的現(xiàn)場，在為管理決策者服務(wù)的同時直接為具體的生產(chǎn)實踐服務(wù)。

圖1

    在C/S、B/S、M/S相結(jié)合的框架結(jié)構(gòu)上，我們又對系統(tǒng)的內(nèi)部功能進(jìn)行了模塊化設(shè)計，確保在系統(tǒng)各功能模塊開發(fā)完成后，完全可以依據(jù)生產(chǎn)管理的流程選擇不同的模塊或組件進(jìn)行組合，通過設(shè)置模塊的功能和模塊之間的關(guān)系滿足不同的管理需求。這樣有助于提高軟件的可靠性、可繼承性、可維護(hù)性和可擴充性，真正在系統(tǒng)的建設(shè)方面貫徹“整體規(guī)劃，分布實施”的原則，使得系統(tǒng)按照系統(tǒng)工程的特點分期、分批逐步建設(shè)和完善。

圖2

    三、系統(tǒng)主要應(yīng)用功能

    根據(jù)上海市自來水市北有限公司的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合系統(tǒng)的C/S、B/S、M/S的一體化框架設(shè)計，我們將管網(wǎng)綜合管理GIS系統(tǒng)劃分為以下幾個應(yīng)用領(lǐng)域：

    1、建立在C/S模式下的GIS桌面應(yīng)用系統(tǒng)

    該模式下的GIS應(yīng)用系統(tǒng)主要服務(wù)于上海市自來水市北有限公司各級業(yè)務(wù)部門以及下屬的供水管理所等基層業(yè)務(wù)單位，以具有強大的數(shù)據(jù)編輯、設(shè)備設(shè)施管理、管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分析和輔助決策等功能為特點。它采用了Windows 2000操作系統(tǒng)及ArcGIS Engine、MapObjects軟件包，通過內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)訪問集中存儲于ArcSDE數(shù)據(jù)庫中的各級數(shù)據(jù)，支持多用戶的圖形編輯和大數(shù)量用戶的并發(fā)訪問，在生產(chǎn)工作中輔助各級工作人員完成對管線數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)運行數(shù)據(jù)等信息的錄入、存儲、查詢、統(tǒng)計，并在此基礎(chǔ)上提供一系列的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅母呒墤?yīng)用分析功能。具體包括：GIS基礎(chǔ)功能模塊、設(shè)備業(yè)務(wù)信息管理、供停水模擬分析功能、接水閥供水范圍分析功能、監(jiān)視表的水量校核功能、最優(yōu)關(guān)閥方案輔助生成及圖形化模擬分析功能、樁位影響分析功能、斷水通知單管理功能、道路橫斷面分析功能、用戶數(shù)據(jù)處理和查詢功能、SCADA實時信息處理功能、與PERMALOG供水管網(wǎng)漏水監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和輔助分析功能 、與Wallingford水工業(yè)智能模擬軟件的數(shù)據(jù)交換和輔助分析功能等。

    2、建立在M/S模式下的手持GIS/GPS戶外應(yīng)用系統(tǒng)

    在上海市自來水市北有限公司的生產(chǎn)過程中，戶外工作相當(dāng)頻繁，而在戶外工作中又涉及到大量的設(shè)備信息與圖紙文檔信息的查詢與統(tǒng)計，同時戶外工作中也不可避免地產(chǎn)生大量的更新數(shù)據(jù)。建立在M/S模式下的手持GIS/GPS戶外應(yīng)用系統(tǒng)正是針對戶外的工作現(xiàn)場，將室內(nèi)的信息系統(tǒng)進(jìn)行延伸，為現(xiàn)場工作人員提供強大的現(xiàn)場應(yīng)用服務(wù)。
我們利用ESRI公司ArcPad軟件并結(jié)合先進(jìn)的GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，為現(xiàn)場工作人員提供圖形瀏覽、設(shè)備信息查詢、業(yè)務(wù)信息管理、現(xiàn)場輔助測量、GPS輔助定位、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、閥門操作單電子化流轉(zhuǎn)管理、GPS實時監(jiān)控等豐富功能。

    在為戶外工作提供強大的數(shù)據(jù)支持同時，手持GIS/GPS應(yīng)用系統(tǒng)也為室內(nèi)的工程管理人員提供著強大的現(xiàn)場指揮和現(xiàn)場工作調(diào)度功能。一方面他們可以對現(xiàn)場的移動終端進(jìn)行實時監(jiān)控，了解他們的實時位置和行動軌跡，查詢當(dāng)前工作狀態(tài)，另一方面還可以方便地進(jìn)行點對點的信息傳輸，動態(tài)發(fā)布工作指令，確保對現(xiàn)場的及時、有效的工作管理。

    3、建立在B/S模式下的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)

    該系統(tǒng)主要服務(wù)于上海市自來水市北有限公司各級管理人員和業(yè)務(wù)查詢?nèi)藛T，使他們在不安裝應(yīng)用系統(tǒng)客戶端的情況下，也可以通過WEB瀏覽器，實現(xiàn)對管網(wǎng)數(shù)據(jù)的圖形瀏覽、設(shè)備資料查詢統(tǒng)計、業(yè)務(wù)資料查詢等功能，極大地方便了他們的工作。

    四、開發(fā)和應(yīng)用的一些體會

    1、需要在管理上和技術(shù)上雙重保證GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的動態(tài)管理

    強大的數(shù)據(jù)支持是一個成功的GIS應(yīng)用系統(tǒng)不可或缺的重要因素，全面、及時、準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是系統(tǒng)建設(shè)的“血液”。在系統(tǒng)建設(shè)之初，我們就把建立一個有效的數(shù)據(jù)維護(hù)流程機制放在一個重要的位置，在管理上和技術(shù)上對它進(jìn)行“雙保險”。

    在管理上，上海市自來水市北有限公司在項目啟動的同時，就組成了項目領(lǐng)導(dǎo)小組，配備了熟悉現(xiàn)場、熟悉業(yè)務(wù)的工作人員負(fù)責(zé)圖形數(shù)據(jù)的校對與編輯，并且相繼制定了一系列圖紙管理規(guī)定和考核辦法，在工作流程和制度上來控制、保證GIS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時效性。

    在技術(shù)上，一方面通過專門的探測隊伍，配備探測儀、全站儀、GPS等探測儀器，對試點區(qū)域進(jìn)行地下管線的全面排摸，調(diào)查和繪制最新的現(xiàn)場管網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)來源是最新的和準(zhǔn)確的。系統(tǒng)有針對性地建立了對外業(yè)探測數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換處理功能，GIS系統(tǒng)可以直接對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫轉(zhuǎn)換，并存儲到ArcSDE中。

    另一方面，對于勘測區(qū)域以外的大量閥門、水表等設(shè)備，如果沒有進(jìn)行過勘測，而且附近市政設(shè)施變化又比較大的區(qū)域，現(xiàn)場工作人員很難用以往的設(shè)計圖紙做參照物來標(biāo)示這些設(shè)備，此時，工作人員在工作的現(xiàn)場便可以利用手持GIS/GPS系統(tǒng)，直接借助便攜式GPS儀采集設(shè)備位置，利用掌上電腦編輯和維護(hù)相關(guān)管網(wǎng)和設(shè)備的資料，確保了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。把以往戶外工作現(xiàn)場這塊“信息孤島”與室內(nèi)的完整信息系統(tǒng)進(jìn)行了有機地連接，荒島不荒，孤島不孤。

    另外，對上海市自來水市北有限公司原來已經(jīng)擁有和使用中的工程圖紙，系統(tǒng)采用圖紙掃描的方法，建立一個工程圖紙影像資料庫，圖形編輯人員可以借助工程圖紙影像資料為背景來進(jìn)行管網(wǎng)數(shù)據(jù)的維護(hù)與編輯。系統(tǒng)采用圖形的無縫拼接技術(shù)，確保編輯過程的高效和靈活。

    2、必須考慮與其他外部系統(tǒng)建立全面的數(shù)據(jù)集成

    作為一個動態(tài)的管網(wǎng)綜合信息系統(tǒng)，與其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成也是關(guān)鍵。系統(tǒng)在建設(shè)的初期，我們便考慮到與上海市自來水市北有限公司目前已經(jīng)投運和正在實施的用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、SCADA實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、PERMALOG供水管網(wǎng)漏水監(jiān)測系統(tǒng)、Wallingford水工業(yè)智能模擬軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上實現(xiàn)最大限度的結(jié)合。
良好的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)集成將有助于各個信息系統(tǒng)發(fā)揮所長，提高用戶整體應(yīng)用水平。例如我們在與Wallingford水工業(yè)智能模擬軟件系統(tǒng)的接口處理過程中，就確定由GIS系統(tǒng)直接按照雙方的數(shù)據(jù)接口生成它所需要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并整理出相應(yīng)的基礎(chǔ)臺帳數(shù)據(jù)，供模型的高級計算分析使用，而模型的計算結(jié)果又通過數(shù)據(jù)接口傳遞回GIS系統(tǒng)，利用GIS系統(tǒng)良好的用戶界面進(jìn)行展示，并對GIS的高級輔助分析功能進(jìn)行數(shù)據(jù)支撐。

    3、注重對戶外工作現(xiàn)場的GIS應(yīng)用支持

    像自來水公司這種戶外工作相當(dāng)頻繁的用戶，必須在GIS的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)過程中充分考慮對戶外工作現(xiàn)場的GIS應(yīng)用支持，只有這樣，才能使系統(tǒng)成為一個真正實用的系統(tǒng)，真正為實際工作服務(wù)。基于ESRI的ArcGIS基礎(chǔ)上建立M/S體系的GIS應(yīng)用，可以有效解決在戶外現(xiàn)場的工作需求以及現(xiàn)場指揮對GIS的需求，有助于提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集速度、提高應(yīng)急反應(yīng)的處理效率。

    例如在以往的工作中對爆管搶修決策方面，往往是由經(jīng)驗豐富的工作人員在事故現(xiàn)場進(jìn)行爆管分析，定位速度慢，準(zhǔn)確性低，不能及時把現(xiàn)場準(zhǔn)確位置發(fā)給指揮中心，也不能及時查詢相關(guān)設(shè)備的臺帳信息。如果遇到某些閥門出現(xiàn)故障，需要擴大停水區(qū)域時，很難快速進(jìn)行關(guān)閥方案的再次制定。而開始使用手持GIS/GPS系統(tǒng)后，位于室內(nèi)的指揮人員可以實時了解現(xiàn)場工作人員的方位、行動軌跡和目前的工作任務(wù)，合理安排搶修人員在最短的時間內(nèi)抵達(dá)事故現(xiàn)場。而搶修人員在到達(dá)現(xiàn)場后就可以利用GPS進(jìn)行準(zhǔn)確定位并借助GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳和周邊設(shè)備資料的調(diào)閱。服務(wù)中心利用上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地最優(yōu)關(guān)閥方案分析，顯示受影響的用戶，得出最佳操作方案，然后無線傳輸?shù)綋屝蕃F(xiàn)場的終端設(shè)備，大大加快了公司對爆管事故的反應(yīng)速度，縮短了修復(fù)時間，減少了對用戶的影響，降低了水量損失，從而取得顯著的經(jīng)濟和社會效益。