基于云GIS供排水管网管理方法与流程

基于云gis供排水管网管理方法
技术领域
1.本发明属于管网管理技术领域，具体为基于云gis供排水管网管理方法。


背景技术：

2.水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要，只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。有很强的系统性和综合性。单项水利工程是同一流域，同一地区内各项水利工程的有机组成部分，这些工程既相辅相成，又相互制约；单项水利工程自身往往是综合性的，各服务目标之间既紧密联系，又相互矛盾。水利工程和国民经济的其他部门也是紧密相关的。规划设计水利工程必须从全局出发，系统地、综合地进行分析研究，才能得到最为经济合理的优化方案。
3.供水工程中向用户输水和配水的管道系统，又称给水管网。它包括输水管渠、配水管网、加压泵站、水塔、水池和管网附属设施等。从水源地到水厂的管渠只起输水作用，称输水管网；自水厂出来的管道称配水管网。配水管网中主要起输水作用的管道称干管，从干管分出起配水作用的管道称支管，从支管接通用户的称用户支管，供水管网的布置有枝状和环状两种基本形式。前者干管和支管分明，形成树枝状；后者管道纵横相互接通形成环状。供水管网由众多水管连接而成，水管材料可分非金属管（钢筋混凝土管、塑料管、加强玻璃纤维管、钢塑复合管、钢套筒预应力钢筋混凝土管等）和金属管（铸铁管、球墨铸铁管、钢管等），各管段的管径由流量及流速两者决定。在流量一定时，如选用的流速大，则管径小，管路造价低。但流速大会导致水头损失大，又会增加水塔高度及水泵运行的经常费用；反之，如果选用的流速小，则管径大，虽然可以减小水头损失和经常运营费用，但增加了管路造价。所以在确定管径时应作经济比较使供水总成本最低。传统方法是应用经济流速，现代方法是用优化设计方法，为了保证供水管网的正常运行、消防需求和维护管理工作，管网上必须装设各种必要的附件，例如在适当的位置安装阀门、消火栓，在管道高处装设排气阀，在管道低处设置排水阀等。管网上还有各种附属构筑物，如管道的基础、支墩、阀门井、倒虹吸管、管桥等。为调节供水管网内的流量，降低管网的造价和运行费用，常设置清水池、加压泵站、水塔、高地水池等调节构筑物。
4.常用的给水管材料有铸铁管、钢管和预应力混凝土管。小口径可用白铁管和塑料管。金属管要注意防腐蚀，铸铁管常用水泥砂浆涂衬内壁，从供水点(水源地或给水处理厂)到管网的管道，一般不直接向用户供水，起输水作用，称输水管。管网中同时起输水和配水作用的管道称干管。从干管分出向用户供水的管道管径为100或150毫米，起配水作用，称支管。从干管或支管接通用户的称用户支管，管上常设水表以记录用户用水量。消火栓一般接在支管上，给水管网中适当部位设有闸阀。当管段发生故障或检修时，可关闭适当闸阀使它从管网中隔离出来，以缩小停水范围。闸阀应按需要设置，但闸阀愈少，事故或检修时停水
地区愈大。当管线有起伏，或管道架空过河时，在管道的隆起点需设排气阀，以免水流挟带的气体或检修时留在管道中的气体积聚，影响水流。在管道的低凹处常设排水阀，用以放空水管，小型给水管网或大型给水管网的边缘地区，用水总量虽少，但流量变化较大，设置调节构筑物可降低管网造价和运行费用。再者，大型管网的水头损失很大，致使管网起端和末端的压力相差悬殊，如在管网中适当地点设置增压泵站，可以减小泵站前管网的压力，降低输水能耗和费用，并改善管网运行条件。此外，在地面高程相差甚大的丘陵地区或山区，为均衡管网的水压，常按地形高低分区供水。低区管网和高区管网可以串联，在前者末端设置增压泵站以供应后者；也可以并联，同时从供水点向低区和高区管网供水，给水管网的干管呈枝状或环状布置，如果把枝状管网的末端用水管接通，就转变为环状管网，环状管网的供水条件好，但造价较高。小城镇和小型工业企业一般采用枝状管网，大中型城市、大工业区和供水要求高的工业企业内部，多采用环状管网布置，设计时必须进行技术和经济评价，得出最合理的方案，近代大型给水系统常有多个水源，有利于保证水量、水压，并且供水既经济又可靠，随着社会的发展，用水量在不断增加，而优质水源却由于污染而减少，于是出现了分质供水的管网，即用不同的管网供应不同水质的水。
5.gls即地理信息系统，它是一种集采集、分析、显示、应用、管理及存储地理信息于一身的计算机系统，作为通用技术，gis可以对大量的地理数据进行分析及处理，它具有空间分析及可视化表达的强大功能，与具有数据量较大、关联地理位置以及区域性强等特点的供水管网信息管理相适应，因此被广泛应用到了城市供水管网的信息管理系统建设当中。
6.例如中国专利文献“一种城市中多水源安全供水的管理方法”专利号为（cn201310568872.3），该方案中指出现有供水系统和供水管网的管理现状已远远跟不上城市的建设和发展，采用有效的供水质量管 理手段和改善管网的管理，已成为保障供水安全的重要途径。haccp技术作为一种鉴别、评 价和控制对食品安全至关重要的危害的质量管理体系，现已成为通行全球的食品卫生质量控制概念，haccp旨在从生产的过程中对危害进行有效预防和控制，是一种全过程的管理体系。将haccp原理应用到城市多水源调配中，对提高城市供水的安全性和管理水平有着重要 的意义；通过对城市供水资料进行搜集整理的基础上，通过实地现场考察，明确供水责任 区，并在此基础上建立供水系统数字化管网，根据水利水质特质计算模型确定关键点位置，制定关键控制点的关键限值，明确关键点控制措施，建立多水源城市安全供水管理系统，为关键点危害控制提供基础数据支持。
7.但在基于云gis供排水管网管理应用中，通常是以经验判断和简单推理计算的方式进行的，缺乏相应的技术辅助工具对管网当前状态、不同阶段的管网数据进行有效的管理与科学评估，管网中各功能项目各司其职，使整个流程中缺乏有效联动性，无法通过差异化计算评估的方式预测风险，使事故易出现滞留现象，提高其安全隐患，因此需一种基于云gis供排水管网管理方法来解决上述问题。


技术实现要素：

8.（一）解决的技术问题为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了基于云gis供排水管网管理方法，解决了缺乏相应的技术辅助工具对管网当前状态、不同阶段的管网数据进行有效的管理与科
学评估，管网中各功能项目各司其职，使整个流程中缺乏有效联动性，无法通过差异化计算评估的方式预测风险，使事故易出现滞留现象，提高其安全隐患的问题。
9.（二）技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于云gis供排水管网管理方法，包括以下步骤：s1、通过感知生成单元中信息自动生成模块与地面节点进行通信，使管网终端节点为能被独立寻址的网络端口，通过感知生成单元中信息手动生成模块使现场人工采集信息并且通过通讯模块上传管网终端；s2、当对不同排水监测点的节点数据进行收集时，将各地面节点的数据信息导入gis服务器的地理信息系统以得到各地面节点管网分布图，管网分布图显示不同排水管道类别并且进行显示或隐藏；s3、针对管网分布图的展示能够对分布图进行渲染设置，渲染设置可对显示的公共参数、帧缓冲区、全局开关、类型及场景背景色选项进行自定义设置，通过管道和各设备仪器的不同类型进行选择不同的颜色进行显示，显示不同范围参数的数值，并通过管网分布图的图例来指定显示；s4、根据管网分布图中获取的各项信息，建立模拟预测模型，将当前监测数据录入模拟预测模型中，模拟计算各监测点的水动力运行状态，根据模拟结果及管道的标准承受压力预测监测点是否出现爆管现象，若是则进行报警爆出，若否，则处于正常监测工作状态；s5、建立标准数据库，标准数据库包括历史监测信息储存区域及标准监测信息，将获取流量数据、水压数据和水质数据与标准监测数据进行差异化计算，将计算得出流量数据差、水压数据和水质数据通过评估指标体系来判断风险等级；s6、根据上述评估信息，获取形成事故风险事件及对应的数据特征量与预案生成单元进行匹配，重新设计管网布局调整方案，并且通过模拟预测模型重新模拟实验，判断当前实施方案是否可行。
10.作为本发明的进一步方案：所述s1中管网终端节点通过有线或无线方式与地面节点连接组成管网传感网络通道。
11.作为本发明的进一步方案：所述s1中地面节点包含电磁阀、流量计、水压监测仪、调节阀和水质监测仪，并通过不同监测点对其进行设定编号。
12.作为本发明的进一步方案：所述s1中通讯模块中通讯网络包括移动通讯网络、internet广域网、通信光纤管线scada/dcs网络。
13.作为本发明的进一步方案：所述s3中管网分布图中显示信息包含电磁阀、流量计、水压监测仪、调节阀和水质监测仪的闭/合状态及流量信息、水压信息和水质信息。
14.作为本发明的进一步方案：所述s4中模拟预测模型的构建方式如下：s401、根据已有排水管网数据中的相关空间数据和属性数据，进行管网节点的汇水区的划分，拓扑检查及修正；s402、构建地面节点-管线-汇水区之间的空间网络对应关系，并生成模拟预测模型并且模拟所需的相关输入参数，进行模型参数的识别与验证。
15.作为本发明的进一步方案：所述s5中评估指标体系包括不同监测信息的数据特征
量对应的风险及事故信息，通过与标准数据库进行参照匹配，使不同数据特征量对应某个事故风险信息，通过自行新增或导入事故风险事件，形成事故风险a、事故风险b...事故风险n。
16.作为本发明的进一步方案：所述无线/有线传感器设于不同排水监测点，用于监测不同排水监测点的地面节点数据。
17.作为本发明的进一步方案：所述管网终端外部的中部设置有防护罩，所述管网终端的上表面卡接有五个冷却管，所述冷却管外壁的中部设置有若干个散热片，五个冷却管的中部卡接有同一个隔板，所述隔板的下表面与管网终端的上表面固定连接，所述隔板的正面和背面分别与防护罩内壁的相对面固定连接，五个冷却管的左端均与水泵的输出端相连通，所述管网终端的左右两侧面均设置有冷却箱，所述水泵的输入端与左侧的冷却箱的上表面相连通，五个冷却管的右端均与储水盒的左侧面相连通，所述储水盒的下表面与右侧的冷却箱的上表面相连通，对应五个冷却管相互靠近的一端均通过导热管相连通，五个导热管均卡接在管网终端内壁的底部。
18.作为本发明的进一步方案：所述防护罩内壁的上方卡接有防尘网，所述冷却箱的右侧面设置有制冷片，所述冷却箱正面的上方和下方分别设置有进水阀和排水管，所述管网终端上表面的左右两侧均卡接有连接罩，所述连接罩内设置有散热风扇，两个散热风扇位于若干个散热片的下方，所述冷却管为凸形设计。
19.（三）有益效果与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明中，通过建立模拟预测模型，将当前监测数据录入模拟预测模型中，模拟计算各监测点的水动力运行状态，根据模拟结果及管道的标准承受压力预测监测点是否出现爆管现象，若是则进行报警爆出，若否，则处于正常监测工作状态，将获取流量数据、水压数据和水质数据与标准监测数据进行差异化计算，将计算得出流量数据差、水压数据和水质数据通过评估指标体系来判断风险等级，获取形成事故风险事件及对应的数据特征量与预案生成单元进行匹配，重新设计管网布局调整方案，并且通过模拟预测模型重新模拟实验，通过对供排水管网进行标注化、数字化管理，利用监测数据进行评估并且进行预测，制定工程方案决策和优化调度方案，提高管理效果的同时避免出现事故滞留现象，降低生产安全隐患。
20.2、本发明中，通过将各地面节点的数据信息导入gis服务器的地理信息系统以得到各地面节点管网分布图，管网分布图显示不同排水管道类别并且进行显示或隐藏，针对管网分布图的展示能够对分布图进行渲染设置，通过管道和各设备仪器的不同类型进行选择不同的颜色进行显示，显示不同范围参数的数值，提高其信息预览效果，对不同类型的管网进行设定，查看更为直观明了，其次通过与模拟预测模型中模拟结果之间的相互配合，用户根据提示信息能够提早作出预防措施，避免爆管带来的水资源浪费。
21.3、本发明中，通过设置冷却管、散热片、制冷片、水泵、导热管和散热风扇，由于管网终端长时间工作，在对管网终端进行散热时可通过驱动水泵和散热风扇工作，冷却水与管网终端侧壁接触并且进行导热，热量通过冷却箱及散热片处时，制冷片有效实现对冷却箱内水进行换热的目的，其次通过散热风扇向散热片吹拂，进一步提高对管网终端的散热效果，避免因管网终端长时间工作出现高温而导致发生故障，提高管网终端工作稳定性。
附图说明
22.图1为本发明的流程示意框图；图2为本发明管网终端立体的结构示意图；图3为本发明管网终端立体的剖面结构示意图；图4为本发明冷却箱立体的结构示意图；图中：1、管网终端；2、防护罩；3、冷却管；4、散热片；5、隔板；6、防尘网；7、水泵；8、冷却箱；9、制冷片；10、进水阀；11、排水管；12、储水盒；13、连接罩；14、散热风扇；15、导热管。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
24.如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：基于云gis供排水管网管理方法，包括以下步骤：s1、通过感知生成单元中信息自动生成模块与地面节点进行通信，使管网终端1节点为能被独立寻址的网络端口，通过感知生成单元中信息手动生成模块使现场人工采集信息并且通过通讯模块上传管网终端1。
25.s2、当对不同排水监测点的节点数据进行收集时，将各地面节点的数据信息导入gis服务器的地理信息系统以得到各地面节点管网分布图，管网分布图显示不同排水管11道类别并且进行显示或隐藏。
26.s3、针对管网分布图的展示能够对分布图进行渲染设置，渲染设置可对显示的公共参数、帧缓冲区、全局开关、类型及场景背景色选项进行自定义设置，通过管道和各设备仪器的不同类型进行选择不同的颜色进行显示，显示不同范围参数的数值，并通过管网分布图的图例来指定显示。
27.s4、根据管网分布图中获取的各项信息，建立模拟预测模型，将当前监测数据录入模拟预测模型中，模拟计算各监测点的水动力运行状态，根据模拟结果及管道的标准承受压力预测监测点是否出现爆管现象，若是则进行报警爆出，若否，则处于正常监测工作状态。
28.s5、建立标准数据库，标准数据库包括历史监测信息储存区域及标准监测信息，将获取流量数据、水压数据和水质数据与标准监测数据进行差异化计算，将计算得出流量数据差、水压数据和水质数据通过评估指标体系来判断风险等级。
29.s6、根据上述评估信息，获取形成事故风险事件及对应的数据特征量与预案生成单元进行匹配，重新设计管网布局调整方案，并且通过模拟预测模型重新模拟实验，判断当前实施方案是否可行。
30.s1中管网终端1节点通过有线或无线方式与地面节点连接组成管网传感网络通道。
31.s1中地面节点包含电磁阀、流量计、水压监测仪、调节阀和水质监测仪，并通过不同监测点对其进行设定编号。
32.s1中通讯模块中通讯网络包括移动通讯网络、internet广域网、通信光纤管线scada/dcs网络。
33.s3中管网分布图中显示信息包含电磁阀、流量计、水压监测仪、调节阀和水质监测仪的闭/合状态及流量信息、水压信息和水质信息。
34.s4中模拟预测模型的构建方式如下：s401、根据已有排水管11网数据中的相关空间数据和属性数据，进行管网节点的汇水区的划分，拓扑检查及修正。
35.s402、构建地面节点-管线-汇水区之间的空间网络对应关系，并生成模拟预测模型并且模拟所需的相关输入参数，进行模型参数的识别与验证。
36.s5中评估指标体系包括不同监测信息的数据特征量对应的风险及事故信息，通过与标准数据库进行参照匹配，使不同数据特征量对应某个事故风险信息，通过自行新增或导入事故风险事件，形成事故风险a、事故风险b...事故风险n。
37.无线/有线传感器设于不同排水监测点，用于监测不同排水监测点的地面节点数据。
38.具体的，如图2和图3所示，管网终端1外部的中部设置有防护罩2，管网终端1的上表面卡接有五个冷却管3，冷却管3外壁的中部设置有若干个散热片4，五个冷却管3的中部卡接有同一个隔板5，隔板5的下表面与管网终端1的上表面固定连接，隔板5的正面和背面分别与防护罩2内壁的相对面固定连接，五个冷却管3的左端均与水泵7的输出端相连通，管网终端1的左右两侧面均设置有冷却箱8，水泵7的输入端与左侧的冷却箱8的上表面相连通，五个冷却管3的右端均与储水盒12的左侧面相连通，储水盒12的下表面与右侧的冷却箱8的上表面相连通，对应五个冷却管3相互靠近的一端均通过导热管15相连通，五个导热管15均卡接在管网终端1内壁的底部。
39.具体的，如图2和图4所示，防护罩2内壁的上方卡接有防尘网6，冷却箱8的右侧面设置有制冷片9，冷却箱8正面的上方和下方分别设置有进水阀10和排水管11，管网终端1上表面的左右两侧均卡接有连接罩13，连接罩13内设置有散热风扇14，两个散热风扇14位于若干个散热片4的下方，冷却管3为凸形设计。
40.综上所得：通过建立模拟预测模型，将当前监测数据录入模拟预测模型中，模拟计算各监测点的水动力运行状态，根据模拟结果及管道的标准承受压力预测监测点是否出现爆管现象，若是则进行报警爆出，若否，则处于正常监测工作状态，将获取流量数据、水压数据和水质数据与标准监测数据进行差异化计算，将计算得出流量数据差、水压数据和水质数据通过评估指标体系来判断风险等级，获取形成事故风险事件及对应的数据特征量与预案生成单元进行匹配，重新设计管网布局调整方案，并且通过模拟预测模型重新模拟实验，通过对供排水管11网进行标注化、数字化管理，利用监测数据进行评估并且进行预测，制定工程方案决策和优化调度方案，提高管理效果的同时避免出现事故滞留现象，降低生产安全隐患。
41.通过将各地面节点的数据信息导入gis服务器的地理信息系统以得到各地面节点管网分布图，管网分布图显示不同排水管11道类别并且进行显示或隐藏，针对管网分布图的展示能够对分布图进行渲染设置，通过管道和各设备仪器的不同类型进行选择不同的颜色进行显示，显示不同范围参数的数值，提高其信息预览效果，对不同类型的管网进行设定，查看更为直观明了，其次通过与模拟预测模型中模拟结果之间的相互配合，用户根据提示信息能够提早作出预防措施，避免爆管带来的水资源浪费。
42.通过设置冷却管3、散热片4、制冷片9、水泵7、导热管15和散热风扇14，由于管网终端1长时间工作，在对管网终端1进行散热时可通过驱动水泵7和散热风扇14工作，冷却水与管网终端1侧壁接触并且进行导热，热量通过冷却箱8及散热片4处时，制冷片9有效实现对冷却箱8内水进行换热的目的，其次通过散热风扇14向散热片4吹拂，进一步提高对管网终端1的散热效果，避免因管网终端1长时间工作出现高温而导致发生故障，提高管网终端1工作稳定性。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。