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GIS技术在供水系统中的应用与发展

放大字体  缩小字体    发布日期:2009-07-14  来源:测绘网  作者:admin  浏览次数:255
核心提示:    摘要:介绍了GIS技术的组成、发展及产业化,论述了GIS应用于供水系统规划设计、运行管理的现状和发展前景,以及深度开发专业性GIS及提高其应用水平的途径。   关键词:地理信息系统图形数据管理供水系统gis 1GIS技术发展概

 

    摘要:介绍了GIS技术的组成、发展及产业化,论述了GIS应用于供水系统规划设计、运行管理的现状和发展前景,以及深度开发专业性GIS及提高其应用水平的途径。

    关键词:地理信息系统 图形数据管理 供水系统 gis
 

  1 GIS技术发展概况

  在新兴的信息产业中,GIS(Geographic Information System,地理信息系统)作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学及相关学科等为一 体的新兴边缘学科,近30年来迅速兴起。GIS将计算机技术和空间地理分布数据相结合,通过系统建立、空间操作与模型分析,为地球科学、环境科学和工程设计、乃至企业管理等方面的规划、管理和决策提供有用的信息。目前GIS在国内外应用领域已相当广泛,不但成功地应用于测绘、制图、资源和环境等领域,而且已成为城市规划、公共设施管理、工程建设等的重要工具,此外GIS还进入了军事战略分析与决策、商务策划、文教卫生乃至人们日常活动的各种领域中。据估计,人类活动80%的信息量与地理信息系统密切相关,因此GIS开发和应用的前途和容量是不可限量的。目前GIS被认为是21世纪支柱性产业,是信息产业的重要组成部分。“九五”期间国家科技部已将GIS列为“重中之重”的项目,并重点支持发展我国的GIS产业。

  自20世纪60年代加拿大Tomlison博士提出地理信息系统的概念以后,在60年代中期加拿大首次建立了CGIS。于70年代开始,美国推出了两个著名的GIS:即美国环境系统研究所(ESRI) 开发的ARC/INFO和美国商业部人口普查局开发的TIGER系统。这两个GIS系统提出的关于地理 信息的组织方式,对GIS发展产生了深远的影响。经过30多年、几个阶段的发展,数据库的结构设计、空间数据的处理与分析及GIS通用软件等都已发展成为较成熟的理论体系。特别是80年代以来,GIS软件的商品化已在全世界全面展开,先后出现了闻名于世的ARC /INFO、SYSTEM—9、INTERGRAPH、GENAMAP等大型GIS软件及SPAM、ILWIS、MAPINFO、ATLA S 等中小型软件。这些软件都已在土地评价、土壤侵蚀控制、水资源调查与管理、社会经济规 划、灾害评估以及野生动植物保护等方面得到广泛应用。

  我国的GIS发展较欧美先进国家起步约晚15年左右,但发展速度并不很慢。1994年9月,我国国家测绘总局与美国ARC/INFO总部签定了合作的ARC CHINA计划。1997年国家环保局用世界 银行技援项目“中国省级环境信息系统建设”,在我国27个省建立了省级环境信息中心。仅以GIS在城市方面的应用就有城市自来水、城市煤气、城市规划、城市地下管线、城市环境、城市道路、城市土地等不胜枚举,至于其他各方面的应用诸如环境监测、水土流失、矿产资源、投资评价等更是屡见不鲜。所有这些都标志着GIS在我国的成长与发展。

  目前,新一代的GIS软件技术——即ComGIS(Components GIS,组件式GIS)和WebGIS(Word Wid e Web GIS,万维网GIS)已迅速兴起。ComGIS将GIS的各大功能模块划分为几个控件,根据用户需要,将实现各种功能的控件集成,即构成了GIS应用系统。ComGIS与传统的GIS相比,其优势在于它不依赖于某一种开发语言,便能嵌入到通用的开发环境(如:Visual Basic、De lphi等)中实现GIS功能;或将其他软件功能(包括由高级语言如C++、FORTRAN开发 的其他专 业性模型)引入到GIS中,使软件的可配置性、可扩展性和开发性更强,更易于GIS的推广应用。而WebGIS是Internet技术与GIS相结合的产物,是利用WWW技术对传统GIS的改造和发展 ,目前尚处于试验研究阶段,其最终目标是通过WWW使得GIS成为大众使用的技术和工具,即在WWW任意一个节点上的Internet用户都可以浏览检索Web GIS上的各种空间信息,进行各种空间分析与预测、空间推理和决策等,从而使GIS进入千家万户。因此,ComGIS和WebGIS 被视为当今GIS技术的重要发展方向。

  2 GIS在供水系统中的应用与发展

  目前,GIS在国内供水系统中的应用集中在输配水管网的日常管理中,如上海、深圳、唐山 等城市。天津大学环境工程系也曾根据供水企业的要求,先后以北京大学的Citystar和中国 地质大学(武汉)的MAPGIS为软件开发平台,建立了城市供水管网管理系统,实现了供水管网 图形数据和属性数据的计算机录入、修改;对管线及各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析;对各类图形(包括管线的横断面图和纵断面图)及统计分析报表显示和输出;除此之外,还为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案及相关信息,从而基本实现了供水管网的信息化管理。通过GIS的集成,使管网图形库、属性数据库及外部数据库融为一体,不仅图文并茂、准确高效,而且易于动态更新,从而大大提高了管网管理工作的效率和质量。

  当然,GIS应用于供水系统所产生的功效还远不止于此。就GIS本身而言,对空间数据的管理只是最基本的功能,而更深刻的内涵在于GIS的空间分析、模型分析所产生的信息,能够对 自然过程或决策方案进行模拟和趋势预测,以便从中选择最优方案,避免管理和决策的失误。

  因此,GIS在供水系统中的应用,就不能仅仅作为一个图形库和数据库只是停留在管网日 常管理的水平上,还应该利用GIS分析、模拟与预测的强大功能,与专业理论、方法相结合,进行深度开发,为管网规划设计、建设施工、各种运行状态下的优化调度以及事故抢修等提供决策支持。

  目前我国大、中城市管网更新改造的任务逐年加大,迫切需求实用的管网水力分析及扩建改造优化设计的软件系统。然而,尽管近年来有关管网优化设计理论和方法的研究日趋成熟 ,但其应用并不广泛,究其原因就在于优化模型的建立及其解法与编程,对于部分设计人员来讲难度较大,尤其是扩建、改造方面的优化,不仅涉及的问题比较复杂,而且往往需要庞大的数据量。而解决这一难题的有效办法就是将管网计算理论、系统优化理论与GIS相结合 ,凭藉GIS强大的空间数据管理功能,利用GIS上的实际管网图构造出管网计算图形,并从GI S的属性数据库中提取有关数据,通过编制计算程序,进行管网水力工况分析。在此基础上再将GIS的网络分析与优化模型的建立及求解融合在一起,建立一个管网扩建、改造优化的 辅助设计系统。这样不仅将优化设计的思想、方法渗透到管网建设中,有利于城市供水管网 的合理布局与科学调整,为日后管网的优化调度奠定良好的基础;而且通过GIS将管网大量 的基础数据、水力分析计算、优化设计计算以及设计方案输出等集成为易于操作的专业软件 ,为设计人员的实际应用提供了极大方便。

  设计优化的最终目的是运行优化。一个大型、复杂的管网做到安全可靠、经济合理的运行并非易事。从长远目标来看,根据可靠、准确的管网运行资料,建立管网数学模型,并据此对 管网运行工况进行动态模拟,是实现管网优化运行的必经之路。而在管网建模过程中,GIS以其独特的优势,将作为对管网运行实施信息模拟不可替代的工具。在GIS的支持下,管网的结构参数和状态参数融为一体,可以利用GIS数字高程模型,模拟管网水压分布状态, 并以二维或三维图形直观显示;也可以在多水源管网中寻求管网内供水分界线的变化规律,以合理设置供水分界地带的测压点,并确定各测压点之间的相关关系,为优化调度提供决 策依据。

  此外,GIS的空间分析、网络分析还可用于管道施工、管网维修预案和管网事故抢修决策等 方面。如在管网建设施工中,利用GIS的缓冲区(Buffer)模型,对将要敷设的管道进行缓冲区分析,并将计算出的缓冲区与数字高程模型迭加,计算其工程土方量。又如在未来的管网事故紧急抢修时,可以采用GIS与GPS相结合,一方面通过GPS系统准确获取抢修车的地面位置和路网交通状况,并将数据实时传送给GIS,计算最短行车路线;另一方面利用GIS的关阀搜索、管网状态仿真模型,快速分析事故的影响范围和影响程度,模拟管网动态变化,以便调度管网有关设施,确保供水服务质量。显然与传统的事故处理相比,上述技术方案充分 显示出现代信息技术高效率的优势。

  以上列举的各项只是GIS在输配水系统中的部分应用,实际上GIS在供水系统中还可用于水资 源规划与管理、地面水水质模型、地下水水质保护以及GIS结合专家系统实现供水系统区域优化等众多领域[1、2],并将日益发挥更大的功效。

  GIS在供水系统中进一步开发应用的前景十分广阔。而跟踪GIS技术的发展,选择一个成熟、 优秀的GIS平台,对于许多用户来说则是至关重要的。目前,虽然国际上已推出了许多优秀的GIS工具软件,但使用国内自行开发的GIS工具软件具有明显的优势,不仅有较高的性能价格比,有汉字功能,而且便于系统的维护和升级。近年来国产GIS软件中,比较著名的有北京大学的Citystar和中国地质大学(武汉)的MAPGIS,前者在实现3S技术(GIS、RS、GPS)一 体化方面较为出色;后者在图形处理、空间分析及用户界面等方面更胜一筹,二者已被许多用户选为基础平台进行二次开发,并在用户使用与开发者研制的过程中日趋完善。

  3 结束语

  GIS作为世界性的高科技领域学科和技术体系已渗透到各行各业,而随之建立的各专业性的GIS软件所要解决的问题是专业性不够强,尤其是高层次的应用模型很少,而这在很大程上决定了GIS实用性的优劣与成败。当然GIS在各专业的综合、深化应用,首先要取决于地 理信息建模系统(Geographic Information Modelling System)的完善和支持,但同时更需 要专业人员的积极参与,尤其是在新一代组件式GIS的开发研制中,这样才能不断拓宽GIS在 本专业的应用范围,提高应用水平,使其由一个偏重于信息采集、管理、统计分析与处理的技术系统,逐渐发展成为功能强大的决策支持系统或专家系统,在未来的信息时代发挥更大的作用。


  参考文献:
  [1] Daene C Mckinney,David R Maidment,Mustafa Tanriverdi.Expert Geogra phic Information System for Texas Water Planning[J].Journal of Water Resources Planning And Management,1993,119(2).
  [2]Carol P Baker,Margaret Dein Bradley,Sofia M Kaczor Bobiak. Wellhead Protection Area Delineation:Linking Flow Model with GIS[J].Journal of Water R esources Planning And Management,1993,119(2).

 
 
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