城市供水管网仿真模拟分析平台的开发与应用

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城市给水排水管网系统专用GIS平台开发与应用_陈宇辉 (1)

・计算机技术・　城市给水排水管网系统专用GIS平台开发与应用陈宇辉　刘遂庆(同济大学环境科学与工程学院,上海　200092) 摘要　运用地理信息系统进行城市给水排水管网数据管理,有助于提高企业管理的质量和效率。

但是目前采用的GIS软件平台都是覆盖电信、电力、国土资源、煤气、交通、水利、水务运营等多个专业的通用GIS平台,应用于城市给水排水行业有较多冗余功能,既浪费资源也降低系统的运行效率。

一般不能直接满足行业的特殊需求,需进行二次开发。

以华东地区某市给水管网地理信息系统应用为例,对城市给水排水管网专用GIS平台的开发与应用进行一次尝试。

关键词　系统设计　地理信息系统(GIS)　管网地理信息系统(G eographic Information System, GIS)是利用计算机输入、输出、查询、分析地理信息的一门综合性技术学科,是一种功能强大的信息管理工具。

起源于20世纪60年代,早期主要应用于军事、自然资源管理、测绘等领域。

近几年,随着计算机技术的发展,地理信息系统在给水排水工程中亦得到了广泛的应用。

地理信息系统与给水排水工程专业相结合,可以实现给排水管网资产管理、管线设备统计查询、优化调度、事故处理等一系列功能,是构建城市给排水决策支持系统的基础环节,具有重要的实用价值。

1　系统开发背景目前,国内使用较多的地理信息系统主要有:Arc/ Info、G enaMap、S paceman、MapInfc、Autodesk Map、Map G is、SurperMap等。

这些国内外GIS系统均是通用性极强的系统,一般来说,功能全面,分析手段完善,就其所能处理的范畴,远远超出给水排水行业的专业要求。

但在专业深度上,不能拿来就用,必须做大量研究工作并采用VB、VC、Delp hi等开发工具根据专业需求进行二次开发,以适应给水排水的行业需求。

二次开发不仅需要较长周期,而且开发的好坏,往往直接决定了GIS系统最终能否满足工程需要。

管网系统水力计算与仿真分析

管网系统水力计算与仿真分析一、管网系统水力计算与仿真分析概述管网系统是城市基础设施的重要组成部分，负责将水资源从源头输送到各个用户，同时收集和处理污水。

随着城市化进程的加快，管网系统的规模和复杂性不断增加，对水力计算和仿真分析的需求也日益突出。

水力计算与仿真分析是确保管网系统高效、安全运行的关键技术手段。

1.1 管网系统水力计算的重要性管网系统的水力计算是评估系统性能、优化设计和运行管理的基础。

通过水力计算，可以预测水流在管网中的分布、速度和压力，从而为管网的设计、扩建和维护提供科学依据。

1.2 管网系统仿真分析的作用仿真分析是利用计算机技术模拟管网系统的实际运行情况，通过模拟可以发现潜在的问题，优化系统设计，提高运行效率，降低能耗和成本。

二、管网系统水力计算与仿真分析的关键技术管网系统的水力计算与仿真分析涉及到多个关键技术，这些技术是确保计算准确性和仿真效果的关键。

2.1 水力模型的建立水力模型是仿真分析的基础，需要根据管网系统的实际情况建立相应的数学模型。

模型的建立包括确定管网的拓扑结构、节点特性和管道参数等。

2.2 计算流体动力学(CFD)的应用计算流体动力学是一种数值模拟技术，用于模拟流体在管网中的流动。

CFD可以提供详细的水流速度、压力和温度分布等信息，对于分析复杂管网系统的水力特性至关重要。

2.3 管网系统的动态模拟管网系统是一个动态变化的系统，需要考虑时间因素对水流的影响。

动态模拟可以预测管网系统在不同工况下的响应，为系统的实时控制和调度提供支持。

2.4 优化算法的应用在管网系统设计和运行中，优化算法可以帮助找到最优的设计方案或运行策略，以达到提高效率、降低成本和满足环境要求等目标。

三、管网系统水力计算与仿真分析的实施途径实施管网系统的水力计算与仿真分析需要遵循一定的步骤和方法，以确保分析的准确性和有效性。

3.1 数据收集与处理在进行水力计算和仿真分析之前，需要收集管网系统的详细数据，包括管道尺寸、材质、坡度、节点类型等。

城市供热管网水力模拟与优化运行研究

城市供热管网水力模拟与优化运行研究随着城市化进程的加快和人们对生活质量的要求提高，城市供热成为了一个重要的公共服务系统。

供热管网作为城市供热系统的核心组成部分，对其水力特性的研究和优化运行具有重要意义。

本文将围绕城市供热管网水力模拟与优化运行展开讨论，以期为今后的研究和实践提供有益的参考。

首先，我们来了解一下城市供热管网的水力模拟是什么。

水力模拟一般是指基于供热管网的实际工况和水力特性参数，通过一系列计算和模型构建，对供热管网内的水流运动进行预测和分析。

这种模拟可以帮助我们理解供热管网的整体水力行为，包括水流速度、压力分布以及管道内的水力损失等。

通过水力模拟，我们可以评估供热系统的性能，找出系统中的瓶颈，从而进行合理的优化设计和运行管理。

在城市供热管网水力模拟中，需要考虑的一项重要内容是水力特性参数的准确测量和建模。

这些参数包括：管道内径、壁面粗糙度、流体密度和黏度等。

准确地测量和建模这些参数对于模拟结果的可靠性至关重要。

同时，还需要建立合适的数学模型来描述供热管网内水流的流动过程。

这些数学模型可以是基于物理规律的动力学方程组，也可以是经验性的经典模型。

不同的模型对于水流运动的描述程度和计算复杂度有所不同，需要根据实际情况进行选择和调整。

一旦建立了可靠的水力模型，我们就可以进行对供热管网的水力特性进行模拟分析。

在模拟过程中，可以通过改变不同的运行参数，如流量、温度、压力等，来模拟不同工况下供热管网的水力行为。

通过分析模拟结果，我们可以了解不同供热管网区域的水力状况、管道间的水力平衡情况以及可能存在的潜在问题。

这些信息对于优化运行和故障排查都具有重要意义。

除了水力模拟之外，城市供热管网的优化运行也是一个关键的问题。

通过优化运行，我们可以提高供热系统的效率、减少能源损失和运营成本。

优化运行可以从多个方面进行，包括调整供热管网的供热水温、水流速度、流量以及操作参数等。

优化运行的目标是在满足用户需求的基础上，尽量降低系统的运行阻力和损失。

城市供水运营智慧化管理平台研究与应用

城市供水运营智慧化管理平台研究与应用王良,王伟强,闫浩波,张卓群,于然(呼和浩特春华水务开发集团有限责任公司,内蒙古呼和浩特010011)摘要:结合城市级水务集团公司的信息化发展现状,综合运用物联网㊁数据集成㊁数据共享与交换㊁大数据分析等技术,将水司的水源地㊁水库㊁水厂㊁加压泵站㊁管网压力㊁二次供水㊁抄表㊁营业收费㊁客服热线等各供水环节独立系统的多源异构数据进行统一集成㊁有机整合,在管网G I S的基础上,建设统一的城市供水运营智慧化管理平台,实现从水源地到水龙头的全过程统一综合监控,实现数据共享㊁资源整合与业务协同,并通过大数据挖掘为水司管理者提供决策支撑,保障城市居民用水安全㊂关键词:智慧水务;供水运营智慧化;物联网;G I S;大数据中图分类号:F299.24文献标识码:A 文章编号:1007 6921(2023)04 0102 04水是生命之源㊁生产之要㊁生态之基[1]㊂随着城市的发展,城市供水的监督和管理已经成为城市发展一大困扰,水质监控不及时㊁水灾害预警不及时㊁水压水量不足等更是直接关系民生的问题㊂在当前智慧城市建设的大背景下,如何解决城市供水运营的统一管理,保障城市居民用水安全,是城市水务集团公司亟待解决的核心问题㊂智慧水务以新信息技术应用带动水务信息化技术水平的全面提升,为水务管理的精细化㊁智慧化提供信息化技术支撑,有望成为解决城市水资源问题的重要途径[2]㊂智慧水务作为智慧城市的重要组成部分,是体现城市管理智能化水平的重要标志之一[3]㊂2015年4月公布的第三批国家智慧城市试点84个新增试点㊁13个扩大试点㊁41个专项试点,其中呼和浩特市入围新增试点[4],呼和浩特春华水务开发集团有限责任公司智慧水务分公司主要负责呼和浩特市城区供排水㊁污水处理㊁再生水回用等业务的建设运营管理,当前已开展的智慧水务建设,是智慧呼和浩特建设的9个专项之一,通过城市供水运营智慧化管理平台的建设,解决了城市供水运营的统一管理问题,有效提升了水务各部门的工作效能与质量,管控与及时处理各种应急水务事件,提升服务水平与满意程度,为城市居民用水安全提供可靠保障㊂1研究背景此前,呼和浩特春华水务开发集团有限责任公司及国内各地的大型水务公司在供水信息化建设方面已经具备一定基础,建立了独立的业务系统,如水源地监控平台㊁各个厂站独立运行的水厂S C A D A 平台㊁管网G I S系统㊁二次供水监测平台㊁管网压力监测系统㊁远传水表监控系统等,每个业务系统独自承载着水司或下属分子公司㊁水厂的某项固定业务而单独运行,专业分割㊁管理分散㊁系统之间没有关联,形成一个个数据孤岛㊁应用孤岛,很难看清整个城市级水司的整体运行情况㊂由于历史的原因和业务的差异,这些业务系统及数据库的建设缺少统一规划㊁合理布局,各个系统独立的建设,且受到建设年代信息技术水平的制约等因素,存在系统架构不同㊁设计思路及开发平台各异㊁数据库选型及版本多种多样㊁缺乏数据标准等问题,数据的统一集成及共享交换的难度极大㊂如何有效地整合原有的业务系统及数据,解决信息孤岛现象,在水司内部各部门之间㊁各业务系统之间形成数据及时㊁有效的更新机制,实现水司层面对供水全过程的统一监管及智慧化运营管理,成为水司亟待解决的课题㊂在智慧城市建设的大背景下,为尽快形成适应新管理体制下的业务能力,本研究在深入分析水司供水业务管理需求的基础上,以数据集成整合为核心,以数据应用为手段,全面分析水司重点关注的生产㊁运营㊁维护㊁服务等各环节数据指标,形成供水指标体系,结合数据集成及大数据分析技术,建设一套行之有效的能够满足城市供水行业需求的水务数据交换体系,进而建设城市供水运营智慧化管理平台,实现城市供水全过程的可视化展现及统一监控㊁统一的智慧化运营管理,为管理者提供决策依据㊂2系统架构从水务数据集成整合的角度,城市供水运营智慧化管理平台基于厂站监控平台层(含供水各环节的监控系统㊁业务管理系统)㊁数据中心层㊁综合监控2023年2月内蒙古科技与经济F e b r u a r y2023 4518I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y&E c o n o m y N o.4T o t a l N o.518收稿日期:2023-01-05作者简介:王良(1972 ),男,工程师,大学本科,研究方向:水务信息化㊁智慧化㊂中心(智慧化管理平台)层㊁上级平台层的四层结构进行系统架构,如图1所示㊂图1基于数据集成的系统架构厂站监控平台层:运行于水司的各厂站㊁分子公司的监控平台㊁业务管理系统㊂厂站监控平台,通常配置现场设备(泵㊁阀门㊁监测仪表等)㊁P L C系统㊁R T U㊁D T U㊁工业实时数据库㊁S C A D A监控平台㊁视频监控系统㊁报警模块,通过P L C系统采集现场设备数据,通过S C A D A软件将数据结合工艺流程图以图形㊁曲线和报表的形式展现,并将数据存储在工业库中;业务管理系统,通常配置关系型数据库,以及抄表㊁营业收费㊁客服热线等业务管理系统软件,实现水司抄表㊁售水㊁服务保障等业务的管理㊂数据中心:运行于水司中心机房,通常部署应用服务器㊁数据库服务器㊁存储阵列等硬件设施,部署数据采集系统㊁数据共享与交换服务㊁数据资源管理系统㊁大数据分析平台㊁大型关系型数据库㊁供水运营智慧化管理平台等软件设施㊂对城市供水全过程数据进行统一集成㊁存储㊁共享与交换,为应用系统提供数据服务㊂综合监控中心:在水司监控指挥中心,配置L C D/D L P大屏㊁供水运营智慧化管理平台㊁流媒体管理平台㊁监控计算机终端㊁移动终端,管理者㊁值班人员可以在监控中心㊁办公场所及利用手机A p p,方便快捷的实现城市供水各环节数据及生产现场视频的可视化展现㊁统一监控㊁数据分析㊁业务协同管理㊁指挥调度㊂上级平台:通常为水司上级管理部门建设的水务平台,如省/自治区级水务平台,以及城市大脑㊁城市级的防汛应急平台等第三方平台㊂智慧化管理平台为上级平台提供城市供水关键数据指标,纳入城市的综合管理体系㊂3水务数据共享与交换为了有效整合分散异构的信息资源,消除信息孤岛现象,灵活实现不同水务业务系统之间的信息交换㊁信息共享与业务协同,加强信息资源管理,开展数据和应用整合,研究并建立数据集成与共享交换平台,该平台作为城市供水运营智慧化管理平台的底层支撑平台,实现水务系统内部上下级间的纵向数据交换及系统外部的横向数据交换㊂水务数据的共享与交换按照业务需求,主要分为3个部分:①面向水司各类异构系统数据集成和数据分析的业务需求,提供水司多种平台㊁多种数据库㊁多种物联网设备协议的统一数据采集及集成服务㊂②定义城市供水运营智慧化管理平台与各业务系统之间的接口实现,根据事先制订好的规范㊁标准,实现各系统之间的数据共享和传输操作㊂在接入城市供水运营智慧化管理平台时,按系统集成要求设计数据结构,各类数据接口遵循系统集成规范㊂③基础数据和共享数据的交换服务和路由流程管理,该部分是数据交换平台的基础,提供数据共享交换访问服务,包括:静态交换数据㊁动态交换数据㊁图形数据及表格㊁统计资料等属性数据㊂针对城市水务数据共享与交换的需求,建设水务数据共享与交换平台及水务数据中心,通过对接水司现有各类信息系统及智能感知设备,并进行数据E T L㊁数据库集成㊁数据优化㊁数据共享等工作,实现各类异构数据的统一集成,为城市供水运营智慧化管理平台提供各类基础数据㊁实时数据㊁业务管理数据㊁历史数据及数据共享与交换服务,逐步完善水务数据中心建设和城市供水运营智慧化管理平台体系建设㊂数据集成架构,如图2所示㊂通过数据集成与共享交换平台,将城市供水环节各业务系统中的所有数据梳理入库,形成包括元数据库㊁基础信息数据库㊁业务专用数据库㊁实时数据库㊁模型库㊁空间库㊁历史数据库㊁多媒体数据库等,实现对数据的管理,全面整合并充分挖掘各类水务信息资源,作为实现城市供水运营智慧化管理平台的基础㊂主要数据如下:基础信息数据库:对水司各类信息系统所涉及的各类静态的㊁基础的数据建立数据库㊂实时数据库:实时数据包含水司的水源地㊁水厂㊁二次供水㊁管网测压等实时监测数据㊁设备运行数据㊁S C A D A业务更新数据等㊂根据行业经验对实时数据库及相关数据表进行深度优化,并建立面向应用的海量数据高性能读取处理机制㊂王良,等㊃城市供水运营智慧化管理平台研究与应用2023年第4期业务数据库:主要包含抄表㊁营业收费㊁客服热线㊁供水生产运营报表等业务数据㊂历史数据库:历史数据是面向统计分析的信息,历史数据库按数据仓库方式进行组织,将实时库中的数据在时间达到标准之后整编进入历史库㊂图2 数据集成架构4 智慧化管理平台建设与应用在整合城市水务公司各类业务系统数据,建立水务数据共享与交换机制的基础上,建设城市供水运营智慧化管理平台,结合城市水务公司监控指挥中心㊁监控计算机终端㊁手机A p p 等手段,实现对整个供水环节进行统一监控及智慧化运营管理,从而保证供水质量及供水安全,实现供水全过程的统一监管㊁指挥调度㊁决策分析,达到现代化的管理目的㊂平台主要包括供水过程统一监控㊁工艺过程监控㊁生产现场视频监控㊁报警及派单处置㊁水务数据专题分析等主要功能板块㊂平台具备功能可扩展㊁数据可持续接入的特点,随着平台的建成使用,又逐步建设集成了防汛应急系统㊁污水处理厂监控数据及监控视频㊁排口的监控视频等,同时为呼和浩特城市大脑等第三方平台共享水务数据及视频服务㊂4.1 供水过程统一监控集成水司的水源地㊁水库㊁水厂㊁加压泵站㊁管网压力㊁二次供水㊁抄表㊁营业收费㊁客服热线等各供水环节独立业务系统的多源异构数据,并建设覆盖供水全过程的监测指标体系,通过可视化的方式,实现基于多终端的供水全过程统一监控,随时随地掌握城市供水运营状态㊂主要供水监测指标(见表1)㊂表1 主要供水监测指标供水环节监测对象监测点配置监测指标水源水库水源监测基础数据监测水位水质监测浊度㊁p H 酸碱度输水管网监测流量监测流量基础数据监测压力㊁温度㊁电流㊁电压㊁功率水质监测浊度㊁p H 酸碱度取水口监测基础数据监测压力㊁流量水质监测浊度㊁p H 酸碱度水源井监测基础数据监测水位计㊁红外温度计㊁电量表流量监测流量计水质监测浊度㊁p H 酸碱度水厂混凝池㊁滤池监测水质监测余氯㊁p H 酸碱度污泥浓度加氯车间监测药量监测氯含量基础数据监测电流㊁电压㊁电量清水池监测水质监测余氯㊁p H 酸碱度基础数据监测水位计水厂出水监测水质监测余氯㊁P H 酸碱度管网管网压力监测基础数据监测压力管网水质监测基础数据监测流量水质监测余氯㊁P H 酸碱度二次供水二次加压站监测流量监测流量计基础数据监测压力㊁电流㊁电压4.2 工艺过程监控根据各水厂㊁加压泵站㊁二次供水泵房的工艺流程,结合实时监测参数㊁设备运行状态㊁管网运行状态,将工艺监控画面㊁报警画面㊁趋势画面等集成展示,按需在监控大屏㊁监控计算机终端㊁移动终端查看,实现各供水工艺过程的统一监控㊂工艺过程监控画面,如图3所示㊂图3 厂站工艺监控4.3 生产现场视频监控对水源地㊁水厂㊁水源井㊁加压泵站㊁二次供水等水司各供水环节的视频监控设备统一集成,建设水司统一的视频监控平台,实现视频采集㊁监控㊁分析于一体的高度集成㊂监控人员可直接查看被监控场所的情况,实时将被监控场所的图像㊁声音内容传送到监控中心,或通过监控计算机终端㊁移动终端查看,使监控人员对监控场所的情况一目了然㊂生产现场视频统一监控画面,如图4所示㊂总第518期内蒙古科技与经济图4 生产现场视频统一监控4.4 报警及派单处置在供水监测指标超限㊁设备故障等情况下,智慧化管理平台结合指挥监控中心的声光报警设备,实时显示故障点和故障状态,并进行报警提示,通过派单功能及移动终端A p p,对报警事件及时下发并派单处置,实现事件的快速闭环处置,保障供水质量及居民用水安全㊂4.5 水务数据专题分析利用大数据技术,在统一的地理信息平台基础上,使地理信息与各类供水业务数据实现一体化应用,建设W e b 端㊁移动端㊁监控大屏多终端的水务大数据可视化应用,对水司生产运营㊁水厂(水源井)运行㊁供水压力㊁二次供水运行㊁抄表㊁营业收费㊁客服热线㊁管网状态㊁设备运行状态等业务的数据进行专题分析,及时发现供水运营的异常环节,为供水调度㊁运行㊁保障等提供服务及决策支持㊂4.6 平台扩展及数据共享服务城市供水运营智慧化管理平台是一个开放性平台,支持平台的功能可扩展㊁数据可持续接入,同时对外提供水务数据及视频的共享交换服务㊂随着项目建设成果的应用,平台进一步建设集成了城市易涝点的液位和雨量数据㊁监控视频,建成了防汛应急系统,并接入了水司管理的各个污水处理厂的监控数据及监控视频㊁排口的监控视频,服务于城市的防汛应急和排水业务管理,逐步将平台打造成为城市级水务运营智慧化管理平台㊂平台可按需为呼和浩特市城市大脑㊁市应急管理局的城市级防汛应急平台等第三方平台,提供水务实时监测数据㊁业务管理数据和视频监控等数据共享服务㊂例如,为呼和浩特城市大脑的建设共享了全市12个公铁立交桥积水点的实时液位㊁雨量㊁视频监控数据,共享了二次供水等供水监测数据,助力呼和浩特城市大脑全面感知城市脉搏,构建起城市运行生命体征指标体系[5]㊂5 结束语城市供水运营智慧化管理平台是城市智慧水务建设的重要组成部分,是保障民生的基础性工程,借助物联网㊁数据集成㊁大数据等先进信息技术,在整合现有资源的基础上,解决了城市供水统一运营管理遇到的瓶颈问题,为水务管理部门提供完善的供水监测及智慧化运营管理手段,保障供水企业可持续发展及城市供水的民生安全,具有良好的社会效益㊁经济效益㊂后续,呼和浩特春华水务开发集团有限责任公司智慧水务公司将结合自身业务发展需求,深化水务基础设施的建设,深化G I S ㊁D MA 分区管理㊁大数据等技术在水务管理领域的应用,同时完善排水㊁污水㊁再生水等业务的数据整合㊁业务协同及智慧化应用,进一步建设成为覆盖城市水务全过程㊁全业务环节的城市水务运营智慧化管理平台㊂未来,该平台必将与城市管理的其他模块互联对接,进一步丰富和拓展其内涵,更好地为智慧呼和浩特的建设和发展服务㊂[参考文献][1] 刘昌明.提高水生态与生态水关系的认知[J ].中国水利,2020(2):20.[2] 吴宇桐,包鑫如.东部发达城市智慧水务建设探析[J ].环境与发展,2020(4):247-248.[3] 杨明祥,蒋云钟,田雨,等.智慧水务建设需求探析[J ].清华大学学报(自然科学版),2014,54(1):133-136,144.[4] 崔连伟,张少泽,孟昭振.呼和浩特新型智慧城市发展现状及对策建议[J ].北方经济,2021(5):54-57.[5] 薛红伟,李海杰,苗晓永.呼和浩特: 城市大脑高效提升城市智治力 [J ].中国建设信息化,2022(15):16-21.王良,等㊃城市供水运营智慧化管理平台研究与应用2023年第4期。

浅析供水管网GIS项目的建设与应用

浅析供水管网GIS项目的建设与应用【摘要】本文主要对GIS系统的建立与应用进行了分析与阐述，并整理了而一些实例来分析如何在生产实践中利用GIS来提高供水管理的管理，最后展望了GIS在供水行业的应用前景和发展方向。

【关键词】GIS；管网管理；供水管网；应用概述随着城市化的发展和城市地下管线系统日益庞大，城市地下管线传统管理模式已不能满足城市和人民生活发展的需要，运用地理信息系统（GIS）来实现地下管线信息的输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、快速定位等功能已发展成必然趋势。

尽管随着信息化进程的不断加速和加深，GIS已经逐步进入并应用于自来水领域，然而能够因地制宜、高效地把GIS建立完善，并合理有效利用的单位却不多见，没有完全体现GIS技术在供水管网管理方面的作用。

本文以各自来水公司需要建立科学准确的GIS系统为出发点，对如何建设在实际生产中真正发挥作用的GIS系统做详细的描述，着重分析了如何在生产实践中利用GIS来提高供水管网的管理，并整理了一些实例与大家分享。

GIS项目的建立2.1项目建设的意义随着经济的发展、城市规模的扩大和现代化程度的不断提高，很多自来水公司供水管网也越来越庞大，管网纵横交错，由于各种原因，很多管线资料不清，甚至只能凭借当时施工人员的记忆去寻找，造成诸多管理不便，同时，有些自来水公司对管网的管理还依然停留在半手工管理、半计算机管理的状态，以上这些借助图纸来管理供水管网资料的情况已越来越难以满足目前自来水实际工作的需要，因此，对自来水公司的供水管网进行探查，建立GIS系统，一方面可以全面准确地掌握所有供水管网的各种情况，获取详细的资料，并通过探测建立起供水管网的各种属性数据库，为实现供水管网的计算机管理打下坚实的基础。

另一方面，通过建立GIS系统，对区域内供水管网资料进行详细探测并使用计算机技术和地理信息系统技术来对供水管网进行管理、设计及事故处理，不仅能提高工作效率，而且也能提高信息化水平，使公司的整体管理水平上升到一个新的台阶。

供水管网在线模型建设的关键问题与应用展望

与数据挖掘/人工智能的结合
适配的监测网络
自适应校核技术的完善
在线模型建设应用展望
谢谢！
影响因素众多
管网拓扑结构管道摩阻系数节点流量阀门状态水池水位水泵特性曲线 ……
传统的离线模型的困境
• 模型的现势性？
• 节点水量变化时间持续性 • 节点水量变化的空间不均匀性 • 未知漏损状态、突发异常状态
3月15日
7月11日
在线模型的提出
• 充分利用大量的监测数据
• 提升模型校核精度 • 提升模型适应性
• 最优化算法
在线模型建设需要解决的关键问题
（一）监测数据质量控制与实时处理
流量计
远传水表
压力计
在线模型建设需要解决的关键问题
（二）模型的自适应校核
在线模型建设需要解决的关键问题
（三）异常机制的处理
爆管事件&修复过程
泵/阀操作
压力异常波动
2018.1.1-2018.6.30
在线模型应用展望
在线模型建设的核心技术
0
• 水力分析方法（压力驱 = Qajvl
Q
req j
H
j
−
H min j
H des j
−
H min j
1
m
, ,
Hj
≤
H min j
H min j
<
Hj
<
H des j
动/流量驱动）
Q req j
,
Hj
≥
H des j
• 数据分类算法
• 神经网络算法（预测/异常检测）
∆q1
+
∂FL(0) ∂∆q2
∆q2

城市供热管网MATLAB仿真建模分析

城市供热管网MATLAB仿真建模分析龚璞;周守军;王涛;李海明【摘要】供热管网水力工况分析是明确供热管网运行状况的基础.对实际供热管网水力工况进行仿真分析,有利于供热管网水力失调问题的解决.文章采用MATLAB 软件,以章丘市经十东路段部分集中供热管网为研究对象,对其复杂的拓扑结构进行分层分析,并基于供热管网水力工况理论模型建立了其水力工况仿真模型.通过仿真重点解决了实际集中供热管网多用户支路并联与不同换热站高程差问题,采用测压管压力水头图代替传统的压力水头图,并通过模拟管网参数运行调节实现了供热管网水力平衡,得到了各热用户流量和节点压力值,为实际大型复杂供热管网模拟分析及优化运行提供了思路和方法.%The simulation analysis of hydraulic network of heating network is the basis of clear operating condition of heating network and it is helpful to solve the problem of hydraulic imbalance in heating network.By using MATLAB software,with the central heating network of Jingshi East Road in Zhangqiu city as the object,the paper analyzes the topological structure of the complex hierarchical and establishes the simulation model of hydraulic condition based on the hydraulic operation model of heating network.This model is mainly to solve the actual heating pipe network multi user branch in parallel and different heat transfer station elevation difference,the pressure head using piezometric pressure head instead of the traditional map,and through the simulation of the parameters of the network operation to achieve the water balance of heating network for each user heat flow and nodepressure,thus it provides ideas and methods for the actual large-scale heating network simulation analysis and optimal operation.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2017(032)004【总页数】6页(P339-344)【关键词】集中供热;仿真建模;MATLAB;高程差;测压管压力水头图【作者】龚璞;周守军;王涛;李海明【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东法官培训学院,山东济南250100;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU996Abstract：The simulation analysis of hydraulic network of heating network is the basis of clear operating condition of heating network and it is helpful to solve the problem of hydraulic imbalance in heating network.By using MATLAB software，with the central heating network of Jingshi East Road in Zhangqiu city as the object，the paper analyzes the topological structure of the complex hierarchical and establishes the simulation model of hydraulic condition based on the hydraulic operation model of heating network.Thismodel ismainly to solve the actual heating pipe network multi user branch in parallel and different heat transfer station elevationdifference，the pressure head using piezometric pressure head instead of the traditional map，and through the simulation of the parameters of the network operation to achieve the water balance of heating network for each user heat flow and node pressure，thus it provides ideas and methods for the actual large-scale heating network simulation analysis and optimal operation.Key words：central heating；hydraulicmodeling；MATLAB；elevation differences；piezometric head随着社会的发展和人民生活水平的提高，供热规模越来越大，要求也越来越高。

城镇供水管网系统模拟理论与工程实践

目录分析
这一章对供水管网系统的优化和管理进行了详细论述，包括管网系统的可靠性分析、优化调度、泄漏检测与定位等方面，为提高供水效率和管理水平提供了思路。
目录分析
这一章选取了几个典型的供水管网系统工程实践案例进行分析，通过案例的解读使读者能够更好地理解和应用所学知识。
目录分析
《城镇供水管网系统模拟理论与工程实践》这本书的目录结构合理，内容丰富、翔实，对供水管网系统的模拟理论和工程实践进行了全面深入的探讨。通过本书的学习，读者可以深入了解供水管网系统的基本原理、建模方法、模拟技术以及工程实践案例，为解决实际供水管网系统问题提供有力的支持。本书也可作为高校和科研机构相关专业的参考书籍，为培养专业人才提供了有益的帮助。
《城镇供水管网系统模拟理论与工程实践》这本书不仅为读者提供了关于城镇供水管网系统的全面知识，还通过丰富的案例和实践经验，帮助读者深入理解和掌握供水管网系统模拟的理论与工程实践。这本书对于从事供水工程设计、施工、运行和维护的工程师和技术人员来说是一本非常有价值的参考书籍，也可以作为高校相关专业师生的学习教材。
《城镇供水管网系统模拟理论与工程实践》是一本关于供水管网系统模拟理论与工程实践的专业书籍，通过本书的学习，读者将了解供水管网系统的基本原理、建模方法、模拟技术以及工程实践案例。本书不仅适用于供水行业的工程师和技术人员阅读，也可作为高校和科研机构相关专业的参考书籍。
目录分析
本书的目录结构清晰明了，共分为五章，每一章都针对供水管网系统的不同方面进行了详细论述。
阅读感受
我被书中对于城镇供水管网系统模拟理论的阐述所吸引。作者通过深入浅出的方式，介绍了供水管网系统的基本概念、模拟原理和方法。这不仅包括了数学模型和计算机模拟的方法，还包括了对实际工程问题的深入分析和解决方案。这样的内容安排，使得我对于供水管网系统的理解更加深入，也更加清晰地认识到模拟理论在解决实际问题中的重要性。

供水管网调度自动化的创新与应用探析

供水管网调度自动化的创新与应用探析随着城市化进程的不断加快，城市供水管网的调度管理面临着日益严峻的挑战。

传统的供水管网调度管理方法往往依靠人工操作，面临着运行效率低、调度决策不及时等问题，难以适应城市供水管网快速发展的需求。

为了解决这一问题，供水管网调度自动化技术应运而生。

本文将通过对供水管网调度自动化的创新与应用进行探析，从技术原理、应用效果、发展趋势等方面进行深入剖析，旨在提供一些有益的启示与借鉴。

一、技术原理供水管网调度自动化技术是指采用先进的信息科学、自动化控制技术对供水管网进行实时、动态的监控与调度管理，通过实时数据采集、处理和分析，利用数学模型、仿真算法等先进技术进行智能化决策，实现对供水管网的精细化、智能化管理。

其技术原理主要包括以下几个方面：1.实时数据采集与监控利用传感器、仪表等设备对供水管网的运行状态进行实时数据采集，包括水质、水压、流量等参数。

通过建立监控中心，实现对供水管网的远程监控，及时掌握管网运行的动态变化，为后续智能化决策提供数据支撑。

2.数学建模与仿真算法将供水管网的运行规律进行数学建模，利用仿真算法对不同情况下的供水管网进行模拟推演，分析管网运行的优化方案，为智能化决策提供理论支持。

3.智能化决策与控制结合实时数据和数学模型，利用人工智能、模糊控制等技术进行管网调度决策，实现对管网运行的自动、精细控制，提高供水管网的运行效率和安全性。

以上技术原理构成了供水管网调度自动化的基础框架，为实现对供水管网的智能化管理提供了技术支撑。

下文将对供水管网调度自动化技术的应用效果进行分析。

二、应用效果供水管网调度自动化技术的应用效果主要体现在以下几个方面：1.提高供水管网运行效率传统的供水管网调度决策往往依赖于人工经验和判断，难以及时、准确地把握管网运行状态。

而引入自动化技术后，可以实现对管网的实时监控和智能化决策，提高了管网的运行效率，减少了能源消耗，降低了供水成本。

2.提升供水管网安全性通过自动化技术的应用，可以及时发现管网运行中的异常情况，并通过智能化决策系统实现自动处理和控制，避免了供水管网发生安全事故的风险，为城市居民提供了更加稳定、可靠的供水服务。

水环境模拟数值分析软件开发与应用

水环境模拟数值分析软件开发与应用随着社会的进步和人们对环境问题日益重视，水环境模拟数值分析软件也越来越受到关注和重视。

这种软件可以对水环境进行预测和模拟，帮助人们更好地了解水环境的状况，提高环境保护的效率，并为水环境治理提供科学依据和参考。

本文就水环境模拟数值分析软件的开发和应用进行探讨。

一、水环境模拟数值分析软件的定义和作用水环境模拟数值分析软件是指通过计算机对水环境的物理、化学、生物等过程进行模拟和分析，为人们提供水环境方面的预测和优化建议的软件工具。

它可以模拟液体的流动、水质的变化、底泥的状态等，帮助研究人员完成水环境的定量分析和预测。

同时，水环境模拟数值分析软件还可以对水环境进行优化设计，制定出合理的环境治理方案，并提供决策支持。

二、水环境模拟数值分析软件的开发水环境模拟数值分析软件的开发需要准确的理论指导和实验数据支撑。

开发者需要了解水环境的基本理论和实际情况，并对应用数值计算方法有一定的了解。

同时，开发者还需要采集大量的实验数据，构建全面的数值模型，并对模型进行验证和优化。

目前，市场上已经有一些成熟的水环境模拟数值分析软件，如MIKE等，但这种软件往往价格昂贵，并不适合所有用户的需求。

因此，一些研究机构也在积极开发适合自己需求的水环境模拟数值分析软件。

例如，中国科学院南京地理与湖泊研究所开发的“湖泊与水文环境数值模拟系统”可以实现对水资源、水环境等方面的定量和定性分析，并为治理方案提供科学依据。

三、水环境模拟数值分析软件的应用随着水环境问题的日益严重，水环境模拟数值分析软件的应用范围也越来越广泛。

下面我们就来介绍一些典型的应用案例。

1、水质监测与评估水环境模拟数值分析软件可以模拟不同要素对水质的影响，提供水质模拟结果，为水质监测与评估提供科学依据。

例如，苏州市依托“污染物扩散及影响模拟软件”，制定了一套科学合理的水环境质量评价标准，可以有效监测和控制水环境污染。

2、水资源管理水环境模拟数值分析软件可以对地表水和地下水资源进行分析和优化设计，帮助水资源管理者科学规划水资源的开发和利用。

供水管网水力模型建设及在供水规划中的应用

供水技术WATERTECHNOLOGY Vcl.14Nc.3 Jun.20201432020年6月供水管网水力模型建设及在供水规划中的应用张皓，何通，王天元，时超(苏州智品信息科技有限公司，江苏常熟215500)摘要：介绍了水力模型的建设过程，包括拓扑数据处理、数据导入、模型精度控制和模型校核。

结合实例，将其用于解决供水企业的管网改扩建、维修关阀、区域水量增加等规划问题。

该水力模型的建设流程可操作性强，模型应用效果明显，可以为科学、系统地制定供水规划方案，保障供水安全提供帮助$关键词：水力模型；供水规划；智慧水务；管网维修中图分类号：TU991.6文献标志码：A文章编号：1673-9353(2020)03-0013-06doi：10.3969/j.issn.1673-9353-2020-03.004Hydraulic model buiieing of water supply network and applicationin water supply planningZhang Hao,Hr Tong,Wang Tianyuan,Shi Chao(Suzhou Sapient Scientific Technology Co.Lt*.,Changshu215500,China) Abstrace:The construction process of hydraulic modet was introduced,including topologicel data processing&data imput,modet precision control and modet bined with an example&the hydraulic model was used to solva the planning issues of w O cs supp U enterprises,such as pipe network reconstruction and expansion&valva closing for maintenance&and incooe of reeional wOer demand-The construction process had strong operability and the model application^琏^was obvious,which could provide help0/the scientific and systematic making of water supply planning scheme and guarantee the safetyofwateosupply.Key WO's:hydraulic model;water supply planning；smaO water;pipeline network maintenance随着智慧水务的推进,作为重要组成部分的水力模型也吸引了供排水企业的关注，目前国内已有部分水务公司建立水力模型并取得良好应用水力模型作为实现智慧水务及精细化管理的重要工具,在未来必将发挥更大的作用[2]'水力模型主要用于规划%调度%设计等多方面,但是其建设过程尚无统一规范。

城市供水管网的水力模拟与优化

城市供水管网的水力模拟与优化随着城市化进程的不断加速，城市供水系统的安全、可靠、高效、节能、环保等诸多问题日益凸显。

城市供水管网作为城市供水系统的重要组成部分，其运行稳定性和高效性直接关系到城市供水系统的运行效率。

因此，对城市供水管网进行水力模拟和优化分析成为城市供水系统管理与运营的重要手段。

一、城市供水管网的水力模拟城市供水管网水力模拟是基于流体力学方法（CFD）研究城市供水管网中水的流动状态，实现管网水力参数的计算、分析和预测。

水力模拟可以帮助管理部门理解和分析现有管网的状态，为优化水力分析和方案提供依据，以实现管网的最优化运行。

城市供水管网的水力模拟主要分为两个方面的内容：一是对管网进行模型建立，二是对管网进行水力计算和分析。

模型建立包括采集、整合、处理和分析管网的相关数据，并进行模型的精细化设计和构建；水力计算和分析则是采用数学方法对管网内部的流体运动过程进行模拟，实现管理部门对潜在风险的预警和问题的快速解决。

目前市场上存在很多城市供水管网水力模拟软件，如：EPANET、WANDA等。

其中，EPANET是美国环境保护署推出的城市供水管网水力模拟软件，具有成熟性、可靠性和稳定性等优点，可以对管网设计、模拟、水力分析、优化调试等方面提供全面的支持。

二、城市供水管网的水力优化城市供水管网的水力优化是为了提高管网运行的稳定性和高效性，以达到合理的经济效益和环境效益，采用管网分区、流量计、流量阀等多种手段和措施，对管网进行优化调整。

城市供水管网的水力优化具体包括：一是建立管网流量模型，二是实现管网分析，三是对管网进行优化调整。

建立管网流量模型是指依照物理原理对管网的流量进行系统建模，以评估管道的流量、速度、压力等参数。

实现管网分析是指采用计算和仿真模型分析管道系统的流量、速度、压力等参数，以找出漏洞和矛盾。

对管网进行优化调整是指采用技术措施如流量计、流量阀等对管网的流量进行调整，改善管道系统各级节点的水力状态，保证管道的运转稳定和节能环保。

城市供水管道泄漏的COMSOL流体仿真分析

第2期（总第209期）2020年4月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGＮｏ．２　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２０９）Ａｐｒ．　２０２０36城市供水管道泄漏的ＣＯＭＳＯＬ流体仿真分析王文明1,2，郭建强1，周超群1，张继锋2，黄俊3，姚望4[1.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249；2.清华长三角研究院，浙江嘉兴314000；3.上海城建集团公司，上海200032；4.桐乡市凤栖市政工程公司，浙江嘉兴314000]供水管网是城市赖以生存和发展的基础设施，其正常运行和有效工作已成为城市可持续发展的重要条件。

随着管线服役时间的增长，腐蚀、老化、第三方破坏等问题带来管道事故频发。

管线一旦发生泄漏，不但会造成水资源的浪费，引起巨大的经济损失，而且会影响到正常的工业生产和社会生活。

一般情况下，城市供水管网可能延伸数千公里，管道泄漏，特别是中小泄漏较难监测。

因此，如何快速可靠检测泄漏，并定位泄漏点，从而实现管线维修，是保障城市供水管网顺利运行的重要环节。

在国际范围内，研究人员开发众多管道泄漏检测技术。

例如，基于被动式激励检测法的管道外检测，有瞬态模型法、音听检漏法、相关分析检漏法、超声导波检漏法、红外线照相法、示踪气体探测法、质量平衡法、负压波法等[1-2]；基于无损检测（Non-destructive Testing，NDT）的管内检测，常用的传感器包括声学、超声波、漏磁通和涡流传感器等[3-5]。

由于管内检测不受管外环境的影响，所以检测收稿日期：2020-01-06基金项目：嘉兴市科技计划项目“水质检测方法与检测机器人的设计与研究”（2018AY11016）第一作者简介：王文明（1981—），男，副教授，博士，研究方向为管道机器人检测技术、人工智能技术、连续油管技术。

摘要：为了掌握城市供水管道的泄漏特点，运用COMSOL Multiphysics 软件，对不同泄漏孔径（2 mm、4 mm、6 mm）的管道进行流体动力学模拟，用以分析泄漏管道及泄漏口处的压力和流量变化规律。

基于AQUIS的供水管网仿真及运营管理系统开发研究

将通过校核的管网ＧＳＩ数据和读表数据导入开发系统环境。在导人数据后，用开发的管线简化应
和管线连接自查功能，管网模型的连续性做进一对步的校核，而保证供水管网模型的准确性。同时，从利用导入的读表数据，开发系统环境下进行流量在分配，而建立管网水力学模型，进行静态和延时从并的初步水力学计算，试和校核模型的完整性。测
目前试点区域供水管网ＧＳ数据准确度的现状（Ｉ如节点和管段的连接问题）实现基础数据（础管网，基数据、户数据、源数据、门和其他管段附件数用水阀
据等）的准确采集。实施的第一步为ＧＳ数据的校Ｉ核和纠错，过初步分析试点区域供水管网ＧＳ数通Ｉ据，出存在错误的节点数据或管段数据。找２２２管网水力模型的建立．。
Ｋｅｗｏｄｓｙｒ：ｎｔｒｓｍｕａｉｎ；ｅｗｏｋｉｌｔｏｃｎｇｒｔｏｖｒｆｃｔｏｏｆｕａｉｎｅｉａｉｎ；ｉｉｏｅａｉｎｌａａｅｅｔｐｒｔｏａｍｎｇｍｎ；
ｄｖｌｐｍｅｔａｄｒｓａｃｅｅｏｎｎｅｅｒｈ
网建模完整流程，述了基础资料完整程度、论基础模型创建及模型组态校核的重要性。从开发研究的目标、开发系统设计架构及关键技术问题等角度，分析了将水力仿真理论、算机信息技术和企计业管理方法等不同学科知识相结合，建立的城市供水管网仿真与运营管理系统的优势。应用结所果表明，与投运前五年平均值相比，水成本节约了２％，供０漏损率从原来的２％降到８。８％

城市供水管网管理信息系统的设计与开发-信息管理论文-管理学论文

城市供水管网管理信息系统的设计与开发-信息管理论文-管理学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——随着我国经济的飞速发展、城市化步伐的加快以及城市规模的扩大和现代化程度的不断提高，作为城市重要基础设施的供水管线也越来越密集和庞杂。

城市供水管网系统是影响城市正常运转的重要基础设施，与城市的生产、生活密切相关。

城市管理部门为了加强对供水管网的信息化管理，决定建立供水管网管理信息系统，该系统将利用数据库技术、GIS 技术、计算机技术、网络技术，把城区全部供水管网及设施以数字的形式获取和存储，对其进行查询统计、编辑、输出、更新等管理，为城市建设与发展提供准确设施基础资料。

为供水管网及设施的日常规划、设计施工、统计分析、发展预测提供可靠的科学依据，从而彻底改变传统的供水管线及设施管理模式。

本系统采用业界具有行业领先水平的海量空间数据库管理技术Oracle11g 和最先进的图形处理优化技术，在实际应用中注重系统操作的高效性，实现查询检索及数据处理优化。

系统采用先进的优化算法，确保软件系统与现有的硬件环境的良好兼容性和性能的高效性，从而推动数字城市的建设工程。

1 数据来源本系统涉及的数据包括基础信息数据和管网数据。

（1）基础信息数据（即地形数据）是城市最基本的地理信息，包括各种平面、高程测量控制点、建筑物、道路、桥梁、水系、境界、地形、植被、地名以及某些属性信息等，用于表示城市的基本面貌并作为各种专题信息空间定位的载体。

城市供水管网数据量庞大，管网与供电、邮电等其它管网交错在一起，错综复杂，所以都需要勘察记录入库。

（2）管网数据是指供水管网及相关设施信息。

管网数据通过管网探测及调查得到。

2 数据分层各类数据库或数据子库，根据具体情况和用户需求，采用分层的办法存放。

分层有利于数据管理和对数据的多途径快速检索与分析。

数据分层的原则为：（1）同一类数据放在同层；（2）相互关系密切的数据尽可能放在同层；（3）用户使用频率高的放在主要层，否则放在次要层；（4）某些为显示绘图或控制地名注记位置的辅助点、线、面的数据，应放在辅助层。

EPANET软件在城市区域供水管网中的应用

Ｃ’ １Ｄ
方程和能量方程及水头损失计算公式（如海曾一威廉公管网管段水头损失：
，
ｈ为水头损失，ｎｌ；ｆ为管段长度，Ｉｌｌ；ｑ为流量，ＩＩＩＴ＇Ｓ；ＥＰＡＮＥＩ、软件能够快速模拟出管网ｒｆ１任意节点和式中：１＂７１；Ｃ为粗糙系数，其值 … 于管材的不同管段在特定工况条件下的压力、流量等状态，也可以Ｄ为管段直径，
时，首先收集供水管网的基础信息：水源信息通过区域供水要求、最高日最高时用水量预测；节点流量可
以根据每个节点的服务范同来统计，节点标高根据区
１５０１Ｏ０
旧铸根据管线平面布置、管材、１．３水质模拟水头损失及水量拟定管径、管ｋ及摩阻系数。这些是建
立管网拓扑结构的基础、
管网水质模型主要川于跟踪管『 “ Ｊｒｆ１水埙变化、评价水质状况等。按照模拟管网水ＪＩ划分，管网水
表ｌ不同管材的粗糙系数ｆ值Ｉ “
材料
新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管混凝土管、焊接钢管
塑料管
Ｃ值（无量纲）
ｌ３（）
Ｉ２（）
ＥＰＡＮＥＴ软件未限制管网的规模．构建水力模型

城市给水管网交互式虚拟仿真平台研究

城市给水管网交互式虚拟仿真平台研究常魁;高金良;袁一星;吴文燕【摘要】为克服了传统二维和三维模型结果显示的缺点,应用虚拟现实技术对城市给水管网进行分析研究,建立给水管网视景仿真平台,形成城市给水管网系统研究的新方法,通过给水管网虚拟场景与给水管网数学模型的有机集成,实现虚拟场景中给水管网的交互控制和计算结果的可视化显示.建模过程中将虚拟场景中实体按照相关图集绘制,保证模型具有较高精度,并通过相关算法对模型进行优化.本文通过程序设计建立了城市给水管网交互式虚拟仿真平台,实现了城市给水管网视景仿真系统.该平台不仅具有高度的逼真性,而且具有沉浸性、交互性的特点,用户可以直观的观察到深埋地下的给水管网,对给水管网进行交互控制,对管网工况进行可视化分析.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2010(042)010【总页数】5页(P1596-1599,1641)【关键词】给水管网;数学模型;虚拟现实;视景仿真;交互【作者】常魁;高金良;袁一星;吴文燕【作者单位】哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨,150090;斯坦福郡大学计算机工程与技术系,英国,斯坦福郡,ST18,ODF【正文语种】中文【中图分类】TU991.2为实现城市给水管网科学化、数字化管理，给水管网模拟技术迅速发展［1］.给水管网微观模型研究实现给水管网工况分析，为制定给水管网优化调度、优化改扩建方案提供科学依据.高金良等［2］提出给水管网数字化管理平台，为城市供水管网实现科学管理提供有力工具.地理信息系统(GIS)在给水管网运行管理中的应用使管网建模技术发展到一个新的阶段.国内外分别建立了基于GIS的给水管网建模软件，并且得到广泛的工程应用［3］.本文将虚拟现实技术与给水管网建模技术相结合，进行给水管网交互式虚拟仿真平台研究.1 城市给水管网交互式虚拟仿真建模的技术方法虚拟现实技术是对计算机及其复杂的数据进行可视化操作的方法［4］，已经在军事、医学、建筑、教育等领域取得广泛应用［5-11］.沉浸性、交互性、想象性是虚拟现实三大特征.用户利用虚拟现实技术可以在仿真环境中直接进行自然交互［4］，它能使用户产生身临其境感觉的交互式仿真环境.虚拟现实技术以视景仿真为最重要表现形式，为研究人员更加直观全面地获取信息提供有力工具.1.1 给水管网视景仿真模型的技术优势城市供水管网包含海量数据信息，并且具有多维特征与动态特性，模拟结果难以全面有效的表达.传统二维表格、文字、图形和图像的数据处理与表示方法可视性不强，难以体现供水管网数据多维特征与动态特性，管网信息整理、分析和计算研究过程存在较大困难.利用MATLAB等工具可以对二维数据进行处理，得到比表格更加直观的二维曲线、罗盘图、直方图等图形，可以更好表示管网信息，但是这些方法很难使研究者建立起供水管网信息的真实感，交互性差，交互手段与交互方式单一.传统GIS“2.5”维空间的虚三维环境技术，不能逼真地描述真实三维空间，这和真三维表示和分析还有很大差距，而且对于原始数据处理方法还有待于进一步探讨［12］.基于三维可视化的虚拟现实技术可以充分发挥用户生理感知功能，在很大程度上弥补了传统技术的不足.因此，把虚拟现实技术与供水管网模拟技术结合起来，可以增强研究者的参与感，大大提高供水管网信息的可视性和交互性.本文基于虚拟现实技术与给水管网建模技术建立城市给水管网交互式虚拟仿真平台，以沉浸、交互的方式对给水管网进行安全调控.用户通过鼠标、菜单以及对话框等方式在城市给水管网虚拟仿真场景中对管网进行交互操作，用户不再是被动的观察者，而是主动的参与者.1.2 城市给水管网视景仿真总体框架研究给水管网仿真环境制作主要包括:模型设计、纹理设计制作、场景构造、特效设计等等，要求构造出逼真三维模型，制作逼真纹理和特效.给水管网仿真驱动主要包括:场景驱动、模型调入处理、分布交互、大地形处理等，要求高速逼真再现仿真环境，实时响应用户操作等.城市给水管网视景仿真模型总体框架如图1所示.图1 城市给水管网视景仿真框架图1中管网数据库是建立城市给水管网仿真系统的基础，城市给水管网规模庞大，管网附件数量众多，翔实、准确的基础数据对提高模型精度具有重要意义.三维场景中各附件三维模型按照给排水相关图集建立，保证模型具有较高的精度.本文利用给水管网数学模型，通过三维引擎对给水管网三维模型进行驱动，形成给水管网三维视景仿真控制平台，即城市给水管网交互式虚拟仿真平台.1.3 城市给水管网视景仿真模型制作根据图1所示的城市给水管网视景仿真总体框架，采用虚拟建模软件MultiGen Creator和实时视景驱动软件Vega进行给水管网视景仿真模型制作，开发实时应用程序，如图2所示.图2 三维实时视景仿真应用程序流程给水管网视景仿真系统首先利用建模工具将给水管网现实空间转换成各种计算机模型数据，再通过三维引擎将模型实时渲染，用户各种操作信息传递给三维引擎以改变模型状态.通过MultiGen Creator建立城市给水管网三维模型，利用Vega软件进行给水管网三维场景设置和模型驱动.在VC++6.0集成环境中进行程序设计，实现对虚拟城市供水管网实时交互控制.通过城市给水管网视景仿真模型、水力模型、水质模型［1］及EPANET工具箱［13］进行程序设计，对城市给水管网进行延时模拟、实时交互仿真，进行给水管网交互式虚拟控制，将城市给水管网信息可视化表达.2 城市给水管网交互式虚拟仿真平台的建立城市给水管网交互式虚拟仿真平台在给水管网领域有着重要的应用，对于给水管网信息化建设具有重要作用.本文根据图2所示城市给水管网视景仿真应用程序流程建立给水管网交互式虚拟仿真平台.2.1 城市给水管网工程数据库的建立城市给水管网工程数据库包括管网属性信息、地理信息、给水管网动态信息、三维场景信息等子数据库.管网属性子数据库、地理信息子数据库、给水管网动态信息子数据库包含给水管网基本信息［1］，是建立三维场景数据库的基础.本文通过Multigen Creator建立城市给水管网三维场景数据库，并且利用Creator简化工具进行优化，在保证效果前提下，提高渲染速度［14］.城市给水管网规模庞大、拓扑结构复杂，管道附件数量众多.给水管网仿真系统建模过程中分别建立典型管段、典型附件三维模型，通过实例化技术在给水管网模型中分别引用各附件、管段模型.实例化技术使模型文件大大减小，建模效率得到提高.2.2 城市给水管网模拟结果的可视化表达虚拟现实技术沉浸性、交互性、想象性的特征为城市给水管网模型信息可视化表达提供了技术支持.通过纹理、光照、透明度以及建立粒子系统等手段将复杂的管网信息生动的展现在用户面前.管段中水流通过粒子系统［15］表示，粒子系统中每一个粒子都具有形状、大小、颜色、透明度、运动速度、运动方向、生命周期等相关属性，而其中很多属性都是时间的函数.管段流量、流速、水质等数据信息充分利用粒子系统自身属性加以表达，通过粒子数量、颜色、透明度、运动速度的变化表示不同的管段流量、流速、水质信息.2.3 城市给水管网交互式虚拟仿真平台的功能构成根据三维实时视景仿真应用程序流程建立城市给水管网交互式虚拟仿真平台，其主界面如图3所示.用户可以选择显示地理图元信息和隐藏地理图元信息，显示地理图元时可以直观观察管道与建筑物之间的位置关系，隐藏地理图元则可以清晰表达管道拓扑结构.图3 给水管网交互式虚拟仿真平台主界面城市给水管网交互式虚拟仿真平台将数据存储和管网建模完全在统一的平台下实现，完成编辑数据、生成模型文件、运行模拟、计算结果可视化表达的过程.利用该平台可以进行城市给水管网水力计算、水质计算、管网属性信息查询、给水管网运行工况可视化分析，用户可以在给水管网虚拟场景中进行空间漫游，对管网中可控部件进行调控.交互式虚拟仿真平台设置了四种漫游模式供观察者在虚拟场景中漫游.这四种漫游模式分别是旋转模式、驾驶模式、UFO模式和键盘模式.其中旋转模式、驾驶模式和UFO模式通过鼠标进行空间漫游，键盘模式通过键盘进行空间漫游.观察者可以根据不同需求采用不同的漫游方式.工况分析菜单由管网参数设置、管网计算、数据查询、结果分析和阀门调节等子菜单组成，实现给水管网参数设置、水力与水质计算、管网信息查询以及管网工况分析功能.管网工况分析包含节点高程分析、节点自由水压分析、节点绝对水压分析和管段流速、管段负荷分析、管段水质分析等.工况分析菜单所实现的功能是给水管网交互式虚拟仿真平台进行工况分析、安全调控的核心.通过此菜单可以实现给水管网工况可视化分析和交互控制.3 城市给水管网交互式虚拟仿真平台的应用3.1 系统配置基于虚拟现实技术建立给水管网交互式虚拟仿真平台，对城市给水管网进行交互控制.研究中所使用计算机配置如下:CPU采用英特尔Q6600，内存为2G，显卡采用微星3800显卡.结果表明该配置可以满足给水管网视景仿真要求，图形显示流畅.3.2 给水管网交互式虚拟仿真平台功能应用基于虚拟现实的城市给水管网交互式虚拟仿真平台将给水管网系统复杂数据信息进行可视化分析，充分发挥使用者生理感知作用，深入分析城市给水管网信息空间中各种信息，使城市给水管网管理水平达到更高层次.如图4所示，用户视点可以位于管道内侧与管道外侧.当视点位于管道外侧，用户可以直观的观察管道与管道、管道与建筑物、阀门布置以及管道埋设等管网布置信息.当视点位于管道内侧时，用户可以直观的观察管道中水流水质、流速以及阀门调节状态等信息.图4 用户视点位置城市供水系统管理人员只能通过监测数据了解管网的个别特征参数信息，如水源供水压力，日供水量，监测点的压力信息等.城市给水管网交互式虚拟仿真平台不仅可以计算所有节点压力、管段流量、流速、水头损失等，还可以将这些参数进行可视化表示.该平台包含一整套虚拟显示、交互式查询、可视化分析模块，实现给水管网计算结果清楚、形象、准确、逼真的显示，以色阶图、等值线图、粒子系统等手段显示管网整体或局部节点压力、管段流量的分布情况;交互式查询节点压力，管段流量、流速、水头损失的准确数值;可视化分析管网各部分的负荷情况、各水源的供水区域、各节点的供水主路线、各管段的水流方向等.其中节点自由水压与管道负荷结果显示图如图5所示.图5 节点自由水压与管道负荷结果由图5(a)可以形象地表达给水管网节点压力的大小，将满足用户所需压力和未满足压力要求节点的自由水压以不同颜色表示，图中所示节点满足压力要求;图5(b)表示给谁管网管道负荷分布情况，将管道负荷分为低负荷、经济负荷、略高负荷和严重高负荷等情况，并以不同颜色表示，该图表明该部分管道均处于经济负荷.4 结论1)结合虚拟现实技术与城市给水管网建模技术，建立城市给水管网虚拟仿真场景，通过程序设计实现城市给水管网交互式虚拟仿真平台，对给水管网运行工况进行可视化分析.2)应用成果表明:虚拟现实技术可以将复杂的管网信息可视化表示，极大地发挥用户联想功能和生理感知功能，为实现城市给水管网数字化管理提供有效工具与必要的技术支持.3)虚拟现实技术与给水管网建模技术相结合，在实际中对给水管网长距离输配、管网运行调动管理、调度人员培训等其他相关工程领域的研究具有指导意义.参考文献:［1］赵洪宾.给水管网系统理论与分析［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003. ［2］高金良，常魁，方海恩，等.城市配水管网改造工程配水分析及其应用［J］.中国给水排水，2008，24(2): 32-35［3］樊敏敏，王磊.供水管网地理信息系统在巴黎水务的应用［J］.中国资源综合利用，2008，26(10):39-40.［4］吴家铸，党岗，刘华峰，等.视景仿真技术及应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2001.［5］李国成，王靖涛.虚拟现实技术用于复杂结构施工研究［J］.土木工程学报，2003，36(2):95-101.［6］许云，任爱珠，潘国帅.基于GIS和VR的消防指挥系统研究［J］.土木工程学，2003，36(5):92-97.［7］信昆仑，刘遂庆，耿为民.城市给水管网三维水压面的绘制［J］.给水排水，2002，28(6):83-87.［8］金侠杰，林财兴.虚拟现实及其在网络中的实现［J］.计算机仿真，2003，20(10):8-14.［9］苏建明，张续红，胡庆夕.展望虚拟现实技术［J］.计算机仿真，2004，21(1):18-24.［10］夏平均，姚英学.虚拟装配的研究综述与分析(I)［J］.哈尔滨工业大学学报，2008，40(5):740-744.［11］夏平均，姚英学.虚拟装配的研究综述与分析(II)［J］.哈尔滨工业大学学报，2008，40(6):942-947.［12］杜国明，龚健雅，熊汉江，等.城市三维管网的可视化及其系统功能实现的关键技术［J］.武汉大学学报，2002，27(5):534-537.［13］ROSSMAN L A.The EPANET Programmer’s Tookit for analysis of water distribution systems［C］//Proceedings of the Annual Water Resources Planning and Management Conference.Reston:ASCE，1999. ［14］王延红，杨平利，仇小鹏，等.仿真建模软件Creator的应用技术［J］.计算机仿真，2005，22(7):179-181.［15］王乘，李利军，周均清，等.Vega实时三维视景仿真技术［M］.武汉:华中科技大学出版社，2004.。

给水管网建模与动态仿真系统

城市给水管网建模与建立管网动态仿真系统是一项系统工程。

敢创给水管网建模与动态仿真系统是实现配水系统科学化管理的辅助决策工具，在供水系统运行管理的过程中，作用巨大：u 给水系统的规划、设计及改扩建需要它；u 能指导和帮助安排检漏工作；u 管网改造优先性评估、诊断管网中的异常情况，如：错关阀门，摩阻突变等，并提出解决方案；u 分析事故或工程对用户用水的影响程度，分析用水困难原因，提高供水服务业务水平；u 调查城市多水源复杂给水系统中水打回笼现象，寻找季节性阀门经济开度；u 能帮助选定管网中测点位置，优化测点布置；u 与SCADA系统相连，实现在线实时调度和动态仿真；u 开展经济调度工作；u 是建立供水系统优化调度的基础。

管网建模与建立动态仿真系统方法u 管网分析软件及现场测试仪器的选择；u 建立管网模型拓扑结构；u 现场测试、节点流量的计算与阻力系数的确定；u 模型观察与校验、实现与供水SCADA系统接口连接；u 模型的维护和更新、撰写模型报告及文档。

软件特点u 开发平台：Visual Studio 6.0，人机界面友好；u 多种方式输入管网数据：文本文件、AutoCAD文件、数值化板、对话框、表格、GIS接口、数据库接口；u 多种方式表达运行结果：文档、图形、表格、曲线等；u 对节点数、管网规模没有限制，运行稳定，操作方便；u 实现静态和动态延时模拟、水力模拟和水质模拟功能；u 程序模块优化、计算速度快、实现动态在线仿真。

节点流量计算框图主要功能模块敢创给水管网建模与动态仿真系统功能包括了敢创给水管网规划设计与计算软件的所有功能，不同点在于它重点体现了供水管网系统的动态管理，具体表现在：u 供水管网系统动态模拟：调用供水系统实时生产数据，进行24小时每间隔15分钟延时模拟，帮助管理者了解、掌握整个供水系统供水工况；u 接口设计：与自来水营业收费系统实现接口，用来计算静态节点流量；与供水管网GIS系统实现接口，用来生成管网模型图形；与供水SCADA系统实现接口，实现节点流量的动态更新和在线实时模拟；u 动态节点流量的计算：利用供水系统供需水量平衡原理、不同类用水性质用户用水规律（Water Consumption Pattern）和平均用水量，计算用水量节点24小时历史用水过程，利用供水系统瞬时水量数据，实现用水量节点节点流量动态计算；u 管网摩阻系数和水泵特性曲线自动校核：结合管网中历史动态水力数据，对管网摩阻系数和水泵特性曲线进行自动校核；u 供水系统供水动力成本计算与分析：根据水泵瞬时出水量和压力，结合SCADA系统返回数据，进行供水动力成本计算与分析，推荐效率高的水泵优先运行；u 制定经济的、安全的、可靠的供水调度方案：通过多种可行的供水调度方案试算、比较和分析，找到经济的、安全的、可靠的供水调度方案，保证自来水的生产、输配过程经济、高效运转；。