基于GIS技术的水厂数字孪生智慧化应用

基于GIS技术的水厂数字孪生智慧化应用

     ,陈敏

身份证号：310104197605190413 上海市 200000

1 概述

   随着上海市城市建设的快速发展，城市基础设施管理日趋高效完善，作为城市基础设施的地下管线对于城市规划建设和日常管理的重要性亦愈来愈凸现出来。水厂内部结构复杂，日常工作所管理的构筑物、管网都有明显的空间分布特征，具有分布范围广、连接关系复杂的特点。

本项目拟全面查明、查清上海南市水厂地下管线空间分布和属性情况，建立具有权威性、现实性的地下管线数据库，将地下管线信息以数字的形式进行获取、存储、管理、分析、查询、输出、更新，建立公共数据平台；实现地下管线信息计算机化、网络化管理，建立切实可行的数据更新机制，保证地下管线数据的动态管理，提高城市给水管网管理效率，为城市可持续发展提供决策支持。

水厂内部结构复杂，日常工作所管理的构筑物、管网都有明显的空间分布特征，具有分布范围广、连接关系复杂的特点，然而具有GIS特征的信息管理系统能够有效地对这些空间信息进行管理，在水厂信息化系统建设中，保留水厂内部结构的空间特征，满足空间图形数据管理。

为了满足水厂精细化管理的需求，慧集信息以水厂内部设备设施、水厂运营为主要管理对象，运用GIS技术形成水厂GIS应用模块，实现水厂构筑物、管网、设备设施等的数字化，并以GIS为平台进行展示、检索查询、信息维护，保证信息的及时更新，为水厂设备设施的维修保养提供可靠依据，同时GIS数据可以有效支持水厂的三维展现方式，为水厂运行管理高级分析、突发事故应急处理等方面提供帮助。

当数据可视化融入GIS技术后，打造的指挥系统可以帮助我们改善面对问题的响应操作方式。

GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术，是一门多学科综合的边缘学科。其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析。因此，GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。换言之，GIS就是利用计算机建立地理数据库，将地理环境中的各种要素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存贮、处理和分析，建立有效的数据管理系统。通过对多种要素的综合分析，方便快速地获取信息，满足各种不同的应用或科学研究的需要，并以图形和数字的方式表示结果。常规的城市规划设计都是在测绘人员提供的测绘图件、资料下进行。由于测绘与规划设计严重脱节，既不能发挥测绘人员对规划设计的参与作用，又难以使规划设计人员吃透客观实际的信息，因而不利于提高规划设计工作的质量和效益。数字地图的出现和GIS的发展，使这一状况得到了改变。由于GIS主要以数字地图的形式输入输出，查询、分析直观易懂，因此很容易为规划设计人员所接受。在GIS中，由于所获取的测绘基础数据详尽、可靠、准确，大大提高了城市规划的学性。同时计算机的高速运算和具有极强的逻辑判断功能，可在短时间内提供多方案比选，增加了规划设计方案的合理性。而且，计算机可以自动地生成各种规划用图、表格和报告，利用数据库又易于删补、更新，因而还可以实现城市规划的动态监控和动态设计。

2 水厂GIS应用模块建设思路

1、基于现有的供水管网GIS系统进行数据及功能的扩展，以新增功能模块来实现对水厂内部管线及设施的管理，继承和延续现有供水管网GIS系统的功能，并结合水厂的实际情况实现数据精准、精细化地管理。

2、设计和建立水厂GIS基础数据库，先进行基础数据的整理，收集水厂相关的设计图纸、竣工图纸，同时对水厂构筑物、管线、设备等属性信息进行整理。在基础数据齐全、准确的基础上，进行数据库结构的设计，并将基础数据导入到数据库中；对管网数据数字化，并批量导入数据库中。

3、建立物探数据导入标准，形成长效数据机制。结合水厂管网及设备的管理要求，针对性设计、制订地下管线探测方案，采用实地调查与物探的方法，探测现有水厂地下管网具体位置，绘制地下管线图，全面、清楚掌握管网的分布状况，为水厂的地下管线探测工作提供信息资料方面的技术保障。

4、软件开发方式将采用模块化的建设方式，搭建通用的数据库结构，标准的数据入库规范以及灵活的模板定制功能，便于今后对其他水厂数据的批量录入和数据维护。

5、针对性优化调整现有管网GIS系统的部分功能，满足水厂管理工作的实际，贴和实际应用场景，增强系统的实用性和灵活性。

3、GIS项目管理平台功能介绍

3.1数字化管线“一张图”

1、平台结合GIS技术与H5技术，实现对厂内管线、管线设施的直观展示。

2、标准地图与卫星地图相结合，可任意切换或叠加展示。

3、管线动态展示，按照比例尺实现逐级缩放。

3.2管线数据信息查看

1、查询方式多样化：单点查询、空间查询、逻辑查询。

2、信息展示标准化：“主要信息”+“详情信息”相结合。

3.3管线数据统计

1、管网数据全掌握：

实现管网及设备快速统计并图表展示。

3.4数字化高程走势模型

1、横/纵剖面分析，将“二维应用”与“高程走势图”相结合。

2、便于施工前查看管网的横纵向关系及距离道路中线的距离，为施工提供便利。

3.5多种类专题应用

1、多种类专题应用：包含消防栓专题、供水阀门专题、电动阀专题、安防专题、路灯专题、标签专题、管沟专题、供电专题等。

3.6室内二维管网与实景相结合

1、查看室内管网的同时，可查看管网的实景照片，实景照片支持360°全视角调整，实现二维GIS与真实车间环境相结合。

3.7数字化管线三维应用

1、将建筑模型和管网模型相结合，搭建一个虚拟三维场景，还原空间地物的三维空间位置。

2、支持三维模型展示、三维图层管理、三维模型场景巡游、数字化信息查询等。

5、GIS系统对于地下管线管理作用

存在问题及解决方法

问题1：  地下管线的物探设备功能有局限性。对单一金属管线的探查准确率较高，但对于多根金属管线的叠加或紧挨无法区分，对于非金属管道无法探查。

措施：   施工中结合南厂老图纸和实地开井盖确认管线走向并测量。

问题2：  对于室内管线无法使用卫星精确定位。

措施：   需要靠测绘人员实地勘测，人力成本较高，且较难操作，目前问题未能解决。

问题3：  由于管沟和构筑物间的封土存在，对于室外与室内电缆的连贯性和一一对应没有专业设备来探摸查明。

措施：   目前只能靠电气图纸和有些电缆上的长度标号来推断。工作量与质较难保证。

问题4：  对于GIS项目排摸结果的校对复核难度大。

措施：   对于已探明的区域，只能做到和南厂老图纸比对后，个别有疑问的地方挖开复查。

实现价值

智慧管理：搭建统一的综合管廊“大脑”平台，通过海量数据、分散设备、和传感器数据的转换的综合管理，实现地上地下综合管廊勘察设计、施工、运维等各阶段的可视化、精细化、智能化管理和指挥调度，助力地下综合管廊高效运行、快速发展，使地下综合管廊安全水平和应急管理能力得到大幅提升。

智慧感知：数字孪生可视化管廊将全方位的实时感知管廊内部的环境及设备安全状态，监控设备赋予管廊“眼睛”和“鼻子”，解读城市能源消耗、安全态势，各类传感器共同织成一张监控大网，使地下空间“一览无余”，便于维护人员第一时间发现并处理险情。

智慧决策：智慧管廊运用一张图的浏览模式，即通过信息技术以及多平台协同合作，监测管廊本体及管网动态，面对突发状况，系统实现自主决策和快速处置。分析采集有效信息，历史数据做好整理，辅助管理人员做出决策，提高运维效率。

总结

ZTmap3D融合渲染平台将打破传统的运维管理模式的缺陷，实现了城市规模的多层级、多系统的一体化部署、监管与协同，综合管廊全面覆盖的实时监控、联动应急指挥以及对管廊运维数据的高度集成、融合、挖掘、共享，为管廊安全运行提供了更为坚实的保障，通过对综合管廊全生命周期BIM+GIS数据传导和轻量化应用，打造具备智能控制、降耗节能、智慧运维于一体的绿色综合管廊三维可视化管理系统。