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                              城市集中供热管网地理信息系统解析

                              时间:2014-10-11 10:30来源:未知阅读:

                               

                              1 引言
                                城市集中供热是我国北方冬季采暖的主要方式。随着城市的开发步伐的加快,热力管网不断地进行扩容和改造,这就对热力管网的规划、建设和管理提出了更高的要求。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,热用户具有分布区域广、分支多等特性,多个热源环状网络,所以热力设施的管理非常复杂。传统的管理模式下,信息数据分散存放,存在数据不完整、名称不统一、某些规范不一致、数据丢失等情况,导致供热管网信息资源无法共享,进而造成供热管网运行过程中调度、指挥和决策迟缓等管理难度。因此,迫切需要利用现代化信息技术对城市集中供热管网和设备的统一管理,降低运行成本,提高供热服务质量,加强热源及供热设施管理,提高设施利用率,节约投资,这就给城市供热的经营开发工作、生产运行方式和设施管理方法提出了新的课题,而地理信息系统则为这一问题提供了最佳解决方案。

                              2 城市集中供热管网管理模式设计
                                城市集中供热管网地理信息系统的总体建设目标是实现城市集中供热管网资源的集中管理、统一调配、资源共享,通过综合运用计算机技术、网络通信技术、地理信息技术,建立城市集中供热管网的日常管理、运行维护、应急指挥的软件工作平台。使得集中供热管网的管理模式从分散化、人工化的传统管理进入到集中化、智能化的信息模式,通过集中供热管网地理信息系统的建设,供热管网管理部门和供热企业不仅可以直接在计算机上查看供热管网的空间分布形态、运用空间分析工具进行供热管网的规划设计、维护管理,同时,地理信息系统与业务系统的一体化设计和融合,使得供热管网管理部门和供热企业能够在统一的工作平台上实现基于空间位置服务的行政管理和业务管理,从整体上降低管理成本,提高供热管网运行效率。
                                在充分调研当前供热管网行政管理和业务流程的基础上,针对供热管网设计、运行、维护等各阶段中管理模式分散化、粗放化、管网图档资料准确性、完备性差等问题,提出了全新的供热管网管理模式,即“统一指挥、综合协调、分级负责、专业处理”的动态网络化管理。在这一模式中,建立基于地理信息系统的供热管网数据资源中心,负责城市范围内供热管网空间数据、设计施工图档资料的采集、处理、管理,为供热管网的一体化管理提供数据基础;成立供热管网管理指挥中心,负责城市供热管网综合管理的指挥、协调,以供热管网管理指挥中心为核心,供热公司为节点、各级供热站为子节点,运行维护班组为具体实施实体,形成树型供热管网管理组织机构,该组织机构如图1所示。
                              城市集中供热管网地理信息系统解析
                               图1 组织机构图
                                在这一组织机构之上,可以快速构建面向供热管网运行维护的管理流程,如图2所示。
                              城市集中供热管网地理信息系统解析
                               图2 管理流程图
                                从图2可以看到,供热管网管理指挥中心是整个管理流程中的核心节点,所有的数据和业务指令都从这里发出或汇总。具体来说,通过接受公众的来电来访,以及管网巡查班组的日常巡查信息,指挥中心能够快速获得供热管网当前的运行状态;通过数据资源中心提供的空间信息和管网图档资料,指挥中心能够迅速判定供热管网具体位置,以及当前是否处于正常运行状态,如果不是,则能够制定出最佳维护方案,并下达维护方案给管网所属的供热公司。当接到供热公司反馈的维护信息后,指挥中心反馈给公众最新的管网运行状态,并将维护信息备份到数据中心。
                                供热公司是管理流程中的二级机构,负责维护方案的组织和实施。具体流程为:获取指挥中心下达的维护方案后,利用数据中心提供的管网综合数据,调配相应的人力、物力和设备资源,结合下辖供热站的分布情况和职责范围,将任务分解到各个供热站。当供热站完成维护任务并上报后,供热公司核实任务后,将信息反馈给指挥中心,并将管网维护后的更新数据提交给数据中心。
                                供热站是管理流程中的具体实施机构,在获取供热公司下达的维护任务后,将具体的工作任务下达给当班的维护班组,执行管网维护任务。任务完成后,及时向上级汇报。

                              3 城市集中供热管网系统设计
                              3.1 总体框架
                                通过供热管网管理组织机构的建立以及相应的管理流程的重构,给出了面向供热管网设施资源维护的供热管网地理信息系统总体结构,如图3所示。
                              城市集中供热管网地理信息系统解析
                              图3 系统总体框架
                                系统总体上分为五层,即软硬件支撑层、数据层、系统管理层、运营维护层和应用层。其中软硬件支撑层为整个系统的运行提供了软硬件支撑环境;数据层包括了各专题数据库和提供数据库访问的数据驱动工具及数据引擎;系统管理层包括了两个部分:数据管理平台和数据分析平台,分别提供了基于管网数据模型的管理和分析工具;运营维护层为各专业子系统提供专题应用服务和软件开发框架;应用层包括了四个子系统,内容如下:
                                (1)流动巡查子系统。该子系统是一个嵌入式手持终端,能够为管网巡检及维修人员提供移动办公服务,包括巡查线路设计、踏勘现场空间位置查询,管网详细信息,如管网属性、工程图纸、历史维护记录查询等,管网故障报送等功能。
                                (2)指挥中心子系统。该子系统运行于供热管网管理指挥中心,提供管网故障受理、巡查指令下达、维护案件立案、维护方案制定和下达、维护信息汇交、管网运行综合评价等功能模块。
                                (3)设施维护管理子系统。该子系统运行于各供热公司内部,提供各供热公司管辖范围内管网设备的台账管理、运行监控管理、管网规划设计分析。管网空间分析、应急决策服务等,为各供热公司对供热管网设施维护、维修方案制定提供科学依据。
                                (4)数据资源管理子系统。该子系统运行于供热管网数据资源中心,负责城市范围内的集中供热管网各类数据资源的管理,包括管网数据的入库、编辑、质检、分发、查询统计等功能模块,为整个供热管网地理信息系统提供数据支持服务。
                              3.2 数据库结构
                                集中供热管网地理信息系统是一个集管网设施维护、业务管理、空间决策服务于一体的大型综合性空间信息系统,为了满足多样化的应用服务,系统的数据应当包含上述功能模块涉及到的各类数据资源,同时应当具有良好的逻辑结构。根据以上分析,集中供热管网地理信息系统的数据库包括如下几个方面的内容:
                                (1)地理空间数据库。地理空间数据库主要包括大比例尺全要素地形数据、环境空间分布数据。人口空间分布数据等,为整个系统提供精确的空间参考框架。
                                (2)供热管网数据库。供热管网数据库主要包括两个部分:供热管网空间数据,如供热站、管线、阀门、补偿器等;管网档案资料数据,如管网设计、施工、竣工、改造图纸、文件等,为供热管网运行维护提供空间位置信息和原始档案资料。
                                (3)运维管理数据库。运维管理数据库主要包括设备台账数据、设备实时监控数据、管网维护案卷数据、组织机构数据等。
                              3.3 关键技术
                                (1)服务式GIS技术
                                服务是为其他应用程序提供数据和服务的应用程序逻辑单元,在基于SOA(Service-Oriented Architecture)架构的系统中,具体应用程序的功能是由一些遵守一组协议的松散耦合的服务组合构建起来的。服务式GIS(Service GIS)采用面向服务的架构方法,把GIS的全部功能封装为Web服务(Web Service),从而实现了被多种客户端跨平台、跨网络、跨语言地调用,并具备了服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的GIS服务。在集中供热管网地理信息系统中,将数据资源中心的基础空间数据和管网空间数据以及管网空间分析功能都封装为服务,供各业务部门的应用程序终端调用,实现网络、跨平台的管网空间数据共享和功能共享。
                                (2)供热管网实时监控技术
                                供热管网的故障精确诊断需要实时的管网运行工况,如管网压力、温度、流量等。解决这一问题的关键是对供热管网的实时监控。一个典型的实时监控系统涉及到三方面的技术,一是数据的现场采集及控制。技术原理一般是通过现场的压力、温度等信息通过传感变送器变换为标准电信号,输送到PLC中,再由PLC上传至监控中心。同时,PLC可以接受来自监控中心的指令,以控制现场的阀门和加压泵等;二是数据的远程传输,完成现场监控点与监控中心的数据传输。由于GPRS采用无线的分组交换传输模式,每个用户可同时占用多个信道,同一信道可为多个用户共享,资源利用率高、传输率高、永远在线、接入速度快,因此适合于间断的、突发性的和频繁的数据传输,是供热管网监控数据传输的理想模式;三是监控中心的实时监控,包括数据服务器和监控计算机两部分。数据服务器负责数据库管理,用于存储和管理现场采集的数据,并提供数据访问服务。监控计算机负责采集现场站点数据和发送控制指令,通过多串口卡和现场进行数据交换。
                                (3)供热管网网络分析技术
                                在供热管网设计阶段,需要对管网拓扑结构设计、管段容量设计等,进行可靠性评价;在供热管网运行阶段,需要对水力工况等状态值进行分析和计算;在供热管网维护阶段,需要对关停阀门、影响区域进行分析和方案制定,这些都离不开供热管网网络分析技术。供热管网网络分析技术以数学中的图论为基本理论,将输配管网抽象成“管网图”,它具有管长、管径等结构属性;流量、压降等水力属性;节点、分支等拓扑属性,通过网络连通性分析、通达性分析等网络分析方法,可以解决供热系统的连通可靠度、流可靠度分析评判问题。在构建“管网图”的基础上,结合流体网络的有关定理定律,建立供热管网水力工况的数学模型,可以对供热管网进行水力平衡研究和仿真。

                              4 结语
                                 建立城市集中供热管网地理信息系统能够有效整合城市集中供热管网管理过程中的各项资源,统一指挥、统一调配、统一利用,减少管理环节,提高管理效率。但是,城市集中供热管网地理信息系统的建设是一个复杂的系统工程,不仅涉及到技术问题,而且涉及到政府行业管理部门和各企业之间的组织关系,在系统的建设和实施过程中,应当重点解决如下几个问题:
                                (1)加快制定供热管网相关数据标准体系和数据交换体系。供热管网管理中涉及到大量的数据,如管网空间数据、档案数据、工况数据等,目前还没有关于供热管网数据的行业标准和规范。因此,在系统建设初期,就应当加强数据标准体系、数据交换体系建设,对供热管网数据的存储结构、存储内容,以及采集、管理、更新、共享的作业流程、标准等进行统一和规范。
                                (2)建立适应城市集中供热管网地理信息系统的组织机构和管理模式。城市集中供热管网地理信息系统成功实施的前提是建立一套全新的组织机构和管理模式。这种新的管理机构横跨多个部门,包括供热管网行业主管部门、供热企业、热网用户等,在这一组织机构下,形成“统一指挥、综合协调、分级负责、专业处理”的管理模式。
                                (3)按照相关标准规范进行开发建设。城市集中供热管网地理信息系统建设是一个复杂的系统工程,在系统建设和实施中,严格遵照软件工程的相关规范和方法,实施信息系统项目管理和监理制度。在涉及到空间数据库和空间数据共享建设中,要注重GIS相关标准的执行。
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