GIS在城市集中供热管网中的应用

　　简称GIS）是近十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。

　　GIS应用遍及金融、电信、交通、国土资源、供热、水利、农林、环境保护、地矿等国民经济各领域。GIS也给暖通空调行业提供了一个新的技术和方法，如何掌握和利用这一新的技术提高行业管理水平，是我们目前有待研究的课题。GIS在暖通空调领域的应用前景广阔，可以利用GIS对太阳能分布、燃气管网、热力管网、以及企业的销售情况进行动态管理。本文将对GIS在城市供热管网中的应用作简单介绍。

　　地理信息系统的定义是有两部分组成：一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（GeospatialDatabase）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间地理信息和动态地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。它起源于20世纪60年代（以美国为代表），发展于70年代（1971年加拿大建成了国际上一个也是zui完善的地理信息系统），繁荣于80~90年代，并且随着图形工作站和个人计算机性能价格比的提高，地理信息系统也逐步走向成熟。从目前发展来看，GIS早已超出传统的"地理“概念，而把所有与空间地理位置有关的信息收集起来，建成多源空间信息数据库，综合分析和利用，获取潜在的、有价值的信息，并通过显示屏幕或彩色打印图件，生动直观地表达出来，供用户有效地管理信息，据此迅速地作出决策。

　　1.2.1数据采集、预处理。将现实世界的空间信息通过数字化手段输人计算机，才能被GIS所利用。通过各种方式获取的不同类型空间数据必须经过标准化处理，包括不同比例尺、坐标投影的转换匹配等。

　　1.2.2数据管理。根据系统规模选择不同的数据管理模式，对于大型管理系统可采用关系数据库对数据进行严格有效的组织管理。

　　1.2.3数据存储与组织。对空间数据和属性数据建立合理、有效的组织关系。

　　1.2.4空间查询与分析。这是与其他计算机系统的根本区别所在。主要包括拓扑空间查询、空间拓扑叠加分析、缓冲区分析和空间模型分析，为现代化管理和决策提供强有力的手段。

　　1.2.5可视化表现。将已经获得的各种地理空间数据，输出为满足用户需要的高质量的地图。

　　3.1利用地理信息系统管理城市供热管网的必要性城市供热系统是由热源、热网、热用户（室内采暖系统）组成的庞大、封闭、复杂的循环系统。随着城市供热管网建设的高速发展，由单一热源到多热源，管网规模和设备数量不断扩大，热用户急剧增长。这些管网与供水、供电、电信等其它管网交错在一起，错综复杂。由于原有供热管网资料不全，供热管线被外单位基建时挖断的情况时有发生。即使原来有一些管网的图纸资料，但由于是手工操作，随着年代的久远，其查找、更新困难，而对现有管网的使用情况、走向、埋深等也不能很好把握，一旦出现突发事故，不能及时做出处理，造成大量资源浪费，给市民日常生活带来了极大的不便，同时也给企业本身造成巨大的经济损失。

　　这就需要对以往的工作方式进行改革，引进计算机作业，把以往图纸资料利用计算机存取，加快资料的查询和更新，对突发事故借助计算机进行方案优选，对管网改扩建工程利用计算机的人工智能计算进行设计，并对供热运行调度借助计算机进行宏观的判断，防止突发事故的发生。由于供热管线与地理因素有不可分割的关系，所以可以借助地理信息系统（GIS）对其进行管理。利用AM（AutomationMapping）/FM（FacilityManagement）/GIS术建立供热管网地理信息系统，以城市电子地图为背景，采用分布式图形处理技术、Web-GIS等技术，实现供热管网信息的可视化管理；并在这基础上实现高级业务管理，为提高供热行业服务质量、管理水平，提供高效率的技术手段。使用地理信息系统对全部热力设施的基础数据进行管理，技术人员都可以在办公网络上查询到公司热力设施的基础数据，满足工程施工及供热运行工作的需要。

　　3.2GIS的开发与系统平台的选择GIS的开发方式：1自主设计空间数据的数据结构和数据库，利用VisualC++、VisualBasic、Delphi等编程语言进行开发。此种形式由于技术要求高，资金投入大，一般用于开发商品化的地理信息系统平台软件。2引进国内外先进的GIS软件（如Mapinfo、Arc/info、GeoStar等），利用这些软件进行二次开发。这种方法简单易行，但不能脱离原系统软件环境而独立运行。03利用支持面向对象技术的高级程序语言和GIS厂商提供的控件来构建面向用户的应用程序。ComGIS（ComponentsGIS，组件式GIS）就是将GIS的功能分散制作成标准ActiveX控件，可以被任何支持它们的开发环境所利用，以便在管理信息系统（MIS）、决策支持系统（DSS）等各种信息系统中加人GIS功能。组件是建立在对象链接和嵌入（OLE）体系上的，它为可视化编程工具提供插件，这样可以实现代码的重用性，大大增强了编程语言的功能和效率。

　　系统平台选择必须具备如下特性：等；提供与常用的数据库系统的接口，如SQL，Oracle，DB2等；支持读取不同格式的数据；支持与其它应用的集成，如能实现与SCADA（输配管网数据采集与监控系统）、DMS、MIS等应用的集成。

　　支持跨平台操作，可以在WindowsNT、UNIX、Linux等多种平台上运行，使在不同平台上编写的代码可以不加修改地直接移植。

　　AM/FM/GIS系统平台必须具有先进的技术和理念，从而满足供热企业现有的、未来的复杂多样的应用，面向对象技术、空间数据库技术、版本管理技术，都是先进的AM/FM/GIS系统平台所必须采用的技术。

　　不同类型的行业其管理和运行必然有着不同的特点，因此AM/FM/GIS系统平台也应该且必须是一个充分针对这些特点而设计的平台，其内核结构应该针对行业特点而设计。供热企业zui典型的特征就是空间性、多样性、复杂性，因此客观上要求AM/FM/GIS系统平台必须具有空间数据库技术、版本管理技术、事件处理技术，否则，AM/FM/GIS系统平台将无法有效地管理供热企业关系复杂、数量庞大的数据信息，无法正确反映供热企业的实际工作状态。

　　供热企业的AM/FM/GIS能否稳定运行，是供热企业管理者和决策者zui为关注的问题之一，因此，对AM/FM/GIS系统平台的稳定性和安全性，葙要作好认真的调研和论证。例如：是否支持多用户并发处理；支持多用户并发处理时，是否会出现数据碰撞甚至系统崩溃的现象；是否能够高效地支持海量数据的存取和交换等。

　　易维护性和易扩展性为了充分适应供热企业各种应用需求的不断变化和不断发展，AM/FM/GIS必须具有易维护和易扩展的特点，因此，要求AM/FM/GIS系统平台支持组件式开发。

　　经济性指两个方面，即平台的价格、平台能带来的现实好处和长远利益，相对而言，衡量一个平台是否经济，很大程度上取决于平台是否能带来的现实好处和长远利益，一个优秀的平台，应该能够降低地图数据准备和更新开销，提高劳动生产力，zui大程度提高数据维护的效率，避免因数据更新而不断造成成本增长，同时应具有较低的开发成本和数据维护成本。

　　数据作为GIS的操作对象，其现势性和准确性直接关系到GIS分析处理结果的准确性；数据存储模式、管理方法则影响系统的执行效率和系统安全等方面。GIS数据主要有两类：一类是空间数据。例如，用一组数据来描述一段供热管道，便要明确表达该管道在什么位置（空间位置），它和其他要素在几何上有什么关系（拓扑关系）。另一类是非空间数据（属性数据），如管径、材质等。采用文件结构构造GIS数据对于小型应用系统已经足够，但对于一个城市的供热管网这样大型的应用系统，对其海量数据的管理应采用关系型数据库系统管理。空间数据是地理信息系统的重要组成部分，也是GIS项目经费中zui昂贵的部分。据统计，地理信息系统中，用于数据获取的代价是建立整个GIS系统代价的50%~80%.常用的数据获取方法有：扫描数字化、手扶跟踪、实地测量、GPS、遥感数据等。

　　数据准备是在需求调研和需求分析的基础上，为实施AM/FM/GIS而进行的数据收集和整理的过程，它包含两个方面的工作：数据收集：需要收集地图信息、设备台帐、客户信息等数据；数据理：报据需求进行数据的统…编码，形成数据字典。

　　数据准备是AM/FM/G1S实施过程中的一个重要环节，数据准备T.作充分与否，往往决定着AM/FM/G丨S系统建设的进程，甚至决定着AM/FM/GIS系统建设的成败。

　　台基本的功能操作，如：图形显示、图形操作、动态路名、输人输出、系统接口、辅助功能（简图导航、放大镜、局部放大、量度尺、沿路跟踪、辅助编辑工具）等功能。在此基础上实现对供热企业的管理，其中包括：用于管理用户的信息，用户的资料可以输人到系统中，由系统实施电子化管理。所有的用户资料可以通过系统的建模工具建立与该用户在地理图位置的连接关系，并提供多向交叉询及复合逻辑高级统计功能，可以方便地对供热用户进行管理。

　　用户属性数据，包括用户编号、名称、所在地、热量表、供热量、室内采暖系统设计形式、缴费情况等。

　　用户用量数据询和统计，包括热量表、热水表读数、用热量等。

　　在这些用户信息的基础上，通过统计分析计算，掌握重点用户，为管网运行模拟提供基础数据。

　　热网设施资料信息管理是对整个热网（包括热力小室、节点、热力站、热网干线、供热小区等）的各种信息资料如规划资料、竣工资料、维护资料等进行综合管理，可方便快捷地将各种资料输人计算机系统，并可根据需要进行修改；可在计算机上询现有管网的所有资料，并按需求通过绘图仪（或打印机）给出有关图纸，对供热管网资料进行动态管理。

　　用于模拟管网系统运行状况，从不同角度反映供热系统的运行状态及所存在的问题，为兴建改造管网设施提供决策依据。管网运行负荷分析，供热路径查询，各热源供热分界线，供热潮流动态模拟等。

　　抢修辅助决策管理系统根据采集到的实时数据，对热网热量、流量进行分析，热网出现异常状态时迅速辨别故障类型。在热网管网发生爆管事故时迅速找出事故发生位置，确定爆管的管段号、管径、管材以及相关信息，自动绘制出事故发生地点的管网图及须关闭阀门的栓点图，显示停止供热区域图，并可打印出受影响用户名单。这样可以增强事故反应能力，减少事故损失。

　　通过与实时监控系统的紧密耦合，实时采集公司所有换热站（包括水-水站、汽-水站）的全部技术数据，包括压力、温度、流量、热量、水电消耗及水泵运行状态等各种基础数据，公司调度可以在调度室了解到各个换热站的各项运行参数，监测整个供热系统运行工况，分析系统运行工况的合理性，发出供热系统的调度指令，完成各种调度功能，实现热力站的按需供热和热源能力不足时的热量均摊。

　　提供各种专题地图及区域范围的统计信息，包括土地分类图、用户密度分布图、待装用户分布图。

　　同时将现有供热能力、管道容量与能力分配情况重叠显示出来。同时根据现有的管网布局、建筑民居分布、道路走向、地形地势等各种综合情况，在短时间内提供多种管网规划方案，并迅速将方案实施后的模拟运行状况显示出来，直观地反映各种方案的综合性价比，从而便利地找出zui佳规划方案。

　　为了便于普通用户查询，通用的Web浏览器无疑是降低操作复杂度的zui好选择。基于B/S结构的查询子系统，可以以Web浏览器方式为各管理部门提供查询当前各种信息的途径。一般用户不需安装和维护复杂的系统软件，只需安装通用的Web浏览器（或加插插件），即可实现图形、资料信息的高效率共享。

　　地理信息充分反映了热网信息及设备的地理分布的特点，直观、清晰、准确地反映了供热系统的概况，它与传统热力管网自动化控制系统、办公自动化管理系统相结合，为热力公司提高管理水平，提高热网运行效率，节约能源，提高供热服务质量起到良好