城市自来水企业信息集成应用初探

张树兵¹ 　申建平² 　翁敬农³ 　燕桥³
1大用软件有限责任公司 2 榆次市自来水公司 3北京航空航天大学计算机系

　　摘 要 如何提高城市供水企业的运营效率，解决日益突出的水资源有效利用和需求的矛盾，成为当前供水企业迫切需要解决的课题。本文作者从实践出发，通过对城市自来水企业业务的分析，提出了“基于GIS平台的供水企业信息系统”的集成应用方案，使自来水企业能更好为社会提供服务，获取最佳经济效益。
　　关键词 GIS平台 供水企业 集成应用方案

　　1　前言

　　为了满足城市快速发展的需要，城市供水企业近年来不断采用新的技术、新的工艺，用以提高城市的供水能力和服务质量。其中自来水厂监控系统在全国大多数城市得到广泛应用，还有一些城市的供水企业正在逐步采用GIS技术管理供水管网信息、用计算机实现收费营业电算化。这些先进的信息、计算机、通讯和自动控制等先进技术的应用，的确为供水企业的现代化运营解决了很多的实际问题。但是，我们也应该看到还有很多深层次的问题尚未得到卓有成效的解决，究其原因主要是因为：①供水企业的运营包括从产水、输配水、管理和收费多个环节，仅在某一环节采用新技术并不能解决所有问题；②企业运营的各个环节是密切关联的，分离的系统无法实现整个运营的系统性；③系统运营的很多因素是有统计规律和相关性的，目前的系统无法从这些规律和相关性得到可以辅助决策的信息。因此，要达到自来水企业的最优化运营，就需要系统分析企业的运营模型，找到每个环节的相关性，获取综合的有效信息，综合历史信息，优化企业的运营，提供辅助决策。以产水到用水的整个过程为主线，以企业的管理现代化为辅线，把信息技术在企业集成应用，实现从产水到用水的最大效益，是我们对以上问题的一个有益探索。
　　下面我们从供水企业的运营模型着手，分析企业的信息模型，并给出基于GIS平台的供水企业信息化应用方案。

　　2　运营模型

　　供水企业的运营主要围绕水从水源、水厂经过输配网最终到水用户的生产/消费链而进行的，其模型如图1。

　　生产调度通过实时采集水源和水厂的变电设备、电器开关、加压泵等设备运行参数和流量、出水口压力、余氯等控制参数，以及输配网上压力监测点和水库水位监测点的控制参数，动态自动控制水源、水厂设备的启停和运行，使整个输配网上的水压保持最佳的分布和平稳状态，从而为用户提供高质量的供水服务，减少输配过程中水的损失，最大限度延长管网的使用寿命，最终提高水厂的运营效益。
　　管网管理主要实现输配水管网信息管理，管网的新建、维护和改造以及水用户的管理。它必须能够保证管网信息的准确、全面和现势，满足管网规划、设计、施工和维护的要求。
　　营业收费完成水用户用水量的验抄、统计，根据水用户性质和收费项目的规定进行计费收费。
　　公司将综合生产调度、管网管理、营业收费的各种信息，结合公司的营业策略，对整个企业的运营进行科学合理的决策，从整体上实现对公司营业的宏观管理。

　3　信息模型

　　企业运营的信息流如下图2所示。

　　系统运营的信息包括变化的动态信息和相对稳定的静态信息。动态信息主要是通过动态监测系统获取的实时变化的信息，主要包括水厂（水源地）配电设备、工艺设备的运行状态信息，比如变压器的电压电流、配电开关的闭合状态、加压泵的电压电流功率等；水厂出水口压力、流量和余氯等工艺参数信息；管网压力监测点的压力信息和水库的水位信息。这些信息一方面通过自动控制系统反馈，控制水厂设备的正常运行，另一方面送到公司进行综合分析。还有一类动态信息就是水厂累计流量信息、水厂设备和管网维护信息、漏水调查信息以及用户用水量信息，这些信息经过综合分析，为供水管网的平稳运行、故障排除、查漏维护提供决策支持信息。静态信息包括企业变化缓慢的一些业务信息、地理信息和企业运营的历史信息。这些信息和动态信息相互结合，提供更好的决策支持信息。更好的决策支持信息返回来对水的生产消费环节产生作用，使其成为良性的循环链，达到最大运营效益的要求。

　　4　体系结构

　　无论是动态信息还是静态信息，它们都和其实体所在的地理位置密切相关。因此构建以GIS为平台的信息综合、分析和决策的供水企业信息系统是一种最佳选择。
　　GIS是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理地理数据的通用技术，GIS所特有的空间分析功能和可视化表达方式正符合供水管网信息所具有的区域性强、隐蔽、复杂、动态、数据量大等特点。同时GIS也是把供水企业的各种信息有效聚合的粘合剂，所有的信息通过和地理位置相关，就可以达到有机结合的目标。通过将各种信息在GIS平台上的集成，从而为企业提供更深层次的信息化应用。
　　以GIS平台为核心的供水企业信息系统的体系结构如下图3所示：

　　信息平台的数据输入/转换中间件可以把企业各种底层设备获取的信息采集到系统的数据库中。对于不同的底层设备，只要开发相对应的数据输入中间件，就可以很容易接入到系统中去。而基于该信息平台，用户可以进行各种需要的企业信息化应用。而这些信息的获取、存贮、组织都完全由该信息平台来实现，从而使系统具有很好的可扩展性和开放性。同时，系统把企业的各种信息集成在一起，实现信息的集成应用。

　　5　系统组成

　　5.1 系统的硬件组成
　　系统主要基于供水企业内部网络，并包含动态监测的远程无线通信网络。网络逻辑如图4所示。

　　5.2 系统的软件组成
　　系统包括六个软件子系统：动态信息采集/命令发布、动态监测、管网管理、抄表收费、决策分析、办公自动化和企业网站。下面分别介绍它们的功能和实现：
　　1) 动态信息采集/命令发布子系统
　　主要功能是按约定的通信协议与自来水公司下辖的水源地、水厂、水库和管网压力监测点之间进行通信，实时地把水源、水厂的配电、工艺设备的运行状态参数和水压、流量、余氯工艺参数采集到中央数据仓库中，进行集中的处理。同时也可以把动态监控的命令和数据下达到控制的设备。另外子系统还具有过滤存储﹑动态显示﹑数据边界处理和自动报警等功能。
　　2) 动态监控子系统
　　主要功能是根据控制规则和获取的动态监测信息，对整个企业的运营设备（水厂配电和工艺设备及输配水管网设备）实施监控。通过监测动态运营信息，系统可以实时显示每个设备的运营状态，并且可以根据历史信息和当前的实时信息给出各种控制参数的变化趋势图表。另外还可以采用一定的优化策略或人工方式，来最佳地调度运营设备的启停和运行，达到遥控的目标。
　　3) 管网管理子系统
　　管网信息是不断变化着的。各种图形信息、属性信息都需要适时进行更新。管网管理用户直接面对那些复杂繁琐的数据处理软件会感到非常麻烦。所以该子系统的管网维护部分就是按照用户的定制要求制作一个数据处理环境，采用数据处理向导，让用户通过非常简单的数据处理步骤来更新管网数据。同时，这个系统还提供分布式存储的数据同步、上传、下载，数据的备份和恢复，以及多种格式的数据导入和导出的功能。
　　该子系统的另外一部分，主要提供可视化的管网信息浏览、专业和组合查询、单项和双项统计、数据汇总、固定比例和自定义比例的打印输出功能。它的使用符合业务流程、易用、实用、美观。
　　4) 抄表收费子系统
　　系统支持手持抄表机和人工收费两种模式进行收费。收费前由收费人员通过营业所客户端计算机将收费区域内的水用户信息从收费服务器下载到抄表机，或者打印收费用户信息表格。抄表员收费时只需输入或者记录本月水表指数，最后将结果再通过营业所客户端计算机上载回服务器或者通过录入软件输入到服务器。整个过程对于水用户和抄表人员来说都是透明的，只需录入一遍水表指数信息，系统就可以自动计算每个水用户的水费信息，并以此进行收费。本系统可以进行计费、收费信息的查询、统计、报表打印和发票打印。
　　5) 决策分析子系统
　　本系统主要基于中央数据仓库的信息实现一些分析功能，为企业决策层提供决策支持。包括用于市政拆迁的缓冲区分析；用于处理爆管事故和维修的最短路径分析、连通分析；用于施工参考的剖面分析；用于水厂建设和管网发展规划的平差分析；优化水厂生产的调度分析；辅助漏水调查分析等功能。
　　6) 办公自动化和网站子系统
　　为供水企业的内部管理提供便利。包括企业内部公文处理；企业管理的各种数据汇总和报表、成果图；企业职员管理；企业档案管理等。通过构建企业网站，实现企业形象对外宣传、企业信息对外发布等功能。
　　构建在GIS信息集成平台之上的六个子系统，每个都具有相对独立性。它们既可以独立工作，也可以协同工作。

　　6　结语

　　基于GIS的供水企业信息集成系统通过对水的生产、输配、消费整个运营过程进行动态监控和优化管理，最终可以实现企业的高效益运营，实现企业管理的现代化、规范化和科学化。GIS平台和部分子系统在榆次市自来水公司的实际运行证明，我们的探索是行之有效的。

（2000年8月31日大用软件有限责任公司 董文革供稿）