[發明專利]由開源GIS及數據庫構建給水管網管理及水力模型方法

在審

• 申請號: 201711092872.5
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107958104A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 鄭波;田一梅;張盛楠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/30;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于市政工程給水管網信息技術領域，具體來說是一種基于開源GIS及開源數據庫技術構建給水管網管理系統及水力模型的方法。

背景技術

地下管線的數據量極大，以往基于紙質圖紙、文檔進行管理，維護比較復雜、效率低下。隨著我國信息化程度的不斷加深，基于計算機技術的先進管理手段不斷引入到各行各業中。例如，基于GIS(Geographic Information System，地理信息系統)的管理系統，已經應用到市政管線的各個方面，例如供水管網、再生水管網、城市燃氣管網等。

我國不少城市建立的GIS給水管網管理系統基于商業軟件，例如美國ESRI公司(Environmental Systems Research Institute，美國環境系統研究所)的系列軟件，武漢中地數碼集團開發的基礎平臺及供水管網管理系統模塊。盡管這些商業軟件功能強大，但在給水管網中有較多的功能往往用不到，且成本高昂，動則數十萬元，不但一次性采購費用較高，升級、維護也要不斷投入大量資金。與此同時，在注重知識產權保護的歐美國家，不少企事業單位逐漸采用開源GIS軟件構建自己的管理系統，也取得了較好的效果。在我國，開源GIS軟件在給水管網領域應用較少，其應用思路和具體方法也不夠清晰。隨著開源GIS軟件的發展與完善，以及國家對知識產權保護的日益重視，這將成為值得研究的一個發展方向。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在提出。本發明采用的技術方案是，由開源GIS及數據庫構建給水管網管理及水力模型方法，步驟如下：

(1)對給水管網所必需具備的管段、節點、水庫圖層，合理設計其屬性字段，以滿足將來建立水力模型進行水力計算的需要；

(2)采用開源的QGIS(Quantum GIS)桌面軟件管理給水管網數據、地圖，實現數據的錄入、編輯功能，查詢、統計功能，并訪問PostGIS地理數據庫；

(3)采用開源的PostGIS地理數據庫存儲給水管網數據，并實現多用戶協同編輯，實現多用戶同時編輯、由在線數據庫轉換成離線數據庫、離線數據庫同步；

(4)采用QGIS的插件Ghydraulics實現給水管網地理數據向EPANET輸入文件的轉換；

(5)轉換以后，利用EPANET建立給水管網模型，進行水力模擬、計算。

步驟(2)進一步具體包括：各ShapeFile圖層字段設計：利用QGIS軟件，新建一份地圖文檔，添加管網ShapeFile數據，至少包括管段、節點、水庫三類圖層，圖層名稱應采用英文；

管段Pipes圖層至少包含各字段的作用及數據類型要求如下：

DC_ID：管段的編號，字符型，由shp文件的FID通過字段計算器計算得到，或人工指定；

LENGTH：可由shp文件自帶的Shape_Leng屬性，通過字段計算器賦值得到；

ROUGHNESS：浮點型，粗糙系數；

MiNORLOSS：局部損失系數；

STATUS：文本型，初始狀態

節點Junctions至少包含的字段的作用及數據類型要求如下：

DC_ID：節點的編號，

DEMAND：浮點型，需水量

ELEVATION：浮點型，標高

PATTERN：模式

清水庫Reservior至少包含的字段的作用及數據類型要求如下：

DC_ID：清水庫的編號，字符型為宜

DEMAND：浮點型，需水量

PATTERN：需水量模式

導入Shapfile文件到PostGIS數據庫：在QGIS中，利用“SPIT工具”，連接到PostGIS數據庫，選擇需要導入的ShapeFile文件，然后即可導入。

水力模擬、計算的具體步驟如下：

(1)首先，在EPANET中選擇水力計算采用的公式，即Hazen-Williams公式：

(2)對于24小時延時模擬，首先要設置水廠(在EPANET軟件中為“水庫”)的模式。在EPANET的“瀏覽器”中，選擇“模式”，添加一個新的模式，輸入每個時段的“乘子”，應為每一個水庫設置其供水總水頭隨24小時變化的模式；

(3)選擇“水庫”，雙擊打開其屬性窗口設置“總水頭”，并選擇已經設置好的“模式”；

(4)對于節點，首先仍按照步驟(1)的方法為節點的需水量設置模式。然后，選擇每一個節點，雙擊打開屬性窗口，設置節點的“基本需水量”，并在“需水量模式”中選擇剛才設置的模式；