排水管網(wǎng)的信息化建設(shè)在市政管理中的作用

路順

(龍口市規(guī)劃處，山東 煙臺 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，我國各級政府加大對城市排水管網(wǎng)的建設(shè)力度，然而，面對如此高度隱蔽、復(fù)雜、動態(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)管理還存在很多問題。大部分城市排水管網(wǎng)資料信息來源不明確、管理分散、數(shù)據(jù)存儲方式多樣且精度不高，導(dǎo)致對排水管網(wǎng)資產(chǎn)狀況掌握不全面。而對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)庫要求。對海量信息的存儲、處理和分析是計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢，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，政府在全國各地開展管線普查工作，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，逐步建立管線數(shù)據(jù)庫與信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的數(shù)字化存儲和管理。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)過程［2］:

(1)運(yùn)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，管線屬性數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫系統(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，彼此不關(guān)聯(lián)，圖形信息不能被系統(tǒng)自動提取和利用;

(3)數(shù)據(jù)庫和圖形關(guān)聯(lián)，將圖形與對應(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，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，采用VB、VC和.NET等開發(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化、數(shù)據(jù)庫管理系統(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，各級政府已從城市發(fā)展的戰(zhàn)略高度來認(rèn)識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，推動了數(shù)字化城市管理平臺向地下排水管線領(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。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)庫用以存儲和管理空間數(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)庫能有效管理不同歷史時(shí)期的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過對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，這對于城市未來的發(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，對管線點(diǎn)、管線線數(shù)據(jù)進(jìn)行自動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景，建設(shè)規(guī)劃部門即便不到現(xiàn)場，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)場巡查、養(yǎng)護(hù)人員通過手持設(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登錄Web系統(tǒng)及時(shí)了解巡查和養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場的詳細(xì)信息，便于對巡查和養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管，對發(fā)現(xiàn)的排水管網(wǎng)問題進(jìn)行人員的科學(xué)調(diào)度。通過自動化監(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，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，通過對排水管網(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，對管網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析評估，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，提高對管網(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］。

目前國內(nèi)部分城市仍采用傳統(tǒng)手段對中水站、排水泵站、排水管線進(jìn)行監(jiān)控管理，無法全面實(shí)現(xiàn)對排水管網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)采集和動態(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、動態(tài)、實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)信息提供重要的監(jiān)測和傳輸手段［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、無線通訊、GIS和數(shù)學(xué)模型分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對排水管網(wǎng)的動態(tài)感知，是未來排水管網(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

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)測將會出現(xiàn)積水或發(fā)生洪災(zāi)的地點(diǎn)，甚至積水開始時(shí)間和積水退去時(shí)間等，為各級領(lǐng)導(dǎo)制定減災(zāi)決策、快速開展搶險(xiǎn)工作提供依據(jù)和參考，為市民合理防御暴雨災(zāi)害爭取寶貴的時(shí)間［9］。

4 結(jié)語

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，是人民安居樂業(yè)的需要。無論是從加強(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。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。

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