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案例頻道馬正午
1 城市供配水系統(tǒng)概述
隨著現(xiàn)代科學技術的進步，在世界范圍內，計算機已經進入工業(yè)生產的各個環(huán)節(jié)，并取得了飛速的發(fā)展。在我國經濟建設飛速發(fā)展的今天，以電子信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)和大力倡導工業(yè)自動化，已成為不可逆轉的趨勢。面對城市建設的快速發(fā)展，供水行業(yè)已充分認識到：對城市供配水管網系統(tǒng)，必須采用現(xiàn)代化的管理手段，對其進行高效地管理，使管理由經驗型管理向科學型管理轉變，大力節(jié)約水資源，改善面向社會的服務水平。人們已經深刻地認識到，加強城市自來水系統(tǒng)綜合自動化建設，是達到這一目標的重要措施。這里所說的“城市自來水系統(tǒng)綜合自動化解決方案”，通常包括以下四個方面內容：
(1) 企業(yè)生產過程的SCADA系統(tǒng)；
(2) 企業(yè)現(xiàn)代化管理MIS/DSS；
(3) 城市供配水管網系統(tǒng)數(shù)學模型建立、系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設計；
(4) 網絡自動抄表（AMR）收費系統(tǒng)等四大部分。
利用計算機及信息技術，以上述四大內容為基礎，對城市供水行業(yè)進行企業(yè)現(xiàn)代化改造，是保證企業(yè)實現(xiàn)信息化，并與國際接軌的重要舉措；“城市供配水系統(tǒng)綜合自動化解決方案”的主體結構如圖1所示。本文僅涉及上述城市自來水系統(tǒng)綜合自動化解決方案中的“城市供配水管網系統(tǒng)數(shù)學模型、仿真與優(yōu)化設計”部分，并簡化定義為 “城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”，其它部分內容另文進行分析研究。
城市優(yōu)化供配水系的統(tǒng)全稱應該是“城市供配水管網系統(tǒng)數(shù)學模型、仿真與優(yōu)化設計”，它是以城市供配水管網地理信息系統(tǒng)（GIS）為背景，進行開發(fā)和建立起來的一個優(yōu)化系統(tǒng)，其主要任務有：
(1) 對現(xiàn)行城市供配水管網各功能子系統(tǒng)進行調查研究，并進行系統(tǒng)需求分析；
(2) 建立城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)的建設目標，進一步對該系統(tǒng)的功能進行再分析；
(3) 以地理信息系統(tǒng)為工具，建立城市供配水管網系統(tǒng)數(shù)學模型，并針對該供配水管網系統(tǒng)數(shù)學模型，進行系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設計；
(4) 建立新系統(tǒng)的日常運行機制，頒布新系統(tǒng)的管理與維護法規(guī)。
圖1 城市供配水系統(tǒng)綜合自動化解決方案主體結構
2 城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)的功能描述
城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)是以城市供配水系統(tǒng)管網GIS為背景，建立起來的一個軟件系統(tǒng)。它具有以下功能：城市供配水系統(tǒng)管網GIS功能、高度現(xiàn)代化的生產調度指揮系統(tǒng)功能、完全信息化的在線優(yōu)化供配水系統(tǒng)功能、應急事故處理的社會服務功能等。
(1) 城市供配水系統(tǒng)管網GIS功能
城市供配水系統(tǒng)管網GIS功能，是“城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)”的核心功能，具有以下六大功能子系統(tǒng)，它們分別是基礎平臺的圖庫管理子系統(tǒng)、管網編輯子系統(tǒng)、管網管理子系統(tǒng)、管網運行調度子系統(tǒng)、事故處理子系統(tǒng)、管網維護管理子系統(tǒng)等；通常每個子系統(tǒng)均可由數(shù)個模塊組成，下面將分別敘述各個子系統(tǒng)的功能和其模塊的功能。
? 地形圖庫管理子系統(tǒng) 本子系統(tǒng)除提供了分別對點、線、區(qū)三種圖元的空間數(shù)據(jù)和圖形屬性進行輸入和編輯的功能，以從圖形表格輸出的功能之外，最主要的是實現(xiàn)地形圖建庫、對圖庫靈活的管理和方便的數(shù)據(jù)轉換。
? 管網輸入編輯子系統(tǒng) 管網輸入編輯子系統(tǒng)提供豐富有力的網絡輸入手段，構造網絡拓撲關系，建立與管網元素相關的屬性數(shù)據(jù)庫和提供供水管網的圖形屬性編輯工具。
? 管網管理子系統(tǒng) 管網管理子系統(tǒng)用于對管網信息進行全面的了解和詳細的分析，提供屬性與管線的雙向查詢工具查詢檢索各種需要的數(shù)據(jù)和信息。
? 管網運行調度子系統(tǒng) 管網運行調度子系統(tǒng)實際上就是“供配水優(yōu)化系統(tǒng)”的具體實施，它是在GIS系統(tǒng)的基礎上建立起來的，該子系統(tǒng)同時需要查表收費系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。
? 事故處理子系統(tǒng) 事故處理子系統(tǒng)包括爆管事故處理和火災事故處理兩個模塊，爆管事故是指管網中突發(fā)的爆管等漏水事故。用戶只需指定漏水處，系統(tǒng)將能夠制定出合理的處理方案，以便及時排除故障。當需檢修某個或某些閥門時，則需利用擴大關閘搜索尋找需關哪些閥門，以便進行搶修。火災事故處理，是指在城市中突發(fā)火災時，用戶只需指定失火處，并給定搜索條件，系統(tǒng)將能夠根據(jù)搜索條件找出可用的消防栓，提供給消防部門。
? 管網維護管理子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)主要是對管道完工檔案、閘門和管網運行狀態(tài)進行管理日常業(yè)務管理。
城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)的以下功能，筆者將另文予以分析研究。
(2) 高度現(xiàn)代化的生產調度指揮系統(tǒng)功能
(3) 完全信息化的在線優(yōu)化供配水系統(tǒng)功能
(4) 應急事故處理的社會服務功能
3 城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)的目標及設計原則
3.1 城市優(yōu)化供配水系統(tǒng)的總目標
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