GIS支持下的给水管网闸门优化调度

张宏伟 储诚山(天津大学环境工程系)
吴光红(中国市政工程华北设计研究院)

　　城市管网的功能会因各种类型的故障而破坏，其中因管材和管接头损坏而引起的管线故障是最经常和最严重的。如何快速、准确地找出事故点的位置，及时调度闸门，使维修时间最短、停水区域最小、关闭的闸门最少，即闸门的优化调度问题，成为保证供水可靠性的关键所在。在多闸门的环状管网中，关闭与发生事故点有关管段的方案有许多种，而寻找最佳方案便成为闸门优化调度的中心技术。
　　对于大型管网，传统的闸门优化调度方法数据录入量大、易出错，不能利用管网图中各图素已有的数据和位置关系，实际应用中难以获得事故点的横、纵坐标值。而GIS(地理信息系统，Geogra phical Information System) 技术支持下的给水管网闸门优化调度正好能弥补这些缺点，而且界面直观。
　　GIS以空间数据为基础，在计算机软硬件支持下对空间数据进行采集、管理、分析、显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息。由于GIS能够建立二维矢量拓扑关系，特别是其网络分析功能，为给排水管网的规划设计、管理调控提供了强有力的工具。本文选用美国环境系统研究所开发的Arc/Info和ArcView软件作为支持闸门优化调度的二次开发软件。

1 闸门优化调度方法

　　GIS的基本单位为图层，同一图层的图素具有相同的属性。为了简化，假设管网图为二维图形。在用AutoCAD数字化录入管网图的过程中，将具有同一属性的图素放在同一层里，并以DXF格式输出图形文件，经Arc/Info转化为相应的图素图层，在转化过程中，Arc/Info根据内部标识码自动赋图素以编号。在ArcView窗口中，建立管网图项目gw.apr,该项目包含背景图层、闸门图层、管段图层、节点图层、消火栓图层。打开该项目，激活相应图层，即可对该图层所有图素的属性数据库和图形库进行双向查寻、检索、分析等操作；移动鼠标，窗口中即可显示鼠标所在位置的坐标值。根据需要，这里只使用管线图层、节点图层和闸门图层。在Arc/Info环境下分别提取节点图层里的节点横、纵坐标值，存放在jd.dat文件里；同样提取闸门坐标值，添加闸门所在的管段号，形成zm.dat文件；输入管段编号和起、终点编号存放在gd.dat文件中，作为闸门优化调度程序的数据源。在提取数据源的过程中，避免了人工采集和录入节点及闸门坐标值。在Visual C++环境下编写闸门优化调度程序zmdd.cpp,通过编辑、连接后形成一个程序模块，将该程序模块集成到管网项目gw.apr中，通过运行该程序模块，即可进行给水管网闸门优化调度。
　　实际应用中，如果管网中某处发生爆管，首先用户或巡检员以电话通知自来水公司有关部门，系统操作人员根据用户反映的街区名称，即可通过管网项目里的管网图和属性数据库查找相关图档，确定爆管的管段号、管径、管材和准确地点，在图中移动鼠标得知事故点的坐标值，运行闸门调度程序，输入事故点的横、纵坐标即可得出闸门优化调度的方案、对应关闭的闸号，通过闸号便能快速地查找与其对应的闸径、闸门型号、安装年月等闸门属性，再将这些资料打印出来交给施工人员，以便迅速准确地准备材料、进入现场抢修。

2 工程实例

　　图1为河北省某市局部管网图图层，(图中未显示背景图层和消火栓图层)。在程序编写过程中，节点数NJ、管段数NG、环数NL都采用宏定义，通过改变这三个宏定义和数据源，该程序可被任何管网闸门优化调度所通用；根据Visual C++程序文件的可继承性，该程序被分为三个程序部分，即数据读取子程序、判断事故点所在的管段号子程序、闸门调度主程序，前两者被后者所调用，这样，也使得程序可读性增强。另外，图中管段、节点、闸门等所有编号皆为自动标注，是GIS支持下的闸门优化调度的优点之一。
　　闸门优化调度算例：假设节点12发生故障，该点的坐标为(1 770.74,1 773.46)，调用运行闸门优化调度程序模块，执行后输出关闸方案，即应关闭的闸号为33、34、35，由闸号查询其对应的属性库，查询结果见图2。所有过程均在同一窗口中，避免了多窗口切换带来的弊端。

3　结语

　　与传统方法相比，GIS技术支持下的闸门调度具有准确性高、系统建立周期短、成本低、工作效率高等特点，是一种切实可行的方法。

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作者通讯处：300072 天津大学建工学院环境工程系96研 储诚山
(收稿日期 1998-07-23)