基于GIS的城市供热管网检测管理系统.docx

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基于GIS的城市供热管网检测管理系统

基于GIS的城市供热管网监控管理系统

正文目录

1

背景

随着我国城市规模日益增大，城市信息化和数字化建设成为当务之急，基础信息的收集和整理工作已占据建设城市发展要求的重要地位，能否建立一个行之有效的信息系统已经成为共识。

城市集中供热是城市基础建设的主要组成部分，热力企业的管网不断地进行扩容和改造，同时对热力管网的规划、建设和管理提出了更高的要求。

尤其是近年来，城市建设与变迁日新月异，各种类型的管道的变更速度也在加快，大量的供热管网资料需要处理，而采用人工方法、借助图纸、各类卡片来管理城市供热管网，已越来越难以满足实际需要，面对这种形势，使用信息化技术，借助地理信息系统来进行供热管网的管理、管网设计及事故处理已势在必行。

供热行业是社会的窗口行业，供热质量的好坏直接关系到千家万户的冷暖，关系到人民的生活水平的提高和社会的安定，热力设施一般都具有时间跨度长、数量大、变化多、覆盖面广、与地理位置密切关联等特性，所以要实现对所有管线和设备的管理和应急分析绝非易事。

传统的管理模式下，信息数据要么作为纸张或光盘存放在档案柜里、要么在极少数人的头脑里，而且很多数据不完整、不准确，这就使得图档的查询、管理相对困难。

再加上企业人员流动等原因，更使得数据容易丢失、遗漏、破损。

由于管线资料的匮乏或不精确，从而造成地下管线施工时发生管线的意外事故；在运行事故发生时，更是无法提供准确的管线资料，进而造成调度、指挥和决策迟缓，以致产生难以预见的经济损失。

因此，如何有效地收集、整理和利用现存的资料已经成为迫切需要解决的问题。

GIS（地理信息系统）技术，正适合象供热这种区域分布广、管理层次多、设备和设施以及线路管理复杂的行业。

 基于GIS的供热管网监控管理系统，将热力企业的管理信息系统构建在GIS/Internet基础平台之上，其特点是针对供热企业进行了优化处理，将地理信息技术和管理系统紧密结合，能快速提供真实准确的供热管线资料，并能实现快速查询、事故紧急处理、管线设计、供热调度、营业收费等功能，为城市供热管网的日常管理、设计施工、分析统计、发展预测、规划提供可靠的、科学的依据。

2系统建设目标

1、实现对管网、设备、站等图档的可视化、规范化和网络化管理，实现资料的信息共享，提高资料的利用率和工作效率，减少管理人员的重复性劳动。

而且基于管网图形数据库的管网规划、建设和使用变得简单化、合理化、科学化。

2、解决集中供热管网运行状态监测，及时有效地获取网络运行数据，为供热管网的调度运行提供科学的依据；

3、及时、迅速地发现解决设备故障和缺陷，提高设备完好率，降低设备故障率，科学地安排维修、检修及生产运行管理工作，从而减少不必要的维修检修费用。

4、实现运行事故分析的辅助决策。

使用系统爆管分析，定位速度快、准确性高，而且能迅速查询到周围的管网、设备信息，加快公司对爆管等运行事故的反映速度，缩短了修复时间，减少对用户的影响，降低水（汽）损失。

5、实现对用户供热系统、用户资料方便快捷的查询。

在发生故障时利用影响用户的分析功能和用户测温管理功能，提升供热服务质量。

3技术路线

3.1以MapInfo作为图形支撑平台

MapInfo Professional是MapInfo公司主要的软件产品，是一套强大的基于Windows平台的地图化信息解决方案。

使用MapInfoProfessional，可以方便、直观的展现数据和地理信息的关系，其周密而详细的数据分析能力，可帮助用户从地理的角度更好地理解商业信息，辅助用户做出更具洞察力的分析和决策。

（1）MapInfo做为一种功能强大的图形软件，利用点、线、区域等多种图形元素，及丰富的地图符号、文本类型、线型、填充模式和颜色等表现类型，能将所需要的信息资料形象、直观地与地理图形紧密地联结起来，可详尽、直观、形象地完成电子地图数据的显示。

（2）系统提供了丰富有力的网络查询、检索及分析功能，提供网络应用中具有普遍意义的关阀搜索、最短路径、最佳路径、资源分配等功能，能将结果以图形或表格的方式显示出来，从而可以有效支持紧急情况处理和辅助决策。

（3）MapInfoMapX是低价高效、强大的ActiveX元件，提供了一种高度视觉化的方法，来显示和分析基於位置的资料，更有效地管理资源和运营。

MapXtreme是因特网、企业外部网和内部网的地图服务器，它可以使公司实现数据的地图可视化。

（4）二次开发手段丰富，技术支持直接有力，MapBasic是为在Mapinfo平台上开发用户定制程序的编程语言，它使用与BASIC语言一致的函数和语句，便于用户掌握。

通过MapBasic进行二次开发，能够扩展MapInfo功能，并与其它应用系统集成。

3.2以GPRS为通讯手段

现场数据采集分别采集用户端的温度、压力、流量、热量等现场热工参数，选择合理的通信方式既要考虑数据传输的实时可靠性，又要考虑供热管网监控系统通信网络构建的经济性。

GPRS（generalpacketradioservice）通用分组无线业务，是在GSM全球移动通信系统网络之上发展起来的，为用户提供高速的分组数据业务的一种新的网络。

GPRS技术是当今GSM网向3G移动数据通信网络过渡的关键技术，与GSM通信相比具有许多新的特点和优点。

1、传输速率高

在理论上，GPRS可以将最多8个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kB/s的带宽，从14.4kB/s到171kB/s，增大了10倍的传输速度，保证了更大数据的传输及更快的因特网接入。

2、接入时间短

分组交换接入时间缩短为少于1s，能提供快速即时的连接。

3、支持IP协议和X.25协议

GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议。

GSM网络覆盖面广，使GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。

4、网络安全性高

GPRS网络传送数据采用隧道技术。

隧道协议将其他协议大数据包重新封装后通过隧道发送传输到特定地址，从而屏蔽私有网络地址。

供热管网分布范围广、距离远，传统上依靠人工定期到现场抄读，数据实时性、准确性和应用性等方面都有很大不足，人工成本也比较高。

供热管网监控管理系统中通信数据主要有两类：

一类是周期性的召测数据，如定点时刻的运行参数；另一类是突发性的数据，如现场检测仪表的报警信息，这两类数据规模都不大，每帧数据远小于1kB，GPRS网络的带宽完全可以满足传输要求，GPRS网络信道共享的特点和按流量计费方法从技术上和经济上均可以保证监测终端时时在线。

以下为采用GPRS通讯手段的现场监控参数采集的网络体系图。

4系统功能

本系统是在完善的地图数据支持下，集WEB　GIS和MIS于一体，两者合理融合的综合性应用管理软件。

主要应用模块包括管网图形制作、基础数据编辑、查询、统计、现场热工数据采集、用户管理、故障分析、设备检修管理、缴费管理等，尤其是将故障分析功能通过B/S方式实现，为决策调度提供依据，增强管网故障抢修的应变能力。

4.1固定资产管理子系统

供热生产过程中涉及的供热设施、设备种类多、数量大，固定资产的管理难度较大，需要大量的人力物力完成登记、管理、调拨、闲置、报废等处理工作。

通过在热网地理信息系统建立固定资产数据库，完成固定资产的登记、管理、调拨、闲置、报废等处理工作，有关人员可以查询固定资产的使用情况，对固定资产实现必要的统计、汇总工作。

对使用中的设备，可以在网上显示分布情况，并可以查询到设备的技术档案、按照规定的折旧率进行折旧。

由于热力管网的管理与地理位置有关，所以系统中将城市地形图（包含道路、建筑物等）作为背景图显示，将管理过程中的有关资料全部录入系统。

对热源、管网、换热站、设备的信息内容以属性信息来显示。

设备说明书等图片、技术资料内容作为一个附属文件，加入到系统中。

管网竣工资料主要包括设计说明、图纸目录、图例、设备材料表、管网平面图、管线断面图、井室详图及其它设备详图等。

4.2管网基础数据编辑子系统

管网输入编辑子系统提供方便的网络输入的手段，构造网络拓扑关系，建立与管网元素相关的属性数据库和提供供热管网的图形属性编辑工具。

根据管线竣工图纸，快速制作管网电子地图，录入企业的管网、设备等设施图形数据和属性数据。

1、属性数据输入　　

Ø按照供热管网各组成成分进行属性输入、储存和更新

Ø提供可视化的编辑功能

Ø能够方便地提取指定内容，供其他用户编辑、修改。

Ø将经过审核的数据导入网管基础数据库；

2、空间资料转入

Ø可由空间数据库读入　　

Ø可由电子手簿直接读入　　

Ø能够读入其他标准格式的地图数据文件，并转换为系统可使用的数据；

Ø对录入、转入或修改的数据进行审核；

3、管网编辑及设计　　

Ø对管线、管点参数和属性的各种操作和统改

Ø能方便、简捷的对管线、小室、节门等设备的地图数据和相关数据（位置、编码、名称）等进行制作、编辑、修改和维护

4.3在线数据采集

实现各换热站和蒸汽用户现场参数的采集、调度室与各换热站和蒸汽用户的数据实时通讯控制，对运行工况进行系统的分析判断，实现量化管理；

热网监测系统由现场仪表、数据传输单元和监控中心三大部分组成：

（1）现场仪表及控制单元通过智能仪表及控制器采集压力、温度、瞬时流量、累积流量、运行、停止等参数信息，通过工业总线将数据送往数据传输单元。

（2）数据传输单元：

数据传输单元包括GPRS、CDMA、数传电台、专线等传输方式，其中以使用GPRS/CDMA通讯方式较为广泛，使用GPRS/CDMA通讯方式主要是通过DTU通信模块进行传输。

通过对DTU通信模块进行配置，DTU通信模块收到现场仪表及控制单元发来的数据后，监控中心。

 （3）监控中心：

主要由专线宽带网络、防火墙、路由器、数据中心服务器、客户机、网关组成。

数据中心服务器通过专线宽带网络与数据传输单元建立网络链接，从而保障数据中心服务器与现场仪表及控制单元的数据交换。

数据中心服务器接收现场仪表及控制单元数据并进行过滤、运算、历史存储等一系列加工后形成趋势、报表、饼图等分析工具并进行打印等。

监控中心的核心是一台工控机和数传设备，工控机可以挂接在用户的计算机局域网上实现信息共享，数传设备则负责工控机和现场仪表的数据交换。

工控机将采集到的热用户的有关数据进行整理，换算后，存入实时数据库，以供操作人员随时查用，并通过网页浏览方式提供给公司决策部门及其他用户。

1、实时召测

当操作人员想了解某一子站的现场参数时，可以通过实时召测功能，选定要召测的站点，对现场数据进行不间断的召测，1分钟（可设定）取一次数。

2、动态巡检

当用户想了解各个站点的现场情况时，可以通过动态巡检来实现。

动态巡检轮流显示各个站点的现场情况，巡检结果采用表格形式显示出来。

可以设置巡检的时间间隔（每五分钟或十分钟一次）

3、故障处理和报警功能。

现场出现故障时（比如停电），数据采集终端自动向控制中心报警，数据超限可进行报警，报警方式为窗口提示、声音报警等。

报警需操作员应答进行解除。

强制操作人员对此进行处理，任何时候都不可能忽略报警，防止故障扩大化。

4.4热力设施故障与检修维护管理

在每个需要巡检采集数据的调压器场所安装一个对应的感应式的信息点，配置若干手执式数据采集器，采集器软件提供以巡检日期，站点，模板，巡检人，设备类型等方式进行检索，生成多种报表；提供指定时间段内，或站点、设备类型、模板的巡检情况统计报表，可以对设备的运行状态进行分析和统计。

运用GIS（地理信息系统）技术，以该地区地图为基础，准确地标注出需巡检管理的相关设备的位置，从而方便的进行定位查询与管理

系统能记录检修及故障的历史记录，操作人员可以根据需要随时查看和添加故障和检修记录，并按规定制定年度检修计划、生成年度故障统计报表。

Ø提供设备检修计划

Ø提供任意两个节门之间的设备列表

Ø管网运行设备的工作状况监测

Ø维护管网拓扑完整性和数据一致性，管理管件维修记录，及时发出管件更换预警。

4.5用户管理及经营收费子系统

热费是供热行业的一大经济收入，是解决冬季居民供热以及供热设备维修的供热行业唯一经费来源。

供热收费管理工作的质量影响并制约着冬季供热工作的质量，也直接影响着供热企业的声誉。

因此应用计算机提升收费效率是系统的重要组成部分。

1、热用户信息管理

根据供热企业管理到户的特征，系统对建筑物的立面、标准平面图、楼内用户信息进行详尽描述。

用户报修时，可以查看用户测温记录、是否欠费等状况，这对于故障的辅助判断、用户报修的检修监督都起到一定的作用。

Ø热用户基本信息

Ø建筑物信息及收费面积

Ø热用户表计信息

2、热费收缴管理模块

  建立和维护用户信息资料；办理用热户缴费业务；对收费票据进行全方位管理；对历年陈欠热费进行管理；对用热户进行缴费查询及热费催缴；按时按地对缴费情况进行统计、汇总、报表。

3、经营状况审核、分析模块

  经营决策支持系统；借助GIS系统，在地理图形上实现热费收缴统计分析；进行供热经营成本分析；对面积、计量用热量表读数（用热量）、开具票据进行稽查管理以及同银行进行热费帐务核对；权限及系统数据安全管理。

4.6运行事故处理系统

事故是指供热管网中突发的爆管或泄漏等。

这类事故会造成较大损失。

所以事故发生后及时制定事故处理方案是非常重要的。

本系统能对整个管网进行连通性分析，并可以根据需要，开关阀门。

地理信息系统的爆管分析功能在发生爆管时，操作人员只需要用鼠标点击爆管处，系统将自动搜寻有关阀门、入户井、建筑物、管网及停热用户等，并进行分析，最后将给出关闸方案、并将影响的建筑物、管网以醒目颜色表示。

管理人员根据计算机给出的解决方案，就能在图上快速地定位到发生爆管的位置，可以查看爆管处的管线、设备资料，关闭相关阀门

能自动生成抢修单，制定出合理的处理方案，以便及时排除故障。

（1）爆管分析功能

Ø根据爆管点显示多级节门操作方案

Ø显示供热影响范围及供热面积

4.7查询与统计子系统

此项功能是基于已经录入的管网、站、设备等数据而进行的查询与统计。

可以根据已知的查询条件快速查询到符合条件的管网、设备等；也可以输入统计条件形成统计报表。

总体统计主要是统计热力公司的热源（站）数量和负载、井室的数量、不同设备类别设备的数量，不同管径管线的总长度。

Ø提供地图显示查询；

Ø提供管线、小室、节门的位置、走向和相关属性信息查询；

Ø通过管线、小室、节门名称查询其位置、走向和相关属性；

Ø通过电子地图检索管线、小室、阀门的基本信息；

Ø通过电子地图或小室的名称和编号显示小室内的设备图等；

Ø根据用户要求，可以对地图上的多种信息进行交叉查询、组合统计； 

Ø系统可以针对某一站点、整个系统自动做出日报表、月报表、年度报表等汇总报表。

日报表列出一天24小时的累计流量以及用水（汽）量，累计停电时间等情况；

4.8后续扩展功能

4.8.1GPS数据导入/导出功能

通过GPS测量所得的管线、小室的原始数据能够方便地转入本系统，增加到现有的电子地图中；为了反查设备的地理位置，系统能够方便地为GPS系统提供设备的地理位置数据。

在GIS部分，以该地区的道路，地形图为基础，通过对调压器的实地GPS定位将设备位置标注在地图上，通过GIS模块里可以对设备进行空间分析。

4.8.2设备巡检

整个解决方案以Ti感应式电子标签，手持式带键盘、液晶屏数据采集器，远程电话线数据下载器，网络化的系统管理软件为核心。

巡检人员携带手持式数据采集器按计划开展巡检，到达指定设备后先读取设备的电子标签，采集器会自动显示该设备的名称，并自动进入数据输入和事件选择界面，巡检人员根据设备的状态，完成数据和时间的输入，巡检人员回到站点，将数据上传到服务器，系统管理软件自动对数据进行分析，生成各类报表，各管理部门可以以网页的方式实时查看数据。

系统通过电子标签实现了对设备的识别，对每次巡检实施时间的记录，可以方便地考核设备的巡检质量；对巡检中采集的设备数据和状态，由系统管理软件进行自动的分析和处理，可以方便的掌握设备的运行状态；结合电子标签和GIS模块，可以方便的实现对设备的台帐管理。

4.8.3热力设施规划系统

将热用户数据和图形输入系统数据库，利用系统提供的处理工具可快捷、准确方便的计算出热用户规模，同时了解已供热和未供热用户的动态变化情况，完成供热设施的规划设计管理工作。

规划设计完成后，保存在系统数据库中，用于指导供热设施的管理。

5结语

就目前供热信息化发展的趋势和全国城市数字化建设的进程来看，加快和提高供热GIS应用系统的建设，是热力企业提高管理水平、提高服务水平、提升供热产业水平的技术发展的需要，也是国家整体信息化发展的必然趋势。