基于GIS的智慧水务平台软件设计与实现

摘 要：文中介绍了基于GIS的智慧水务平台软件设计与实现的方法途径。采用云GIS快速便捷地构建水务应用系统，实现水务智能调度、智能管网监测及城市供水信息服务，该成果对城市智慧水务系统建设具有一定的参考价值和指导意义。

关键词：智慧水务；云地理信息系统；物联网；智能管网；智能调度

中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 2095-1302（2017）06-0100-03

0 引 言

水务行业是城市最重要的服务行业之一，咸阳市水务集团于 2001年建成的生产调度系统存在设备老化、监测信息采集传输中断等诸多问题，随着供水范围及供水量的不断扩大，管网连接结构日趋复杂，为确保供水质量及供水安全，建设智慧水务势在必行。水务设备分布广，地理位置分散，监测系统数据量大，实时性要求高，构建基于 GIS 的智慧水务平台是水务集团管理运营的必然选择。

智慧水务软件以 GIS 平台为基础，针对分布全市的管网系统、压力监测系统、水质监测系统、自来水厂生产管理系统、污水厂生产管理系统构建统一的运行管理平台，实时采集、分析各种生产运行数据，实现智能的生产运行调度与管理。

1 平台设计与实现

1.1平台功能设计

咸阳智慧水务信息化系统建立在数据中心的基础上，借助 GIS、物联网、云计算等信息技术，实现调度系统智能化、企业管理精细化和供水服务标准化，辅助企业决策者及相关人员采取相应的措施，是咸阳水务集团有限公司核心资产管理和企业信息化的战略平台，也是公众涉水信息服务的窗口。

通过传感器、有线或无线网络、水质水压等在线监测设备实时感知净水制水过程、水质水情、供水排水系统的运行状态，采用基于 GIS 的可视化展示方式，有机整合咸阳水务集团各管理部门职能与供水、污水设施，并将海量水务信息进行及时分析处理以辅助管理决策，以更加精细和动态的方式管理水务系统的生产、管理和服务流程，使其达到“智慧”状态。

1.1.1智能调度子系统

通过对各下属生产运行单位（净配水厂、污水处理厂、增压泵站及输水管网等）的各类生产过程数据进行实时监测与分析，并对生产情况进行统计分析与统一决策调度，实现生产运行智能调度和安全可靠运行，可有效降低产销差，确保供水水质达标，提高系统应急响应能力和生产管理效率。

1.1.2 智慧管网管理子系统

在水务管网部署监测节点，结合咸阳智慧城市云GIS平台，通过水力计算得出城市供水系统中任意位置管道内部的压力、流量、浊度、余氯等情况，分析不同事件如开停泵、开关阀、漏损、爆管、管网改造等对管网的影响，从而为管网规划设计、管网改造、日常运行、优化调度、管网控漏、预案制定等方面提供依据。

1.1.3 水务数据中心子系统

水务数据中心子系统包括安全、运营、调度、用户、权限、生产过程、资源管理配套的一系列基础信息。构建管网地理信息库，设备资产管理数据库，生产运行数据库等，历史数据可长期存储，作为生产决策的分析依据与咸阳智慧城市实现数据融合。

1.1.4 水务信息服务

搭建水务智慧应用系统，用户可在多种客户端如浏览器、智能手机及传统桌面系统等查询浏览水务信息，系统也可为用户推送用水信息、停水公告等，为企业管理、用水用户、设备厂家、供电局、市政及其它政府部门提供及时、全面的信息服务。

1.2 GIS云服务平台

咸阳市作为国家首批智慧城市建设的试点城市，已经建成地理信息公共服务平台，实现云 GIS。云 GIS 通过互联网以Web 服务的形式提供空间数据存取与交换服务、空间信息查询服务以及分析服务应用接口服务，可实现分布式跨平台的空间数据集成，为用户提供分布式协同信息处理和按需服务。该平台以 ArcGIS 为基础，为各种用户浏览地理信息、搭建业务运行系统提供了便捷的途径，使地理信息服务可无缝嵌入到各部门、各行业的现有业务系统中。因此咸阳水务集团无需再建设 GIS 系统，只需进行业务系统开发应用即可。GIS 平台统一建设维护，地图数据统一更新，既缩短了项目开发周期，又大幅降低了建设及运维成本。

ArcGIS 是目前供水行业使用最多的 GIS 平台之一。ArcGIS 产品线为用户提供一个可伸缩的、全面的 GIS 平台，功能强大，技术先进成熟，具有良好的延续性和可持续发展性。Web API 作为 Esri 开发API 的重要组成部分，其作为 ArcGISfor Server 的前端 API，可以让用户在互联网上调用 ArcGISfor Server 发 布 的 服 务， 具 有 Web GIS 功 能， 也可 通 过Internet 实现空间数据的显示与查询。使用 Esri 的 Web APIs可创建各种应用，本项目主要采用 ArcGIS API for Javascript、ArcGIS API for Flex 等。

1.3 系统网络结构

1.3.1 市政公网

水务集团数据中心与咸阳智慧城市之间通过政务专网实现数据交换。为保证互联网上传输数据的安全，采用 VPN 技术在互联网上建立加密的传输通路，通过加密的 VPN 隧道传输所有数据。同时为了更好的对 VPN 组成的网络进行管理，在数据中心新建 VPN 管理平台，对 VPN 设备和 VPN 隧道进行监控和管理。

水务集团在使用智慧城市 GIS 平台的同时，也将水务生产数据传送至智慧城市数据中心，实现信息的发布和共享，政府各职能部门根据权限可查询、浏览水务信息。

1.3.2 GPRS专网

管网信息监测点位置分布分散，多数不具备有线通讯的条件。智慧水务系统通过 GPRS 通讯网络采集管网压力、水质（浊度、余氯等）、主要供水管道流量等信息，为科学调度、适压供水、管网压力平衡提供依据与支持。水务数据中心开通至中国移动的 2 M 数据 APN 专线，数据采集服务器也可作为 GPRS 服务器。系统网络图如图1所示。

1.4 平台架构及实现

系统将采用面向服务的体系架构进行建设，总体架构图如图 2 所示，主要包括数据采集层（感知层）、网络层、应用层、服务层、数据层。

1.4.1 数据采集层

数据采集层（感知层）是物联网技术构架的基础，也是实时生产数据的来源。主要以咸阳水务下属各生产企业的工业自动化仪表与控制系统及城市供水管网监测系统为基础，通过平台数据采集服务与现场智能控制设备、智能测量仪表、在线分析仪表、无线传感器网络设备及其它网络设施等软硬件系统对厂级、站点级设备进行实时数据采集。

1.4.2 网络层

网络层采用 4G 网络与互联网融合，建立网络层，将感知层的数据整理汇总，搭建数据仓库、功能仓库、工作流管理平台，提供应用业务搭建协同机制，实现数据发布与信息共享。

1.4.3 应用层

应用层通过对各类数据的整理、加工和展示，实现生产企业的厂站分布情况与各厂生产运行工艺画面的展示，实现对各厂实时运行数据的超限告警；其次通过对生产运行数据的分析，绘制日常运行管理的各类图表，方便管理人员进行日常运行情况的总结与分析；通过对日常运行管理中涉及的化验管理、设备资产管理、项目管理、办公审核等功能进行信息化管理，获取更全面的运营管理数据；最后通过生产运行数据的深入分析挖掘实现指导生产，可提供各类异常预警、运行工艺模拟、优化调度分析、综合运营决策等，指导水务集团公司综合运营决策的工艺分析、设备分析、成本分析、风险分析等智能业务应用。

1.4.4 服务层

服务层基于水务用户的共性需求设计并实现系列标准服务接口，以及在此基础上建立的门户网站系统、移动 App 等，用户可以访问门户网站获得各类水务信息服务，查询用水情况，同时系统也可向用户推送停水公告，抢修信息等。

1.4.5 数据层

数据层实现软件数据中心功能，设计空间属性数据库、生产运行数据库、水务基础数据库、供水设施数据库、政务信息资源库等。基础数据库采用 Microsoft SQL Server 2008R2。数据层实现水厂及管网信息的集中处理、存储、传输、交换与管理，将生产过程数据、生产管理数据、安全监测数据、空间地理地测数据进行统一存储，实现对数据的备灾管理。通过建立数据仓库、功能仓库、工作流等，构建完善的信息资源管理、整合、共享和开发利用的标准规范体系及运行管理体系，构建齐全的信息数据体系和技术支撑体系，解决了多源异构数据集成的难题。

2 结 语

本文提出了一种智慧水务平台软件设计开发的思路和方法，借助云 GIS 平台设计实现，具有成本低，开发周期短，用户体验好等优点，该平台在咸阳水务集团已成功投入运行。该项目的成功实施经验在同类项目的建设中具有推广价值，同时也对其它智慧城市地理信息平台的统一规划、建设具有一定的参考价值。

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