刘 阳

（太原学院建筑与环境工程系 山西 太原 030032）

0 引言

城市建设规模日益扩大，排水管网系统也越来越庞大，图文资料越来越多。由于城市排水管网埋设于地下，结构复杂且信息量大，导致其管理存在数据分散、统筹规划不力以及检修不到位等问题，故实现城市排水管网的信息化管理已成为一项重要工作，利用先进的科学信息技术进行城市排水管网的数据资源管理、查询统计以及空间分析，实现现代化管理已成为必然趋势。GIS是一个集地理数据的采集、存储、管理、计算、显示、分析和描述为一体的综合技术系统，实现了城市排水管网的资源管理、规划设计、查询统计、维护更新、分析优化、信息共享等功能，满足了城市排水管网信息化建设的需求，为推进城市管理现代化发展提供了科学指导，具有重要意义。

1 GIS技术概述

GIS技术即地理信息系统，它以地理空间为基础，通过地理模型分析，从而获取、处理、管理和分析地理空间数据，是一个用于地理研究和地理决策的计算机技术系统，是国家信息资源的重要组成部分。其软件构成图如图1所示。

近年来GIS技术在各行各业中被广泛应用。GIS可为处理防灾减灾、城市环境资源等方面问题提供重要依据，可以将空间信息数据集成起来，层层分类，完整地表达客观地理世界。利用GIS技术，人类可以便捷查询全球地理空间数据以及对海量空间数据进行统一管理，城市排水管网附属资源信息（排水管道、雨水与污水井、污水管道等）分布于不同的地理空间位置，通过GIS技术可以有效显示这些附属资源数据，并优化其网络布局，对数据进行收集统计以及合理配置资源等，从而为城市排水管网科学管理提供有效支持[1]。

2 GIS技术特点与优势

GIS技术将地图独特的可视化与地理分析等一般数据库操作集成在一起，相比于其他计算机系统，其优势主要表现在以下4个方面，①强大的可视化表达手段：GIS可视化是以图形学、计算机科学、地理信息为基础，以屏幕地图的形式直观、动态地显示空间信息的一种方法和技术，形象地反映了地理要素的特征；②地理过程的演化模拟：GIS技术具有模拟以及预测地理复杂系统时空演化过程的能力；③空间决策支持：GIS技术可以通过对空间数据的查询、模拟与分析，为决策者掌握复杂的空间数据提供依据；④快速的空间定位搜索：GIS技术可以对整合的空间数据进行自动分析，对所需要的资源数据信息进行快速空间定位查询。其特点主要表现在以下三个方面①开放性：具有强大的可扩展性与连接性，GIS技术支持多种数据库管理系统以及各类操作系统平台，兼容性较强；②先进性：GIS系统采用了先进的互联网计算机技术、数据库技术以及地理信息处理技术，并不断更新，可以远程查询数据，直接打印地图与数据，且地图精度较高；③发展性：为考虑GIS系统的进一步发展、扩展其性能以及与其他应用程序系统集成的方便性，在应用程序开发过程中，开发工具通常使用xml等[2-3]。

3 GIS在城市排水管网中的重要作用

在城市排水管网中GIS技术的主要作用是对排水管网空间数据进行综合管理，使排水管网水力模型可视化表达，GIS信息化排水管网系统是一个综合系统，GIS技术的应用将城市排水管网空间地理位置与属性有效结合，并分类存储与管理，使地下排水网被完整表达出来，排水管网地理信息管理系统可以根据用户需要准确显示输出，满足了相关部门对排水管网查询统计的需要[4]。GIS在城市排水管网中的重要作用主要体现在以下4个方面：

（1）排水管网GIS技术的充分利用：GIS技术以其强大的空间数据集成与分析能力，建立了管网分析、运行管理与信息数据共享为一体的城市供排水系统，该“排水系统图”清楚地显示了排水设施的埋设深度、连接方式等信息，对排水管网的日常管护有重要意义[5]。

（2）GIS水力模型在排水管网中的作用：水力模型是从一系列水文水力学理论公式中抽象出来的一组数学模型，如管网物理属性数据等，该模型能够模拟污水管网在干燥和雨天的实际流量，并发现系统存在的问题，对排水管网优化起着重要作用，通过建立水力模型可以实现排水管网数据的分析整理，解决排水系统存在的问题[6]。

（3）GIS系统数据管理在排水管网中的作用：在排水管网中工作人员利用GIS技术可以对管道数据库进行精确建设以及地形描绘，快速完成更新数据的任务，还可以实现格式的转换，例如当工作人员需要将排水管线的CAD立体图转化为GIS可以处理的信息模式时，便可以用GIS数据管理将CAD格式转换为地理信息，反之亦然，GIS数据管理可以将格式随时随地进行转换，充分发挥出数据价值，实现资源共享，在一定程度上提高了城市排水管网的管理效率[7]。

（4）GIS系统用户管理在排水管网中的应用：普通用户分配到各区域进行排水管网的故障维修，负责管理该区域，对故障进行分析并上传到排水管网地理信息系统，其余维修人员可以通过GIS的信息反馈了解哪个区域出现故障以及故障的难度。一旦问题难以解决，所有的维修人员都能以最快的速度到达现场并进行协同维护，以达到信息传输的效果。

4 GIS在城市排水管网中的应用

4.1 基于GIS技术优化城市排水管网系统设计结构

在传统的工作方式中，城市排水管网信息内容基本都是按照工程图纸图表叙述，如设计方案等，都是人工管理，无法进行管网结构设计与城市地质图相一致的动态管理。在这种情况下，就要利用GIS技术对城市排水管网结构进行优化，其结构见图2，在城市排水管网地理系统中，需要实现数据查询编辑、空间分析等功能，C／S模式满足了GIS数据复杂操作的需求，因此，我们以数据库网络服务器为管理中心，采用C／S与B／S复合结构，采用C/S模式实现了排水管网数据输入的编辑功能，且所有C/S模式的功能在B/S模式中都能实现的，这样既完成了数据备份功能，保证了数据安全，又兼顾网络服务器的负载平衡，保证系统的可用性和开放性[8]。

4.2 构建数据共享平台

GIS排水管网具有完善的附件数据，且可以对管道数据进行输入与编辑，通过利用GIS技术建立全面准确的排水管网数据库（如图3所示），工作人员可以便捷的获取自己所需要的数据，也可以根据实际情况对数据进行更改与更新，GIS系统可以实现与通用CAD数据或其他测量数据等多种数据格式的数据转换，以此来实现资源数据共享，资源共享即各单位建立其GIS数据标准，将其提交至综合地理信息系统的运行维护单位联合更新，统一建档供专业管道单位以及排水管网施工单位免费使用；信息共享即专业管道单位以及排水管网施工单位及时反馈施工信息，以便相关部门及时更新数据信息，使专业排水管网施工单位能够进行管道维护和预警。GIS排水管网数据处理主要有数据编辑、合成与转换，最后形成空间数据库与属性数据库[9-10]。

4.3 三维观测功能

利用GIS三维观测功能构建地下排水管网管线立体图，可以清楚了解各管道的空间关系及其位置，实现了地下排水管网的多维可视化显示系统，绘制了地下排水管网的动态图，还可以对管网进行标注与模拟，实现对排水管网位置、尺寸等信息收集，施工单位可以从任何角度对整个管网系统进行观察和分析，也可以通过系统生成的管网断面图对其进行分析，查询管网的运行状态及两者之间的关系，更好地进行综合管理，城市排水系统的水位、水质、流向以及流速数据的三维观测展示图[11]，见图4所示。

在水位数据方面，结合排水管网对象的直径与深度等相关属性数据，可以同步并直观地获得水位数据和充水度的动态变化过程。当该节点产生积水或被淹没时，该节点会以高亮形式被突出显示，以形成溢流节点和满管流管道的三维空间分布图；在水质数据方面，可以快速、直观地获得不同管网对象的水质差异，结合水质标准信息，当管网水质达到标准时，会在三维场景中突出管网对象，并进行显示，以形成满足各水质标准节点与管道三维空间分布图。此外，GIS排水管网系统还可以模拟不同降雨事件下积水节点等在三维空间的分布情况，为市政的内涝与溢流治理提供坚实的技术支撑[12]。

4.4 基于GIS的城市排水管网数字化管理

为构建以GIS技术为基础的城市排水管网系统，首先要建立管网空间数据库，将数据连接起来，且空间数据库的规模与处理能力应随着系统发展及时更新，在图5构建的城市排水管网管理系统中，城市排水管网相关空间数据信息存储在空间数据库中，且这些数据信息通过数据传输通道转移到目标程序进行业务处理，信息可以按属性分类存储，不仅方便管理与操作，而且不受系统指令限制。并在原有的基础上优化了空间数据库的管理模式和结构，使数据管理更加智能化，能随着技术的发展进行更新[13-14]。

5 结语

GIS技术在城市排水管网中的应用解决了管网运行中常见的问题，其强大的空间分析能力为管网生产调度提供了准确的数据支持和科学的辅助分析手段，本文从GIS技术优化城市排水管网系统设计结构、构建数据共享平台、三维观测功能、基于GIS的城市排水管网数字化管理4个方面入手分析了GIS技术在在城市排水管网系统中的应用，以期促进城市排水管网的运行效率。