GIS在城區(qū)防汛排水泵站智能可視化管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

張金城

（天津泰達(dá)市政有限公司，天津 300457）

排水泵站（下文簡(jiǎn)稱泵站）是城市防汛排澇系統(tǒng)的重要組成部分，也是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。在防止城市發(fā)生洪澇災(zāi)害方面發(fā)揮著不可替代的作用。一個(gè)高效的防汛排水泵站能夠及時(shí)通過管道排出積水，從而保障了城市的健康發(fā)展與平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。近些年來，由于我國(guó)城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，城市化率越來越高，城市規(guī)模也越來越大，泵站的建設(shè)數(shù)量也隨之增長(zhǎng)。在保障城市免受水害的同時(shí)，也逐漸暴露出一些問題，雖然在很多城市的泵站都通過智能管理系統(tǒng)進(jìn)行管理，但是仍有很多泵站沒有運(yùn)用統(tǒng)一的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)管理，各個(gè)泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄的格式不一致，造成泵站運(yùn)營(yíng)效率較低，運(yùn)營(yíng)信息更新滯后，導(dǎo)致泵站難以發(fā)揮正常的作用[1]；此外，還有部分泵站的運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，而它們又承擔(dān)著重要的排水任務(wù)，對(duì)這類泵站的管理也需要加強(qiáng)。因此，城區(qū)防汛排水泵站的建設(shè)與管理應(yīng)該保持步調(diào)一致。如何提高城區(qū)防汛排水泵站的智能化水平，已經(jīng)成為當(dāng)前市政工程建設(shè)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，受到了越來越多專家和學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注。

1 基于GIS的城區(qū)防汛排水泵站智能可視化管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

城區(qū)防汛排水泵站在日常運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生種類多樣、復(fù)雜多變的運(yùn)行數(shù)據(jù)。在GIS城區(qū)防汛排水泵站可視化管理系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)庫不僅要包括泵站中種類多樣的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)（如泵站的地形圖、衛(wèi)星圖像、DEM等），還要包括城市各個(gè)泵站的空間與屬性的數(shù)據(jù)[2]。只有對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行集成化管理，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的數(shù)據(jù)可視化顯示、查詢和分析，并為泵站的規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供全面而詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐。

智能可視化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)由兩部分構(gòu)成，分別為空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。其中，空間數(shù)據(jù)庫用來儲(chǔ)存泵站的空間數(shù)據(jù)及地質(zhì)、地形數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)庫用來儲(chǔ)存泵站內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備的基本屬性數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫為智能可視化系統(tǒng)的建立提供了一個(gè)全面而詳細(xì)的數(shù)據(jù)體系，滿足了泵站對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行在線顯示、實(shí)時(shí)查詢與管理等多方面的管理需求。在建立數(shù)據(jù)庫的過程中主要依靠現(xiàn)有的泵站GIS數(shù)據(jù)、Excel數(shù)據(jù)、CAD數(shù)據(jù)等，通過不同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理方法，建立泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，從而實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)的智能化、可視化、科學(xué)化管理。

數(shù)據(jù)庫是智能可視化系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，以此為基礎(chǔ)，系統(tǒng)平臺(tái)可根據(jù)泵站運(yùn)行管理的實(shí)際需求進(jìn)一步擴(kuò)展站名查詢、泵站運(yùn)行設(shè)備屬性查詢、泵站運(yùn)行狀態(tài)查詢等功能，可進(jìn)行在線快速檢索查詢，查詢結(jié)果以直觀地圖或圖表的方式進(jìn)行顯示。

1.2 泵站GIS數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化及導(dǎo)入/導(dǎo)出

泵站GIS數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)據(jù)的導(dǎo)入/導(dǎo)出，是實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)智能可視化管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于不同類型的數(shù)據(jù)，需要采用不同的標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行處理，并通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口發(fā)送到系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)可接收Shape-File格式、Excel格式及CAD格式的數(shù)據(jù)。用戶首先需要對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)映射關(guān)系[3]，在系統(tǒng)平臺(tái)中即可執(zhí)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，并自動(dòng)建立泵站設(shè)施設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系。

1.3 泵站GIS數(shù)據(jù)的校驗(yàn)與修正

泵站數(shù)據(jù)的完整性、有效性不僅關(guān)系著泵站的正常運(yùn)行，同時(shí)，也關(guān)系著泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)的后期利用。因此，建立一個(gè)高效的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制也是泵站智能可視化系統(tǒng)的重要內(nèi)容。

系統(tǒng)平臺(tái)為數(shù)據(jù)的完整性、有效性與常見的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤提供了基本的檢查與校驗(yàn)功能。首先，完整性校驗(yàn)功能能夠?qū)ο到y(tǒng)中GIS數(shù)據(jù)的必填內(nèi)容進(jìn)行快速檢查，保證了數(shù)據(jù)的完整性；其次，為了保證數(shù)據(jù)的有效性，泵站、管線的位置與數(shù)值型數(shù)據(jù)都要在預(yù)設(shè)的正常范圍之內(nèi)，對(duì)于正常范圍之外的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)篩選；最后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的拓?fù)湟?guī)則對(duì)泵站與上下游之間的合理性進(jìn)行自動(dòng)判斷。

2 基于GIS的城區(qū)防汛排水泵站智能可視化管理系統(tǒng)的應(yīng)用策略

GIS泵站智能可視化系統(tǒng)的功能模塊主要包括：泵站的屬性查詢模塊、泵站運(yùn)行消息通知模塊、圖形顯示模塊、泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)下載模塊、地圖工具模塊、后臺(tái)管理模塊。

（1）泵站的屬性查詢模塊：在該模塊中，泵站的屬性數(shù)據(jù)能夠通過多種方式顯示出來。第一，可在地圖上顯示。操作人員通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖上的某個(gè)標(biāo)注點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)下拉列表，在下拉列表中詳細(xì)顯示該泵站的各種屬性數(shù)據(jù)；第二，可進(jìn)行列表化顯示。操作人員在數(shù)據(jù)檢索欄中輸入目標(biāo)泵站的名稱，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫就會(huì)將相關(guān)泵站數(shù)據(jù)發(fā)送到前端界面進(jìn)行列表化顯示。

（2）泵站運(yùn)行消息通知模塊。泵站在日常運(yùn)行的過程中，會(huì)定時(shí)發(fā)送或者不定時(shí)的發(fā)送泵站的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)。操作人員可在系統(tǒng)的主界面中查看滾動(dòng)的泵站運(yùn)行信息通知。

（3）圖形顯示模塊。泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)主要以直方圖、餅狀圖等顯示方式對(duì)泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀而詳細(xì)的展示，此外，還能夠以雷達(dá)圖的顯示方式在多個(gè)層次展示不同泵站之間的差異性，以折線圖的顯示方式直觀的展示泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，從而更全面地對(duì)泵站的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。

（4）泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)下載模塊。泵站智能可視化管理系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，在進(jìn)行泵站的維護(hù)與管理中，經(jīng)常需要對(duì)數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，以方便相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的離線檢索與分析。雖然系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出的功能，但是對(duì)于一些非專業(yè)人士來說還是存在一定的使用難度。因此，在系統(tǒng)平臺(tái)中加入了數(shù)據(jù)的下載模塊。操作人員可根據(jù)需要將相關(guān)的泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)下載到本地，保存格式包括PDF、CSV、Excel等。

（5）地圖工具模塊。在系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)過程中，需要將泵站的位置在地圖上顯示出來，因此，系統(tǒng)平臺(tái)也擁有與地圖相關(guān)的一些操作，如地圖的縮放、編輯、定位能操作；在地圖的使用過程中，經(jīng)常需要對(duì)地圖上的距離或者面積進(jìn)行測(cè)量，因此，在地圖的操作功能中，還增加了長(zhǎng)度測(cè)量與面積計(jì)算等功能。除此之外，還可以對(duì)地圖進(jìn)行截圖和保存，可用鼠標(biāo)選擇需要截圖的區(qū)域并進(jìn)行保存和下載。

（6）后臺(tái)管理模塊。后臺(tái)管理模塊是本站智能可視化平臺(tái)的一項(xiàng)基本功能。擁有該權(quán)限的人員可通過該模塊對(duì)泵站的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)及泵站的員工信息進(jìn)行管理，并可設(shè)置員工的操作權(quán)限。

3 結(jié)語

隨著城市的不斷發(fā)展，城區(qū)防汛排水泵站的作用越來越重要，已經(jīng)成為很多城市的守護(hù)神。通過對(duì)泵站可視化智能管理模塊的開發(fā)、泵站設(shè)施設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新及相應(yīng)的硬件和軟件技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)，全面提升城市防汛排水泵站的管理水平，為預(yù)防城市水害以及城市的健康運(yùn)行提供可靠保障。