基于ArcGIS的城市化糞池信息管理系統(tǒng)建設(shè)

侯春興 靳 麗 王 森 車萬(wàn)銳

（1.煙臺(tái)市城市管理局市政養(yǎng)護(hù)管理處，山東 煙臺(tái) 264000；2.山東省煙臺(tái)市城市管理局城市排水管理處，山東 煙臺(tái) 264000）

1 引言

化糞池是我國(guó)民用建筑中常見(jiàn)的一種糞便污水前端處理設(shè)施。但是，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)城市存在以下問(wèn)題：缺乏全市化糞池分布的基本信息，沒(méi)有對(duì)化糞池日常的監(jiān)督管理，對(duì)于化糞池清掏物的處置方法也沒(méi)有明確規(guī)定，基本上處于無(wú)序管理狀態(tài)。

煙臺(tái)市GEF化糞池示范工程信息管理系統(tǒng)是全球環(huán)境基金(GEF)贈(zèng)款煙臺(tái)市化糞池管理示范項(xiàng)目的重要組成部分，該項(xiàng)目的目的是通過(guò)對(duì)化糞池進(jìn)行有效利用和管理，改善公共衛(wèi)生，減少陸源污染物的排放，提高黃渤海水域的環(huán)境質(zhì)量。該項(xiàng)目于2006年9月提出申請(qǐng)， 2007年3月獲得世界銀行批準(zhǔn)并正式啟動(dòng)建設(shè)，2010年3月12日正式完成，主要是為了解決中國(guó)在化糞池管理領(lǐng)域存在的上述問(wèn)題，是我國(guó)第一個(gè)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，將GIS地理信息系統(tǒng)、GPS車輛管理系統(tǒng)、設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)用于城市化糞池管理的大型綜合信息管理系統(tǒng)平臺(tái)，主要目標(biāo)是制定化糞池管理維護(hù)方式和化糞池清掏物的處置技術(shù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

信息管理系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則是以基礎(chǔ)地理信息資料、城市化糞池設(shè)施信息資料、現(xiàn)有基礎(chǔ)地形圖庫(kù)和排水處專業(yè)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信科學(xué)的方法和手段，對(duì)城市化糞池的分布、信息查詢、清掏報(bào)警、真空吸糞車管理以及為各相關(guān)部門提供多專業(yè)、多層次、多目標(biāo)的綜合服務(wù)，實(shí)現(xiàn)城市化糞池的基于GIS平臺(tái)的綜合管理。

（1）實(shí)用性原則：滿足煙臺(tái)市城市化糞池管理的需求，真正實(shí)現(xiàn)管理科學(xué)化。

（2）可靠性原則：數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的數(shù)據(jù)應(yīng)是準(zhǔn)確可靠的，系統(tǒng)要有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力和處理突發(fā)事件的能力。

（3）完備性原則：系統(tǒng)的各項(xiàng)功能及管理的各種數(shù)據(jù)應(yīng)是全面、完整的。

（4）科學(xué)性原則：以軟件工程的思想和方法來(lái)建立系統(tǒng)，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)、合理。

（5）規(guī)范性原則：符合化糞池管理的要求，信息編碼遵循行業(yè)或地方規(guī)范。

（6）經(jīng)濟(jì)性原則：以最好的性能價(jià)格比配置系統(tǒng)的軟硬件，使系統(tǒng)盡快發(fā)揮環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

（7）可擴(kuò)展性和開(kāi)放性原則：具有良好的接口和方便的二次開(kāi)發(fā)工具，以便系統(tǒng)不斷地?cái)U(kuò)充、求精和完善；系統(tǒng)在輸入輸出方面應(yīng)具有較強(qiáng)的兼容性，能進(jìn)行各種不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

（8）可操作性原則：有良好的用戶界面，用戶易學(xué)易懂，操作簡(jiǎn)便、靈活。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Brower/Server體系結(jié)構(gòu)，分別是：業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)層和基礎(chǔ)平臺(tái)層。

基礎(chǔ)平臺(tái)層包含存儲(chǔ)化糞池信息的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)化糞池位置圖形信息的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)城市主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和清掏物處理的水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，以及存儲(chǔ)車輛、人員、設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)的資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。

應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)層包含用于管理數(shù)據(jù)模型并為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器軟件，如：A rcSDE、ArcGIS Server等。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含各類業(yè)務(wù)功能應(yīng)用，具體是：化糞池分布、化糞池信息管理、車輛定位、車輛管理、工作單派法、清掏報(bào)警、WebGIS綜合應(yīng)用和與其它生產(chǎn)信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口。

采用Brow ser/Server模式，系統(tǒng)主要運(yùn)行在服務(wù)器端，客戶端不需要購(gòu)買或升級(jí)硬件，在相當(dāng)程度上拓展了計(jì)算機(jī)的生命周期。

信息管理系統(tǒng)可以將地圖與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)圖形、數(shù)據(jù)、設(shè)備的有效連接，在查詢圖形時(shí)，可以相應(yīng)查出地圖中某圖形目標(biāo)、車輛或人員的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，反之可以通過(guò)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，查看到相應(yīng)的地圖位置、車輛位置、車輛行使路線等真正實(shí)現(xiàn)信息的動(dòng)態(tài)查詢，使各種信息的瀏覽和查詢變得更加直觀、方便、快捷。

系統(tǒng)基本的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)可以在此基本框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和變化。

4 軟件平臺(tái)選型

系統(tǒng)選擇ESRI公司的ArcGIS平臺(tái)作為進(jìn)行化糞池空間數(shù)據(jù)管理、Web應(yīng)用等的平臺(tái)，需要采購(gòu)ArcGIS平臺(tái)的ArcGIS Server-Enterprise-Stantard和ArcEditor兩個(gè)產(chǎn)品。ArcGIS Server-Enterprise-Stantard用于服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)Web應(yīng)用，ArcEditor是桌面客戶端軟件的運(yùn)行支持包。

數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的性能、響應(yīng)時(shí)間以及數(shù)據(jù)的安全性等要求。

Web發(fā)布平臺(tái)本系統(tǒng)Web發(fā)布采用三層結(jié)構(gòu)。為便于進(jìn)行開(kāi)發(fā)、部署和運(yùn)行，本項(xiàng)目選擇Tomcat作為Web發(fā)布平臺(tái)。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

5 數(shù)據(jù)建設(shè)

系統(tǒng)采用分層技術(shù)，將同類數(shù)據(jù)元素歸納提取到相同圖層，建立相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要包括背景圖層和污水專業(yè)圖層兩大類。

5.1 背景圖分層信息

系統(tǒng)背景圖層主要采用1：2000二維矢量地圖數(shù)據(jù)和0.61m精度的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)支持背景圖采用不同比例尺，不同坐標(biāo)系統(tǒng)的電子地圖，經(jīng)過(guò)專業(yè)處理后，各種不同比例地形圖可以自動(dòng)平滑銜接。

背景圖層組中包括以下基本圖層：地名、地物點(diǎn)、建筑物、鐵路、道路（道路中心線、道路邊線）、河流、綠地、行政區(qū)界、地面高程等。

5.2 污水專業(yè)分層信息

系統(tǒng)污水專業(yè)圖層根據(jù)特點(diǎn)可進(jìn)行如下分層：化糞池圖層組、污水主干網(wǎng)圖層組、進(jìn)出口支管圖層組、采樣點(diǎn)圖層組、車輛圖層組以及系統(tǒng)各類專題圖層組等。

圖層配色參照污水行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以化糞池為核心，其他背景顏色隨化糞池的配色方案進(jìn)行調(diào)整，突出顯示化糞池所在點(diǎn)。

6 功能應(yīng)用

本系統(tǒng)是以GIS為核心，同時(shí)包括GPS車輛定位管理系統(tǒng)、設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)、污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)有機(jī)整合的信息管理平臺(tái)系統(tǒng)。主要功能如下：

（1）圖形瀏覽功能：系統(tǒng)提供放大、縮小、漫游、全景、鷹眼、前景、后景、歷史視圖等基本圖形瀏覽功能，如圖2所示。

圖2 圖形瀏覽

（2）化糞池基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢：以GIS系統(tǒng)為平臺(tái)通過(guò)基層數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，可以查詢城市范圍內(nèi)所有化糞池的地點(diǎn)、容積、類型、尺寸、材料等屬性信息。

（3）化糞池歸屬區(qū)域查詢：通過(guò)鼠標(biāo)選定或框選可以查詢到選定區(qū)域內(nèi)化糞池所有信息。

（4）化糞池圖形信息查詢：化糞池清掏前后實(shí)際照片以圖片的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)時(shí)間、地點(diǎn)、編號(hào)的方式可以查詢到所有化糞池清掏圖片。

（5）化糞池專題圖查詢：依據(jù)選定化糞池的屬性值，生成點(diǎn)值專題圖、柱狀圖、餅狀圖等。如表1所示。

表1 化糞池所在地理位置

（6）化糞池建設(shè)容積推薦：根據(jù)化糞池負(fù)責(zé)區(qū)域的房屋密集度和化糞池負(fù)責(zé)的區(qū)域范圍做化糞池類型、容積設(shè)計(jì)推薦，用戶輸入房屋數(shù)量系統(tǒng)自動(dòng)為用戶設(shè)計(jì)推薦化糞池容量與規(guī)格。

（7）化糞池清掏周期報(bào)警：系統(tǒng)應(yīng)該具備化糞池清掏周期預(yù)報(bào)警功能，動(dòng)態(tài)安排車輛進(jìn)行清掏工作，如圖3所示。

圖3 化糞池清掏周期排序

（8）化糞池溢流預(yù)判斷：通過(guò)暴雨季節(jié)人員對(duì)城市定點(diǎn)水質(zhì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，分析大致本次降雨導(dǎo)致溢流的化糞池的數(shù)量和大體位置。

（9）化糞池雨季提前清掏：通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)在每年煙臺(tái)市暴雨多發(fā)時(shí)期，可以進(jìn)行相應(yīng)化糞池的提前清掏，降低對(duì)城市環(huán)境的污染。

（10）真空吸糞車的定位：通過(guò)車載GPS系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)態(tài)定位，實(shí)時(shí)查看每臺(tái)車輛的運(yùn)行情況。

（11）車輛工作任務(wù)派發(fā)：系統(tǒng)在每天早上設(shè)定時(shí)間前自動(dòng)計(jì)算，本日派出的工作車數(shù)量和工作地點(diǎn)，通過(guò)GPS通信的方式發(fā)送到車載GPS終端設(shè)備上。

（12）車輛行駛路線優(yōu)化：系統(tǒng)根據(jù)電子地圖自動(dòng)優(yōu)化車輛行使路線，動(dòng)態(tài)為最近車輛分派臨時(shí)任務(wù)，如圖4所示。

圖4 車輛監(jiān)控調(diào)度

（13）GPS終端基本功能：報(bào)警求助、防盜、語(yǔ)音通信、短信收發(fā)、軌跡回放、里程統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)上查車等。

（14）車輛管理基本功能：維修記錄、投保記錄、年審記錄、事故記錄、違章記錄、投訴記錄、出車記錄、費(fèi)用支出、收入記錄、油耗記錄等。

（15）清掏物處理監(jiān)測(cè)：通過(guò)化糞池清掏物進(jìn)入污水處理廠數(shù)量的多少計(jì)量和污水處理廠水質(zhì)變化情況比較，總結(jié)清掏物的最佳處置方案，形成系統(tǒng)特性分析曲線。

（16）環(huán)境整治效果分析：通過(guò)城區(qū)重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，總結(jié)每年化糞池清掏工作對(duì)城市環(huán)境保護(hù)的作用，形成月年比較分析棒圖。

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、快速、安全、可靠、易于擴(kuò)展和先進(jìn)性等特點(diǎn)，具備清晰、直觀、大容量的地理信息的支持能力，從而使空間信息與文本、圖表、圖片、視頻等多媒體信息有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使系統(tǒng)能夠及時(shí)地提供各種綜合信息和服務(wù)，達(dá)到輔助指揮與決策目的。

7 結(jié)論

綜上所述, 將地理信息技術(shù)應(yīng)用于污水處理輔助決策，可使污水企業(yè)的監(jiān)控調(diào)度、生產(chǎn)管理水平上升到一個(gè)更高的層次, 并可以使基礎(chǔ)信息與管理信息以及監(jiān)測(cè)信息以可視化的圖形、圖像方式呈現(xiàn)給決策管理人員, 提高工作效率。山東省煙臺(tái)市GEF化糞池示范工程信息管理項(xiàng)目通過(guò)對(duì)化糞池進(jìn)行有效利用和管理，改善公共衛(wèi)生，減少陸源污染排放，提高黃渤海水域的環(huán)境質(zhì)量。

項(xiàng)目的成功實(shí)施對(duì)煙臺(tái)市的未來(lái)具有重要作用，將產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施河流與海洋水域環(huán)境明顯改善：目前該項(xiàng)目服務(wù)區(qū)域內(nèi)僅糞便污水向海洋排入BOD5污染物已經(jīng)由1017t/年降到項(xiàng)目實(shí)施后的766t/年，消減比例達(dá)到25%，排入水體的污染物大幅度減少，僅煙臺(tái)芝罘區(qū)東部和萊山區(qū)海域因海水水質(zhì)提高所帶來(lái)的旅游和養(yǎng)殖效益就達(dá)到近億元人民幣。通過(guò)該項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，煙臺(tái)市已成為化糞池最佳管理模式的典范，并計(jì)劃將其成功經(jīng)驗(yàn)在全省及全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行推廣。

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