智慧水务供水管网远程监测系统建设方案.docx
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智慧水务供水管网远程监测系统建设方案
智慧水务供水管网远程监测系统
建设方案
1概述
1.1建设目标
以供水管网地理信息系统为基础整合供水企业所有数据资源、通讯资源、网络资源、系统资源，建立集供水各专题信息服务于一体的供水信息共享服务平台，以此为基础快速构建面向供水企业综合运营监管的综合业务应用平台，打破信息孤岛，实现信息的共享，实现供水企业的信息共享和协同办公，实现供水业务监控、管理、服务等业务的数字化、可视化与联动化，最终建成供水企业网络化办公，使企业的人力、物力、信息等资源实现共建共享与互惠互赢，改变现有各业务系统分散工作的局面，为供水企业的综合信息化监管开创一种全新的管理思路与模式，最终建成具有各供水企业特色的智慧水务综合运营平台，为企业的运营、调度指挥、分析决策提供有效的数据支撑；。
具体分目标体现在：
集成各供水业务支撑系统，实现数据的有效集成，为供水企业各部门间进行信息交互与共享奠定基础；
将不同供水业务进行有效互联，进行跨业务的综合运营分析，实现面向供水企业宏观层面的综合运营监管与调度指挥决策（可同时实现对管网、用水户、供水量、水质、工程等运营信息的管理；巡检时间、漏水、爆管、用户投诉等异常信息进行浏览、监控查询、展示和分析）；
为企业运营提供完善的评价体系和综合分析手段，为供水综合应急提供有力的信息化支撑，方便企业随时掌握供水企业的宏观运营情况。
系统将以供水服务标准化、调度智能化、管理精细化为建设目标，实现对供水设施的全面、动态化管理，实时在线监控全县供水管网关键点的运行状态，并能自动信息预警，辅助检漏工作及爆管事故处理。
1、实现供水管网信息化管理
充分利用网络、物联网技术和信息资源，进行服务效能整合与升级、加强资源整合与共享，实现部门业务协同。
建设数字供水平台，提高城市供水的科学性和应急处置能力，优化供水调度机制，保障供水安全。
实现企业对供水监测、调度、设备管理、服务、营销等基础业务的控制和管理。
实时获取企业运营数据和供水全程运行状况，为安全供水提供全方位的支撑，同时提高服务质量，满足全员服务、主动服务、创新服务的信息化需要。
2、提高供水信息化管理水平
建立完善的空间数字化模型，充分利用计算机网络和计算机智能技术，建立具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统，为“智慧供水”理念应用于供水管网信息建设打下良好的基础。
企业供水系统实现自动化和信息化，有利于提高水质、保障供水、优质服务和提高效率，是公司创建新型高效企业的一个重要途径。
3、满足功能扩展及管网信息化建设发展需要
从系统的总体设计和程序编码就考虑到系统今后发展的要求，紧跟行业最新发展趋势，采用组件式开发技术，使系统功能的扩展就像积木拼装一样方便，保证系统良好的可扩展性，能满足今后供水管网信息建设发展的各项需要。
2需求分析
2.1数据建库需求
建立全县供水地下管网运行数据库，建立包括：
供水管网运行数据库、供水管网的地下管网数据库以及大比例尺的全县地形图数据库。
对于管网运行数据库的建设采用分布式GIS策略。
管网运行数据库能同时为多用户、多系统，通过不同渠道提供完整、准确、科学的数据资料。
2.1.1现状分析
长泰县的供水管网数据现有，城市区大口径（DN90以上）管线总长度共
73.232公里，以及基础背景矢量图采集1:
1000大比例尺地形图。
全县的供水管网总图如下：
按管径大小分类统计：
管径大小
管线长度（米）
DN90
1120.67
DN100
10820.09
DN150
7472.25
DN200
14122.74
DN250
15557.85
DN300
153.17
DN400
5985.82
合计
73232.62
2.1.1管网监测点布置
2.1.1.1遵循的原则
Ø管网水力分界线；
Ø管网水力最不利点、控制点；
Ø大用户水压监测点；
Ø主要用水区域；
Ø大管段交叉处；
Ø反映管网运行调度工况点；
Ø管网中低压区压力监测点；
Ø供水发展区域预留监测点；
2.1.1.2布置点分布图
管径大小
选点个数
DN100
6
DN150
8
DN200
6
DN250
8
DN400
5
合计
33
2.2系统功能需求
本系统研发采用C/S和、B/S及无线GPRS相结合的模式，系统开发所采用的数据标准应符合行业数据标准。
系统开发所用GIS平台应为ArcGIS系列软件，数据库平台应为Oracle数据库管理软件。
系统建成后，将从供水管网数据管理、管网分区计量、远程监测、设备管理、
数据查询统计、应急处置、巡检管理和供水运行调度等方面，向自来水公司及相关部门提供全面的功能服务和技术支持。
可实现的功能如下：
1、工作人员可以在公司远程监测整个供水管网的压力、流量及水质情况，为供水调度工作提供数据依据，保障供水压力平衡、流量稳定和水质安全；如发现运行数据异常，系统将通过多种方式进行报警。
2、各职能部门之间数据通信在局域网内完成；管网测点与自来水公司调度中心之间采用GPRS无线网络通信。
3、通过远程的在线检漏设备，工作人员可通过系统实时监测监控区域的漏水情况，如发现有漏水管段，系统将通过短信、系统告警提示等多种方式，通知维护人员。
同时以GIS展示发生漏水的区域，以便工作人员的进一步进行现场的核实。
2.3信息安全需求
供水地下管线属于保密数据，作为管网数据的载体，供水地下管网数据库必须具有高度的安全性。
系统安全包括两个方面：
物理安全和逻辑安全。
物理安全指系统设备及相关设施受到物理保护，免于破坏、丢失等。
逻辑安全包括信息完整性、保密性和可用性。
完整性指信息不会被非授权修改及信息保持一致性等；保密性指高级别信息在授权情况下流向低级别的客体与主体；可用性指合法用户的正常请求能及时、准确、安全的得到服务或回应。
结合国家涉密网建设和系统安全的相关法规和文件，本着可实施性、可管理性、安全完备性、可扩展性和专业性原则，参考目前国内、国际有关网络安全的专业规范和相关的安全标准，针对“多层次、多方面、立体的系统安全”架构要求，建立供水地下管网安全控制体系。
3项目整体设计
3.1系统设计原则
为保证系统建设成果的质量，系统的建设将依照以下原则进行：
1、共享原则。
系统建设要按照城市信息化工作建设思路和要求，在推进管网信息资源的开发利用的基础上，形成有效的信息资源集中管理模式和共享机制。
2、经济原则。
系统建设要从管理机制现状和信息化建设的实际出发，充分利用和整合现有的数据资源，避免重复投入；广泛调动社会资源，优化系统的管理模式，确保管理系统的正常运转。
3、可靠性原则。
系统建设承担着保证全县正常运转的关键任务，供水地下管网信息的日常工作对它的依赖性将会非常大，充分考虑系统的可靠性，用Oracle作为数据库软件，做好数据的审核和备份工作。
4、高性能、先进性原则。
系统的设计采用国际上先进而成熟的技术，以充分提高生产效率。
5、高安全性原则。
信息资源系统建设必须同步实施安全工程，建立基于授权的访问控制模式，逐步完善信息安全保障体系，结合具体情况，按照不同的业务内容，采取不同的安全策略。
处理好发展与安全、建成与效益的关系，使安全措施成为保障信息资源系统正常运行的重要手段。
并在网络安全、操作系统安全、数据库管理系统安全、物理安全、管理安全等方面符合国家关于计算机信息系统安全保护三级标准的相关要求。
6、易操作性原则。
本系统设计界面友好生动、操作简便、查询快捷、不需要用户有专门的计算机知识就可以完全掌握。
7、标准化原则。
由于本系统是一个开放的系统，系统建立是按照统一的数据编码与规范，实现数据格式标准化。
在信息的收集、处理、汇总和传递过程中建立统一的数据接口，保证各层次之间形成高效规范的体系，确保对各种信息的高效收集和利用，最终达到与其它应用系统的资源共享。
系统开发使用的
各种技术标准应符合国家、行业及地方有关技术规定。
8、开放性原则。
系统设计时要考虑支持行业标准、提供与常用的应用程序的接口，支持与其它应用的集成。
同时满足管理和应用的多样性、复杂性，具备良好的扩展和升级能力，并便于系统的维护和升级。
9、易维护和易扩展性原则。
考虑到用户数据量的增长、数据类型的增减；考虑到在用户的管理水平和信息技术应用水平进一步提高之后，会对系统的性能和功能提出新的要求。
10、科学性原则。
系统的结构具有科学性，即软硬件配置科学合理、具有先进性，功能结构尽可能达到最佳。
对于工程的实施，也要按现代软件工程和系统工程的思想组织建设，实现工程实施管理的科学化。
3.2系统设计方法
目前，最为常用的系统设计方法主要有结构化系统分析方法、原型法和面向对象的分析与设计。
本系统的设计在框架结构设计的基础上采用面向对象的技术。
面向对象分析与设计技术在二十世纪七十年代就已出现，经历了近四十年的发展，已成为一种十分成熟的技术。
它强调直接以现实世界中的事物为中心来思考问题、认识问题，并根据这些事物的本质特征，把它们抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本构成组件，可以使系统直接地映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面貌。
它既继承了结构化开发中的合理部分，又克服了其在软件开发中造成的弊病。
实践已充分证明面向对象技术是当今开发大规模软件应用系统最先进的技术，采用面向对象分析与设计技术，能够带来很多的好处：
Ø贯穿软件生命周期全过程的一致性；
Ø加强了对问题域和系统责任的理解；
Ø改进最终用户与分析等有关各类人员之间的交互；
Ø有利于用户参与；
Ø实用性；
Ø对需求的变化具有较强的适应性；
Ø支持软件复用。
与结构化分析设计技术比较，面向对象技术则更加强调运用人类在日常的逻辑思维中经常采用的思想方法与原则，例如抽象、分类、继承、聚合、封装等等。
这使得软件开发者能更有效地思考问题，并以其他人也能看得懂的方式把自己的认识表达出来。
3.3开发工具和开发环境的选择
采用ArcGIS系统产品ArcEngine和ArcGISServer为开发平台、ArcSDE为空间数据引擎，Oracle为数据库管理软件。
配置方案说明：
1、本系统针对企业级GIS应用。
ArcSDE同时支持UNIX和NT服务器，服务器是整个系统的核心，从系统的稳定性、可靠性以及易用性考虑，建议采用NT服务器。
2、该配置的优势是支持海量数据管理，支持多用户高效并发访问，有效地解决企业地理数据库中的版本冲突等问题，数据存储更加安全有效。
3、能满足数据编辑、高级空间分析等功能。
如：
由于管线设施、管道管理部门要大量用到如爆管事故分析、停水区域分析等GIS的网络分析功能。
3.4系统体系结构设计
系统将采用三层结构（C/S/S和B/S/S），客户端采用桌面和浏览器的方式，设备通讯采用无线GPRS方式，应用服务器采用ArcGIS系列平台，数据库服务器采用Oracle关系型数据库，构建以管理服务为中心，和供水管网远程监控设备实现物物相联的无线远程通信网，形成覆盖全县供水管网的分布式远程监控和管理的系统。
系统的网络结构图如下：
管理中心
各职能部门监控管理
打印机
投影仪
UPS电源
服务器
水司局域网
通讯平台
INTERNET
网络
计算机
GPRS
网络
监测终端
电池供电监测终端
太阳能供电监测终端
市电供电监测终端
压力或流量计
PH值、浊度、余氯等
噪声记录仪
流量或压力监测点水质监测点漏水监测点
3.5数据保密安全设计
首先，基于系统功能实现的需要，需要打通SCADA网络和办公网络，实现管线系统调取SCADA网络数据的需求。
再者，管线系统所运行数据涉及商业秘密，为保障SCADA网络和管线系统的数据保密安全，需要设计一套相对安全的配套措施已保障以上两点的安全需求。
结合等级保护、BMB-17和BMB-20，给出了保密解决方案拓扑图：
图3.1拓扑图
1、在SCADA网络前端设立前置数据库服务器，把SCADA网络中需要推送给管线系统的数据先同步至前置数据库服务器，再通过单向数据库同步网闸实现数据由SCADA网络向管线系统的指定服务器单向同步，数据只出不进，最大限度保障SCADA网络的数据保密安全。
2、在服务器区的前端配置一台高端千兆防火墙，通过细颗粒的访问控制规则，实现允许合法的用户终端访问管线系统和规管系统、拒绝非法终端访问服务器区的安全目的，最大限度保障服务器区（管线系统、规管系统）的数据安全和系统安全。
3、配置备份服务器、磁带库、专业备份软件，实现对管线系统和规管系统数据库的定时容灾备份。
4数据库设计
4.1总体设计
供水地下管网数据库的建立，是将基础地形数据库及供水管网数据库通过整理、处理、建库、质检等一系列过程，按照统一的数据标准及规范体系，集中到统一平台，形成长泰县的两大子库体，城市基础地形数据库和供水管网数据库，从而为更好的管理城市工程管网数据提供强大的数据来源，为城市供水工程管线的规划审批管理工作提供业务支撑。
供水地下管网数据库采用集中式存储的方式，即管网数据与地形图数据集中存储、几何图形和属性数据集中存储。
数据库是基于目前比较流行的商业化数据库Oracle作为数据存储平台，以ESRI公司的ArcSDE作为空间数据引擎进行设计的。
在数据库设计过程中，应充分考虑建库完成后的数据更新机制，确保数据库中的数据能实时进行更新升级。
本次项目分为两大库体：
城市基础地形图数据库和供水管网数据库。
数据库通过ArcSDE数据库接口存放在GeoDatabase，实现对全县范围的
ARCGIS的大比例尺全要素数字线划地形图的管理，这里暂将其称为ArcGIS地形图数据库。
供水管网数据库集合供水管网数据集分别存储和管理供水专业管网数据，各管网数据要素集中分别包括管线现状数据和管线历史数据，这些数据按管线类型和要素几何类型分别存储于不同的要素类中。
本项目的数据库设计主要包括以下几个部分：
Ø管网数据库逻辑设计
Ø管网数据库物理设计
4.2空间数据库设计
空间数据库设计的合理性，将直接影响到整个数据库的管理方式、读取效率、使用性能等。
地下管线空间数据库是在充分考虑源数据的内容、精度的基础上，结合信息系统建设需求和数据特点进行设计的。
空间数据库采用集中式
存储的方式，即管网数据与地形图数据集中存储、几何图形和属性数据集中存储。
数据库是基于目前比较流行的商业化数据库Oracle作为数据存储平台，以
ESRI公司的ArcSDE作为空间数据引擎进行设计的。
在数据库设计过程中，应充分考虑建库完成后的数据更新机制，确保数据库中的数据能实时进行更新升级。
4.2.1数学基础设计
基础空间数据和地下管网数据的坐标系统及高程基础保持一致，使二者能准确叠加，实现有机统一。
4.2.2数据管理模型设计
数据管理模型采用目前比较先进的GeoDatabase空间数据库管理模型。
它是一种开放的、面向对象的、多用户、空间无缝的数据组织管理模型。
该模型将空间数据按照其空间关系特点和几何形状类型进行存储，支持长事务处理和多用户编辑操作。
4.2.3数据组织设计
数据采用连续无缝的要素类（即数据层）方式存储，并将专业管网数据和地形图数据分别存储于不同的要素集中。
供水管网数据集存储从管线权属单位获取的专业管网数据，各管网数据要素集中分别包括管线现状数据和管线历史数据，这些数据按管线类型和要素几何类型分别存储于不同的要素类中。
地形图数据要素集中，则按照要素类型（国家标准分类）和几何类型分别将数据存储于不同的要素类中。
图4.1管线空间数据库结构
4.3数据结构设计
4.3.1基础地形数据结构设计
4.3.1.1数据分层设计
参照国家标准GB/T17160—1997《1：
500、1：
1000、1：
2000地形图数字化规范》的分层要求，再根据要素的几何类型进行细分层，根据实际应用需要设置独立的TraCl图层，用于存储道路中心线数据；设置MapInd图层，用于存储图幅索引数据；设置TerCt图层，用于存储等高线数据；设置Units图层，用于存储各主要单位特征点、关键单位点；设置Doorplate图层，用于存储楼门牌信息；设置Anno图层，用于存储所有的注记数据，通过设置属性来区分其注记类型。
4.3.2供水管网数据结构设计
与自来水公司专业人员讨论建立供水地下管线信息化的部分标准规范。
因此，原则上管网数据结构设计应严格遵循相关标准规范中的数据设计。
当已有
的标准规范中未进行明确规定或设计时，将采用下述管网数据结构设计方案。
4.3.2.1数据分层设计
管网数据分层是按管线类别进行分层，供水管网分两个图层分别用于存储管线段和管线点的数据。
详细分层可以如下表所示：
表4-1：
管网数据分层设计
NO
图层名称
管线类别
内容
1
JSLine
给水
管线段属性数据表
2
JSPoint
管线点属性数据表
4.3.2.2管线属性数据
1、管线点
管线类别
属性名称
给水
JSPOINT
1
图上点号
△
2
物探点号
△
3
管线点编码
△
4
特征
△
5
附属物
△
6
型号
△
7
规格
△
8
材质
△
9
井底深
10
x坐标
△
11
y坐标
△
12
角度
△
13
地面高程
△
14
管理单位
△
15
建设年代
△
16
点符号编码
△
17
道路名称
△
18
图幅号
△
19
图元标识码
△
2、管线段
管线类别
属性名称
给水
JSLINE
1
管线子类
△
2
管线编码
△
3
起始物探点号
△
4
终止物探点号
△
5
起始埋深
△
6
终止埋深
△
7
埋设方式
△
8
材质
△
9
管径/断面尺寸
△
10
接口形式
△
11
压力
△
12
流向
18
管理单位
△
19
建设年代
△
20
管线段号
△
21
线型码
△
22
道路名称
△
23
图元标识码
△
4.4配置数据结构设计
配置数据是系统运行时需要的数据，存储于DBMS中，主要包括系统程序的控制数据、显示配置数据和数据之间的关系。
系统数据结构设计严格按照一定的结构原则和命名原则进行设计。
4.4.1结构原则
1、与程序流程有关的状态信息使用域进行限制和定义，不允许最终用户修
改定义。
2、用户可修改的状态列表信息，用数据表来定义，一经创建后，用户只可修改名称，不能修改代码，修改后的名称与原名称应代表相同的意义。
3、用户采用列表录入的文字信息，在一个统一的“系统信息”表中定义，用户可任意创建和修改。
用此种方法录入的信息，录入的信息与选择列表不存在约束关系，列表只是作为文字录入的一种辅助手段。
4、辅助编码表应至少有两列—代码和名称。
只有在名称非常稳定的情况下才可以不使用代码。
使用编码表的好处是在应用程序界面中，不同的地方出现同一种数据的录入（如录入数据或查询过滤条件）时只需定义一次选择列表，不会出现两处冲突的现象，方便编程。
4.4.2命名原则
1、以用户提供的相关作业标准和相关标准为依据，进行命名；
2、表和视图命名原则；
3、列命名规则；
4、过程、函数、触发器命名原则；
5、自定义数据类型、默认、规则命名原则。
4.4.3数据结构
下面，根据系统的一般功能需求，例举在系统设计过程中可能的数据表结构样式。
实际的表结构设计，将会在进行完详细的系统调研和需求分析后组织专家进行讨论后，按照数据库设计标准和原则进行设计。
表4-2：
NNUPIS_USERS：
No
字段名
字段类型
字段宽度
中文意义
备注
1
ID
文本
15
用户的ID
2
NAME
文本
50
用户的名字
3
PASSWORD
文本
50
用户的密码
4
SEX
文本
1
用户的性别
5
DESCRIPT
文本
200
用户的描述
6
UNIT
文本
50
用户所在的单位
7
DEPARTMENT
文本
50
用户所在的部门
8
PARENT_ID
文本
15
用户所属角色的标
9
CREATE_TIME
日期型
10
记录创建时间
表4-3：
NNUPIS_USERGROUP：
No
字段名
字段类型
字段宽度
中文意义
备注
1
ID
文本
15
角色的ID号
2
NAME
文本
50
角色的名字
3
DESCRIPT
文本
200
用户的描述
4
CREATE_TIME
日期型
10
记录创建时间
表4-4：
NNUPIS_PURVIEW：
No
字段名
字段类型
字段宽度
中文意义
备注
1
ID
文本
15
ID号
2
USER_ID
文本
15
用户的ID号
3
USERGROUP_ID
文本
15
角色的ID号
4
RESIDE
文本
1
所属子系统
5
PURVIEW_ID
文本
50
权限的ID号
6
PURVIEW_LEVEL
数值
1
权限的级别
7
CREATE_TIME
日期型
10
记录创建时间
5数据处理与入库
5.1任务概述
数据建库工作的主要任务是以“数字准，情况明，责任清”为宗旨，对长泰县的现有的供水地下管网数据进行检查、处理、入库。
对基础参考数据（基础地形图）、供水管网数据等进行统一整合，形成统一格式、统一空间参照、样式、图例、统一数据分类和编码标准的供水管网数据库。
为今后城市信息化建设，实现各类信息共享，消除信息孤岛打下坚实的基础。
5.2技术路线
采用“先制定规范，后实施建库”、“先分库（基础地形数据库）建设，后总库（供水管网空间数据库）集成”、“先设计，后实施”、“空间与属性数据有机结合”的技术路线，利用专业GIS应用软件与Office、MSAccess等应用软件相结合，对原始数据进行检查、编辑、修改等处理。
根据系统数据需求进行数据库设计，并按照设计要求进行数据处理、属性提取、拓扑关系建立等一系列工作，最终建成集管网数据与基础地形数据、空间数据和非空间数据为一体的共享型数据库。
数据库模型采用ArcGIS的Geodatabase空间数据库模型，实现数据的全面管理。
5.3建库流程
供水地下管线系统数据建库是将公司现有的供水地下管线现有的成果输入数据库，并进行数据预处理、检查、纠错和处理，形成具有拓扑关系的地下管线点数据表和线数据表。
一般而言，一个城市的供水地下管网数据量大，涉及的数据项也多，数据预处理工序比较复杂。
在数据建库过程中主要的流程有：
依据测量的原始记录进行数据库结构设计；入库的数据检查，以确保入库的数据与现场探测的数据一致；经过软件检查出的数据错误应查明原因，必要时到
现场进行复核，并将复核结果在数据库中改正；数据经过改正后
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