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1、GIS支持下的給水管網(wǎng)閘門優(yōu)化調度時間:1999-02-17 09:30 中國給水排水1999年第2期 張宏偉;儲誠山;吳光紅; 來源:轉載 屬性:期刊論文 評論: 0條 張宏偉 儲誠山(天津大學環(huán)境工程系)吳光紅(中國市政工程華北設計研究院)城市管網(wǎng)的功能會因各種類型的故障而破壞,其中因管材和管接頭損壞而引起的管線故障是最經(jīng)常和最嚴重的。如何快速、準確地找出事故點的位置,及時調度閘門,使維修時間最短、停水區(qū)域最小、關閉的閘門最少,即閘門的優(yōu)化調度問題,成為保證供水可靠性的關鍵所在。在多閘門的環(huán)狀管網(wǎng)中,關閉與發(fā)生事故點有關管段的方案有許多種,而尋找最佳方案便成為閘門優(yōu)化調度的中心技術。對于大

2、型管網(wǎng),傳統(tǒng)的閘門優(yōu)化調度方法數(shù)據(jù)錄入量大、易出錯,不能利用管網(wǎng)圖中各圖素已有的數(shù)據(jù)和位置關系,實際應用中難以獲得事故點的橫、縱坐標值。而GIS(地理信息系統(tǒng),Geogra phical Information System) 技術支持下的給水管網(wǎng)閘門優(yōu)化調度正好能彌補這些缺點,而且界面直觀。GIS以空間數(shù)據(jù)為基礎,在計算機軟硬件支持下對空間數(shù)據(jù)進行采集、管理、分析、顯示,并采用地理模型分析方法,適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息。由于GIS能夠建立二維矢量拓撲關系,特別是其網(wǎng)絡分析功能,為給排水管網(wǎng)的規(guī)劃設計、管理調控提供了強有力的工具。本文選用美國環(huán)境系統(tǒng)研究所開發(fā)的Arc/Info和Arc

3、View軟件作為支持閘門優(yōu)化調度的二次開發(fā)軟件。1 閘門優(yōu)化調度方法GIS的基本單位為圖層,同一圖層的圖素具有相同的屬性。為了簡化,假設管網(wǎng)圖為二維圖形。在用AutoCAD數(shù)字化錄入管網(wǎng)圖的過程中,將具有同一屬性的圖素放在同一層里,并以DXF格式輸出圖形文件,經(jīng)Arc/Info轉化為相應的圖素圖層,在轉化過程中,Arc/Info根據(jù)內部標識碼自動賦圖素以編號。在ArcView窗口中,建立管網(wǎng)圖項目gw.apr,該項目包含背景圖層、閘門圖層、管段圖層、節(jié)點圖層、消火栓圖層。打開該項目,激活相應圖層,即可對該圖層所有圖素的屬性數(shù)據(jù)庫和圖形庫進行雙向查尋、檢索、分析等操作;移動鼠標,窗口中即可顯示鼠

4、標所在位置的坐標值。根據(jù)需要,這里只使用管線圖層、節(jié)點圖層和閘門圖層。在Arc/Info環(huán)境下分別提取節(jié)點圖層里的節(jié)點橫、縱坐標值,存放在jd.dat文件里;同樣提取閘門坐標值,添加閘門所在的管段號,形成zm.dat文件;輸入管段編號和起、終點編號存放在gd.dat文件中,作為閘門優(yōu)化調度程序的數(shù)據(jù)源。在提取數(shù)據(jù)源的過程中,避免了人工采集和錄入節(jié)點及閘門坐標值。在Visual C+環(huán)境下編寫閘門優(yōu)化調度程序zmdd.cpp,通過編輯、連接后形成一個程序模塊,將該程序模塊集成到管網(wǎng)項目gw.apr中,通過運行該程序模塊,即可進行給水管網(wǎng)閘門優(yōu)化調度。實際應用中,如果管網(wǎng)中某處發(fā)生爆管,首先用戶或

5、巡檢員以電話通知自來水公司有關部門,系統(tǒng)操作人員根據(jù)用戶反映的街區(qū)名稱,即可通過管網(wǎng)項目里的管網(wǎng)圖和屬性數(shù)據(jù)庫查找相關圖檔,確定爆管的管段號、管徑、管材和準確地點,在圖中移動鼠標得知事故點的坐標值,運行閘門調度程序,輸入事故點的橫、縱坐標即可得出閘門優(yōu)化調度的方案、對應關閉的閘號,通過閘號便能快速地查找與其對應的閘徑、閘門型號、安裝年月等閘門屬性,再將這些資料打印出來交給施工人員,以便迅速準確地準備材料、進入現(xiàn)場搶修。2 工程實例圖1為河北省某市局部管網(wǎng)圖圖層,(圖中未顯示背景圖層和消火栓圖層)。在程序編寫過程中,節(jié)點數(shù)NJ、管段數(shù)NG、環(huán)數(shù)NL都采用宏定義,通過改變這三個宏定義和數(shù)據(jù)源,該程

6、序可被任何管網(wǎng)閘門優(yōu)化調度所通用;根據(jù)Visual C+程序文件的可繼承性,該程序被分為三個程序部分,即數(shù)據(jù)讀取子程序、判斷事故點所在的管段號子程序、閘門調度主程序,前兩者被后者所調用,這樣,也使得程序可讀性增強。另外,圖中管段、節(jié)點、閘門等所有編號皆為自動標注,是GIS支持下的閘門優(yōu)化調度的優(yōu)點之一。閘門優(yōu)化調度算例:假設節(jié)點12發(fā)生故障,該點的坐標為(1 770.74,1 773.46),調用運行閘門優(yōu)化調度程序模塊,執(zhí)行后輸出關閘方案,即應關閉的閘號為33、34、35,由閘號查詢其對應的屬性庫,查詢結果見圖2。所有過程均在同一窗口中,避免了多窗口切換帶來的弊端。3結語 與傳統(tǒng)方法相比,GIS技術支持下的

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