CN102739420A - 基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实现精细化和科学化管理的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统。包括软件和硬件支撑；从系统结构角度上分为数据层、GIS服务层、应用层三部分；从逻辑关系角度上分为系统运行环境层、数据采集层、数据支撑层、应用服务层、系统基础层、应用层和人机交互层。本发明用先进的技术和管理手段进行了相关环节、细节的优化和改进，耦合了先进的排水管网模拟模型和多种数据分析方法，充分利用强大的数据来源，提供全面的专业分析手段，保证了排水管网数字化管理的各个应用系统在统一的基础数据之上协同运行，为管理和决策提供强大的技术支撑，满足大部分排水管网运营和管理科学化需求。

Description

基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统

技术领域

本发明属于市政排水技术、数据处理技术、网络技术、视频技术以及系统集成技术领域，涉及一种可以实现精细化和科学化管理的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统。

背景技术

在本发明以前的现有技术中，我国排水管网的管理与维护工作仍停留在依靠人工经验进行分散简单管理的状态。如管理决策缺乏科学规划方案、缺乏科学分析与统计数据支持、日常管理工作效率低、养护维护主次不分、排水管网资料信息存储格式不统一，数据关联性弱，数据不完整、不准确、查询检索效率低等等。以巡查养护工作为例，排水管理部门需要高效、有序、定期地对辖区内的管网及相关设施进行巡查和养护，帮助管理部门及时发现和清除管网中的病患，保障城市的排水安全。但目前的巡查养护制度主要是人工的方式，虽然要求按时坚持上路巡查，做到定时、定向，保证对每一巡查点进行检查，进行检查时还必须做好检查记录，出发前还需要人工查找巡查路段的基本信息。但是在实际巡查养护过程中，由于无法实现合理的巡查定位和自动提醒功能，巡查养护人员漏查或错查的事件经常发生，同时对于排水事件解决的后续问题，管理人员往往难以实现复查和跟踪，而管理人员对于该排水事件的反馈也无法及时到达巡查人员手中，造成排水巡查的严重缺陷，对于巡查养护人员及车辆的巡查养护轨迹及历史也无法准确查询，从而造成排水巡查养护工作监管不利，效果难以保证。因此当前采取的粗放式的排水管理方式使得管理部门无法及时准确地掌握管网的相关信息及运行状态，难以满足排水管网高效管理的迫切需求。而由于缺乏全面翔实的数据支撑，当发生应急事故时难以做出正确响应，致使人民财产和生命安全受到威胁的情况时有发生。随着我国区域内排水系统的日益扩展，如何提高管网维护人员的工作效率和决策科学性成为急需解决的课题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于，提供一种用于实现对排水系统日常管理中日常巡查、管网养护、设备维护、应急管理等主要业务活动的规范和集中管理，为排水管网的稳定运行和高效决策提供依据和手段、以实现精细化和科学化管理的排水管网运营管理与维护系统，该系统是一个涉及数据自动采集技术、数据库技术、地理信息系统、中间件技术、网络技术、视频技术、排水模型技术以及系统集成技术的分布式复杂巨系统。

本发明的第一方面提供基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，包括软件系统和硬件支撑系统，其特征在于：分布式复杂巨系统从系统结构的角度上分为数据层部分、地理信息系统GIS服务层部分、应用层部分；所述数据层部分的数据库服务器分别与标准数据接口、GIS服务器、网络服务器相连接；所述系统结构的GIS服务层部分，由GIS服务器承载，为应用层部署GIS运行环境，并为应用层提供地图相关服务；所述应用层部分，采用客户机/服务器系统(C/S系统)、浏览器/服务器系统(B/S系统)的混合架构模式。

本发明的第二方面中，基于本发明的第一方面，所述应用层部分的浏览器/服务器系统(B/S系统)由网络服务器和数据库服务器承载，并由GIS服务器为其提供地图相关服务，同时与M/S系统建立地图、巡查养护信息的交互关系；所述客户机/服务器系统(C/S系统)通过GIS服务器部署GIS运行环境，并通过网络服务器与B/S系统建立关联关系；所述移动通讯/服务器系统(M/S系统)通过GIS服务器部署GIS运行环境，同时与B/S系统建立地图、巡查养护信息的交互关系；M/S系统还可部署到具有GPS功能的PDA手机上，实现外业人员与监控中心信息的及时沟通。

本发明的第三方面中，基于本发明的第一方面和第二方面，所述应用层部分分为浏览器/服务器系统(B/S系统)、客户机/服务器系统(C/S系统)、移动通讯/服务器系统(M/S系统)；B/S系统的功能软件具体由地图集成显示模块、管网巡查养护模块、管网查询分析模块、排水户管理模块、排水设施查询模块、应急预案查询模块、泵站运行分析模块、管网设施统计模块组成；C/S系统的功能软件具体由地图集成显示模块、管网方案管理模块、管网数据查询模块、管网空间编辑模块、管网属性编辑模块、管网空间编辑模块、管网网络分析模块、模型模拟分析模块、模拟情景对比分析模块组成；M/S系统的功能软件具体由移动地图显示查询、GPS定位查询分析、养护现场信息采集、应急信息采集上传、运行设备数据查询功能软件组成。

本发明的第四方面中，基于本发明的第一方面和第二方面，B/S系统包括部门门户网站、内部办公系统和B/S业务系统，通过中间件网络服务进行统一的用户权限认证。

本发明的第五方面中，基于本发明的第一方面和第二方面，分布式复杂巨系统从逻辑关系角度上分为七个层次：系统运行环境层、数据采集层、数据支撑层、应用服务层、系统基础层、应用层和人机交互层，所述系统运行环境层包括系统软件和硬件支撑平台；所述数据采集层是系统的所有数据来源及作为软件系统基础的综合数据库层，通过各类数据接口，将管网水量在线监测系统、管网有毒气体在线监测系统、排水泵站监控系统、水质检测中心、视频监控系统传来的各类数据统一存储于数据库中；所述数据支撑层是指存储各类数据的数据库，包括空间数据库和属性数据库；所述应用服务层是根据应用需求提供各个组件的集成，为应用服务提供相应的技术支撑，包括提供数据集成服务、应用集成服务、工作和业务流程管理服务、网络服务、地理信息GIS服务组件、排水管网规划计算及运行模拟模型应用服务；所述系统基础层包括地图操作、地图查询、数据编辑、网络分析、三维显示、模型模拟，与数据访问接口和应用层相接；所述应用层包括基础数据管理、综合业务管理以及基于在线监测和模型模拟的动态运营管理；所述人机交互层是整个系统输入、输出及人与系统交互的界面，依据实现的不同采用不同的客户端，包括门户系统、C/S客户端、大屏幕终端和手机无线终端。

本发明的第六方面中，基于本发明的第五方面，所述数据支撑层各类数据的数据库在物理上分开，在逻辑上紧密相关；所述空间数据库包括管网空间数据库、基础地形数据库；所述属性数据库包括模型参数数据库、管网普查数据库和管网业务数据库。

本发明的第七方面中，基于本发明的第五方面和第六方面，所述系统运行环境层的系统软件包括操作系统、数据库管理系统、应用服务器、视频会议管理系统。

本发明的第八方面中，基于本发明的第五方面至第七方面中所述的任一方面，所述系统运行环境层的硬件支撑平台包括网络平台、服务器与存储平台和管网在线监测平台。

本发明的第九方面中，基于本发明的第五方面至第八方面中所述的任一方面，所述系统运行环境层中，硬件支撑平台的网络平台分为专网和外网，专网通过专有线路连接核心节点和各分支节点共同构筑的排水管网管理部门内部网络，由监控中心、各分支结构和水质检测中心三部分构成；外网是由互联网和政务网访问的出口、分支节点VPN链路构成。

本发明的第十方面中，基于本发明的第五方面至第九方面中所述的任一方面，网络平台按级别可分为核心层、汇聚层和接入层三个层级；对于专网，监控中心是核心层，分支结构的核心设备是汇聚层，局域网内部的接入设备属于接入层；对于各分支节点内部的局域网，核心层是接入设备汇聚的网络设备，接入层是连接员工桌面终端的网络设备。

本发明的第十一方面中，基于本发明的第五方面至第十方面中所述的任一方面，所述系统运行环境层中，硬件支撑平台的服务器与存储平台，从物理位置及结构上分为运营监控中心、分支结构和水质检测中心三个部分；运营监控中心为中心数据库、地理信息系统、应用系统、网络服务、综合信息发布系统提供运行、数据存储及访问平台；分支结构为数据库、地理信息系统、应用系统提供运行及数据存储平台并与运营监控中心进行数据交互；水质检测中心提供数据库、接口软件的运行平台并能够与运营监控中心进行数据交互。

本发明的第十二方面中，基于本发明的第五方面至第十一方面中所述的任一方面，所述系统运行环境层中，硬件支撑平台的管网在线监测平台由远程终端单元、传输网络和监控中心三部分组成；由现场在线仪表采集管网系统的各类运行数据，通过远程终端单元转换成数字信号，再通过无线网络传输至监控中心的管网数据采集服务器，利用监控中心的软件平台及时显示和管理通过网络传输的在线数据，并通过接口程序将数据存储到数据库中，为监控中心各类软件提供在线数据的支撑。

本发明的第十三方面中，基于本发明的第一方面至第十二方面中所述的任一方面，对于排水管理过程中各个关键活动实行标准化，利用功能软件进行集中管理，利用带有GPS的工业级PDA、现场采集设备作为硬件支撑，利用模拟分析和在线监测相结合手段提供决策支持。

附图说明

图1示出本发明分布式复杂巨系统的发明构思示意框图；

图2示出本发明分布式复杂巨系统结构图；

图3示出本发明分布式复杂巨系统逻辑关系示意图；

图4示出管网在线数据采集系统结构示意图；

图5示出企业专网逻辑关系图。

具体实施方式

本发明基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统的基本构思(如图1所示)，系统通过构建排水管网运营片区的现势综合数据库，统一存储管网结构数据和运行维护数据，并在运行过程中实时动态更新，同时对重要的业务活动及过程制定标准和规范流程，这些流程包括现势数据库构建与维护标准流程、日常巡查标准流程、管网养护标准流程、设备维护标准流程、应急响应标准流程、井下作业标准流程以及物资管理标准流程和决策评估流程；运行管理首先制定运行维护计划，内容包括日常巡查、设备维护、管网养护、应急管理，利用运行维护计划指导工单执行及回单过程，工单执行及回单过程记录的信息都反馈至现势综合管理数据库；决策评估的评估分析报告包括计划审核、现状诊断、规划决策，评估分析报告，其结果一方面反馈至现势综合管理数据库进行评估结果更新，另一方面送至运行维护计划，进行计划评估和优化调整。上述标准流程与功能软件系统相对应，从而以现势综合数据库为基础，为运行管理和决策评估提供数据支持；在强大现势数据库的支撑下，实现更加高效有序地排水管网管理活动。

根据上述基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统发明的基本构思，现将本发明具体技术解决方案叙述如下：

本发明基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，包括软件和硬件支撑，其特征在于：分布式复杂巨系统从系统结构的角度上(如图2所示)可分为数据层部分、地理信息系统服务层(GIS服务层)部分、应用层部分：

所述的系统结构的数据层部分的数据库服务器与标准数据接口相连接，接受来自泵站、污水厂的数据和在线监测设备的无线采集得到的数据，包括地形数据、管网空间和属性数据、业务数据、监测数据等与管网运行维护相关的全部数据；数据库服务器与GIS(GeographyInformation System.，以下简称GIS)服务器相连接，为用户提供空间查询分析服务；数据库服务器与网络服务器相连接，为用户提供管网属性数据、业务数据、监测数据查询分析服务。

所述系统结构的GIS服务层部分，由GIS服务器承载，为应用层部署GIS运行环境，并为应用层提供地图相关服务。

所述的系统结构的应用层部分，采用客户机/服务器结构(Client/Server，以下简称C/S结构)、浏览器/服务器结构(Browser/Server，以下简称B/S结构)、移动通讯/服务器结构(Mobile/Server，以下简称M/S结构)的混合架构模式；所述B/S系统由网络服务器和数据库服务器承载，并由GIS服务器为其提供地图相关服务，同时与M/S系统建立地图、巡查养护信息的交互关系。B/S系统包括部门门户网站、内部办公系统和B/S业务系统，这些系统通过中间件Web Services进行统一的用户权限认证，并实现管网数据的网络发布与共享，管理者可通过登录该发布网站，对排水管网的空间地图、资产信息和业务数据进行简便快捷的浏览、查询和统计分析。所述C/S系统通过GIS服务器部署GIS运行环境，并通过网络服务器与B/S建立连接关系，以提供专业便捷的数据录入、编辑、校验和维护功能，可进行管网空间数据与属性数据的动态更新，一体化、统一化的进行排水管网数据的综合管理；所述M/S系统通过GIS服务器部署GIS运行环境，同时与B/S系统建立地图、巡查养护信息的交互关系，M/S可部署到具有GPS功能的PDA手机上，从而实现管网维护过程中地图数据、现场信息的上传、下载和查看，借助GPRS或3G网络可实现外业人员与监控中心信息的及时沟通。

所述系统结构的应用层部分，由各类功能软件组成。排水管网系统的管理和专业应用功能的实现，仅仅依靠地理信息系统是无法达到要求的，因此需要在系统中耦合相关排水模拟计算模型功能软件。所述应用层部分的功能软件，分为浏览器/服务器系统(B/S系统)、客户机/服务器系统(C/S系统)、移动通讯/服务器系统(M/S系统)；B/S系统功能软件具体由地图集成显示模块、管网巡查养护模块、管网查询分析模块、排水户管理模块、排水设施查询模块、应急预案查询模块、泵站运行分析模块、管网设施统计模块组成；C/S系统功能软件具体由地图集成显示模块、管网方案管理模块、管网数据查询模块、管网空间编辑模块、管网属性编辑模块、管网空间编辑模块、管网网络分析模块、模型模拟分析模块、模拟情景对比分析模块组成；M/S系统功能软件具体由移动地图显示查询、GPS定位查询分析、养护现场信息采集、应急信息采集上传、运行设备数据查询功能软件组成。

本发明进一步提供基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，包括软件系统和硬件支撑系统，其特征在于：分布式复杂巨系统从逻辑角度上(如3所示)分为七个层次：系统运行环境层、数据采集层、数据支撑层、应用服务层、系统基础层、应用层和人机交互层：

所述系统运行环境层包括系统软件和硬件支撑平台，是整个分布式复杂巨系统的支撑层，为软件系统应用、数据采集提供必要网络平台、服务器平台等硬件支撑；所述的系统软件包括：操作系统、数据库管理系统、应用服务器、视频会议管理系统；所述系统运行环境层中的硬件支撑平台，包括网络平台、服务器与存储平台和管网在线监测平台三类；所述的网络平台，由监控中心、各分支结构(各分公司)和水质检测中心三部分组成，其中，储存所有管网数据的数据中心是核心节点，其他分中心以及相关单位作为分支节点，通过网络专线将数据汇聚到核心节点；整体的网络系统可被划分为专网和外网两部分，专网是通过专有线路连接的总中心节点和各分支节点构筑的排水管网管理部门内部网络，外网是由互联网和政务网访问的出口、分支节点VPN链路构成。网络系统由核心层、汇聚层和接入层三个层级构建；对于专网，监控中心是核心层，分支结构的核心设备是汇聚层，局域网内部的接入设备属于接入层，对于各分支节点内部的局域网，同样有核心层和接入层，接入层是连接员工桌面终端的网络设备，核心层是接入设备汇聚的网络设备；通讯方式采用有线通讯和无线通讯相结合，可以根据现场使用环境灵活的选择不同的通讯方式，如在各级机构的办公场所，通常采用有线通信方式；在管网在线监测系统中，多采用无线通信方式；所述服务器与存储平台从物理位置及结构上可分为运营监控中心、分支结构和水质检测中心三个部分，运营监控中心为中心数据库、地理信息系统、应用系统、网络服务、综合信息发布系统提供可靠、高效的运行平台，并提供安全、高效的数据存储及访问平台。分支结构(各分公司)为数据库、地理信息系统、应用系统提供运行及数据存储平台，能够与运营监控中心进行数据交互，水质检测中心提供数据库、接口软件的运行平台，能够与运营监控中心进行数据交互，在具体部署上可以根据需要进行调整；所述在线监测平台由远程终端单元(Remote Terminal Unit，简称RTU)、传输网络和监控中心三部分组成，其工作原理是由现场在线仪表采集管网系统的各类运行数据，通过远程终端单元转换成数字信号，再通过无线网络传输至监控中心的管网数据采集服务器，最后可以利用监控中心的软件平台及时显示和管理通过网络传输的在线数据，并通过接口程序将数据存储到数据库中，为监控中心各类软件提供在线数据的支撑。

所述数据采集层和数据支撑层，即指按系统结构划分的数据层部分，数据采集层是系统的所有数据来源及作为软件系统基础的综合数据库层，通过各类数据接口，将管网水量在线监测系统、管网有毒气体在线监测系统、排水泵站监控系统、水质检测中心、视频监控系统传来的各类数据统一存储于综合数据库；数据支撑层包括空间数据库和属性数据库；排水管网综合管理的各个数据库部分在物理上分开，但在逻辑上是紧密相关的，尤其是管网空间数据与管网的模型参数及管网监测数据更是通过逻辑上的外键进行有效关联，以保持管网数据的一致性；综合数据库同时与在线监测平台和管网模拟平台、数据访问接口相接，在线监测平台和管网模拟平台分别与数据访问接口相接；

所述应用服务层即指系统结构上的GIS服务层部分，是根据应用需求提供各个组件的集成，为应用服务提供相应的技术支撑，除了通过集成地理信息系统(Geography Information System，以下简称GIS)提供GIS服务外，还包括提供数据集成服务、应用集成服务、工作和业务流程管理服务、网络服务、排水管网规划计算及运行模拟模型以及其他等应用服务；

所述系统基础层和应用层即指系统结构上的应用层部分，所述系统基础层包括数据编辑、地图查询、地图操作、网络分析、三维显示、模型模拟功能，在数据/资源层与应用层之间架起了数据获取、处理、分析、共享、交换、应用展示的桥梁，为排水应用提供后台服务，系统基础层同时与数据访问接口和业务应用层相接；所述应用层根据功能分三个层次业务功能，即基础数据管理、综合业务管理以及基于在线监测和模型模拟的动态运营管理，其中，对基础数据进行有序便捷的管理是排水管网数字化管理软件的基础功能；综合业务管理通过深入分析排水管网业务流程与当地业务特征，构建一套系统完整、符合当地需求的信息流系统，是排水管网数字化建设较高的层次，在此基础上，结合管道流量、检查井液位等在线监测数据，利用排水管网模型对管网运行状态进行动态模拟分析，实现排水管网数字化管理软件的基于在线监测和模型模拟的动态运营管理，为排水管网的动态运营管理提供工作平台与数据依据，可极大地提高排水管理部门的科学管理与决策水平；

所述人机交互层是整个系统输入、输出及人与系统交互的界面。依据实现的不同采用了不同的客户端，包括门户系统、C/S客户端、大屏幕终端和手机无线终端。人机交互层是整个系统输入、输出及人与系统交互的界面。依据实现的不同采用了不同的客户端，包括门户系统、C/S客户端、大屏幕终端和手机无线终端等。除此之外，构建了相应的数据标准化及安全保障体系、组织结构及岗位设置保障体系，以更好能够为体系的构建提供相应的支撑，从而实现信息技术及网络通信技术与专业分析及动态模拟技术的融合，实现行业技术的跨越和相互延伸促进。

本发明进一步提供基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，包括软件系统和硬件支撑系统，其特征在于：对于排水管理过程中各个关键活动实行标准化，利用功能软件进行集中管理，利用带有GPS的工业级PDA、现场采集设备作为硬件支撑，利用模拟分析和在线监测相结合手段提供决策支持。

本发明的优越性在于：

(1)系统在集成了传统排水管网管理与维护的主要业务工作内容和环节的基础上，引入先进的技术手段和管理手段进行了相关环节、细节的优化和改进，从而能有效地提高排水管网运营管理与维护效率；

(2)构建了完备的功能软件管理系统，实现了工作内容和业务流程的集中综合管理。以基于C/S、B/S和M/S相结合的混合模式进行了排水管网数字化管理软件系统的设计与开发，既可以满足系统中复杂功能的开发和使用要求，又可以尽可能在网络上共享数据和功能，还可以实现管理人员与现场人员之间的互动和现场数据的及时传输，从而有助于排水管理工作中工作效率的提高和管理效能的改善；

(3)不仅实现对管网属性和空间数据等静态数据的管理和维护，并通过在线监测平台的搭建实时采集管网运行状态数据，通过B/S系统和M/S能真实记录业务过程和采集管网业务数据，从而实现了对管网运营和维护过程中涉及到的全部静态数据和动态数据的进行集中统一管理，保证了排水管网数字化管理的各个应用系统在统一的基础数据之上协同运行，避免由于各个应用系统独立开发导致的信息孤岛效应，为管理和决策提供强大的数据支撑；

(4)耦合了先进的排水管网模拟模型和多种数据分析方法，充分利用强大的数据来源，提供全面的专业分析手段。

现结合附图对本发明基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统的具体实施过程和实施方式叙述如下：

实施例1

参见图4：本发明所提供的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统的数据采集层所示的管网在线数据采集系统示意图，从物理部署上具体可分为管网数据采集工作站、泵站数据采集工作站；管网数据采集工作站通过无线通讯接收来自超声波液位仪和超声波流量计的信息；泵站数据采集工作站接收来自泵站局域网收集的泵站设备运行数据；两个工作站采集到的数据通过办公局域网传输到主管领导生产监控工作站和办公局域网的管网运行数据服务器，然后管网运行数据服务器再将信息分发到各分公司。

实施例2

参见图5：本发明所提供的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统中的网络平台所示的企业专网，从网络逻辑关系上具体可分为接入层和核心层；接入层是指由管网公司各分公司接入交换设备、水质检测中心接入交换设备构成，并通过管网公司运营监控中心的核心交换机与核心层关联；核心层是指以管网公司的核心交换设备构建，管网公司运营监控中心的所有终端和服务器平台均与核心交换机相接。

本发明在实施上述发明过程中，具体做了以下工作：

(1)数据采集及数据库设计和建设，作为整个系统构建和应用的基础。该系统所需管网数据包括管网静态数据和管网动态数据两类。管网静态数据包括管网的属性数据和空间数据，数据来源于原有GIS数据、管网竣工图、管网测绘数据、管网普查数据等。管网动态数据包括管网运行状态数据和业务数据。管网状态数据通过搭建的在线监测平台进行自动采集。业务数据在业务执行过程中通过PDA手机终端和网络终端进行采集，同时利用标准工作流程和软件系统对数据采集过程进行控制和规范。为了保证后期软件功能扩展过程中数据的有效性、完整性和延续性，在排水管网数字化软件系统建设之初，应进行排水管网综合数据库设计与建设。排水管网综合数据库从总体结构上可分为两部分，即空间数据库和属性数据库。空间数据库部分与属性数据库部分在物理部署上可以分开，但在逻辑上是紧密相关的，尤其是管网的空间数据与各类属性参数需要通过外键关联模式建立有效联系，以保持管网数据的一致性和关联关系。空间数据库部分一般由支持查询统计与建模分析的管网空间数据库和用于底图查询显示的基础地形数据库构成，属性数据库部分一般由与模拟分析紧密相关的管网参数数据库、存储管网属性信息的管网普查数据库与业务相关数据库构成。综合数据库具体包括基础地形数据库、管网数据库、运营监测数据库以及文档、多媒体数据库。

(2)功能软件的设计和开发，作为数据和主要业务管理的工具和手段。对排水管网关键业务流程进行优化和整合，以设计软件的主要功能，从而基于综合数据库开发该软件系统，具体包括八个子系统，即提供基础数据管理功能的排水管网基础数据管理子系统，提供综合业务管理功能的排水管网综合信息发布子系统、排水管网巡查子系统、排水管网养护管理子系统、排水管网应急管理子系统，以及提供基于在线监测和模型模拟的动态运营管理功能的排水管网在线运行监控与预警子系统、排水管网辅助规划子系统和户线接入设计与评估子系统。

(3)统一搭建在线监测平台、网络平台和服务器、存储及展示平台等硬件支撑平台搭建和配套相关设备如带有GPS功能的工业级PDA手机等，构建软件系统运行环境，实现数据采集和系统应用。如图5所示为企业专网逻辑关系图，企业专网由二个层次构架。核心层以管网公司的核心交换设备构建，接入层管网公司各分公司接入交换设备以及水质检测中心接入交换设备构成。如图4所示为管网在线数据采集系统结构示意图，管网实时运行数据由现场采集设备RTU进行采集，主要是通过无线方式传至管网数据采集工作站，通过软件平台进行实时显示、控制、数据管理、数据存储等工作，并通过接口程序将实时数据存进管网运行数据服务器的数据库中。根据管网运行数据库的监测数据，向各个分公司分发相应的数据，更新频率可以根据程序具体使用要求设定。主管领导生产监控工作站，由软件系统通过调用管网运行数据服务器的实时数据库数据进行生产监和管理工作。

(4)系统硬件设备物理部署，分为运营监控中心系统部署、各分支结构(各分公司)系统部署和水质检测中心系统部署三类。运营监控中心的系统部署：数据库服务器安装数据库平台软件，数据库接口程序，数据引擎中间件；GIS服务器安装GIS桌面平台软件，GIS的网络发布平台软件，其他GIS配置程序；综合信息发布服务器部署综合信息发布系统(如需要，安装相关的中间件产品)；应用服务器部署排水管网基础数据管理子系统、在线运行监控与预警子系统、排水管网应急管理子系统以及各类应用服务中间件；工作站，考虑运营监控中心的系统中部分的应用功能需要在C/S模式下实现，因此在客户端的工作站上也必须安装相应的应用平台产品，如地理信息系统、水动力学模型等。各分支结构(各分公司)的系统部署：数据库服务器安装数据库平台软件，数据引擎中间件；数据接口服务器安装数据库接口程序；应用服务器部署管网基础数据管理子系统、排水管网巡查子系统、排水管网养护管理子系统、在线运行监控与预警子系统、户线接入设计与评估子系统以及GIS的网络发布平台软件和其他中间件；移动终端设备部署移动GIS平台产品，以及排水管网巡查子系统和排水管网养护管理子系统；考虑排水公司的系统中部分的应用功能需要在C/S模式下实现，因此在客户端的工作站上也必须安装相应的应用平台产品，如地理信息系统、水动力学模型等。水质检测中心的系统部署：数据库服务器安装数据库平台软件和数据引擎中间件；数据接口服务器安装数据库接口程序；应用服务器部署各类应用服务中间件。

(5)根据需要，建立相应的组织结构和管理制度。包括建立责任分配机制、计划更新机制、数据更新机制、工单派发及管理机制、物资管理机制以及培训机制等管理机制，同时适当进行管理岗位、巡查岗位、养护岗位、设备维护岗位、决策评估岗位以及日常事务管理岗位等岗位区分和设置，以提高排水管网运营管理和维护系统应用效果。

Claims (13)

1.基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，包括软件系统和硬件支撑系统，其特征在于：分布式复杂巨系统从系统结构的角度上分为数据层部分、地理信息系统服务层部分、应用层部分；所述数据层部分的数据库服务器分别与标准数据接口、GIS服务器、网络服务器相连接；所述的系统结构的GIS服务层部分，由GIS服务器承载，为应用层部署GIS运行环境，并为应用层提供地图相关服务；所述应用层部分采用客户机/服务器系统、浏览器/服务器系统的混合架构模式。

2.根据权利要求1所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述应用层部分的浏览器/服务器系统由网络服务器和数据库服务器承载，并由GIS服务器为其提供地图相关服务，同时与移动通讯/服务器系统建立地图、巡查养护信息的交互关系；所述客户机/服务器系统通过GIS服务器部署GIS运行环境，并通过网络服务器与浏览器/服务器系统建立关联关系；所述移动通讯/服务器系统通过GIS服务器部署GIS运行环境，同时与浏览器/服务器系统建立地图、巡查养护信息的交互关系，或者，移动通讯/服务器系统还可部署到具有GPS功能的PDA手机上，实现外业人员与监控中心信息的及时沟通。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述应用层部分分为浏览器/服务器系统、客户机/服务器系统、移动通讯/服务器系统；浏览器/服务器系统的功能软件具体由地图集成显示模块、管网巡查养护模块、管网查询分析模块、排水户管理模块、排水设施查询模块、应急预案查询模块、泵站运行分析模块、管网设施统计模块组成；客户机/服务器系统的功能软件具体由地图集成显示模块、管网方案管理模块、管网数据查询模块、管网空间编辑模块、管网属性编辑模块、管网空间编辑模块、管网网络分析模块、模型模拟分析模块、模拟情景对比分析模块组成；移动通讯/服务器系统的功能软件具体由移动地图显示查询、GPS定位查询分析、养护现场信息采集、应急信息采集上传、运行设备数据查询功能软件组成。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：浏览器/服务器系统包括部门门户网站、内部办公系统和浏览器/服务器业务系统，通过中间件-网络服务进行统一的用户权限认证。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：分布式复杂巨系统从逻辑关系角度上分为七个层次：系统运行环境层、数据采集层、数据支撑层、应用服务层、系统基础层、应用层和人机交互层；

所述系统运行环境层包括系统软件和硬件支撑平台；所述数据采集层是系统的所有数据来源及作为软件系统基础的综合数据库层，通过各类数据接口，将管网水量在线监测系统、管网有毒气体在线监测系统、排水泵站监控系统、水质检测中心、视频监控系统传来的各类数据统一存储于数据库中；所述数据支撑层是指存储各类数据的数据库，包括空间数据库和属性数据库；所述应用服务层是根据应用需求提供各个组件的集成，为应用服务提供相应的技术支撑，包括提供数据集成服务、应用集成服务、工作和业务流程管理服务、网络服务、地理信息GIS服务组件、排水管网规划计算及运行模拟模型应用服务；所述系统基础层包括地图操作、地图查询、数据编辑、网络分析、三维显示、模型模拟，与数据访问接口和应用层相接；所述应用层包括基础数据管理、综合业务管理以及基于在线监测和模型模拟的动态运营管理；所述人机交互层是整个系统输入、输出及人与系统交互的界面，依据实现的不同采用不同的客户端，包括门户系统、C/S客户端、大屏幕终端和手机无线终端。

6.根据权利要求5所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述数据支撑层各类数据的数据库在物理上分开，在逻辑上紧密相关；所述的空间数据库包括管网空间数据库、基础地形数据库；所述属性数据库包括模型参数数据库、管网普查数据库和管网业务数据库。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述系统运行环境层的系统软件包括操作系统、数据库管理系统、应用服务器、视频会议管理系统。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述系统运行环境层的硬件支撑平台包括网络平台、服务器与存储平台和管网在线监测平台。

9.根据权利要求5～8中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述系统运行环境层中，硬件支撑平台的网络平台分为专网和外网，专网通过专有线路连接核心节点和各分支节点共同构筑的排水管网管理部门内部网络，由监控中心、各分支结构和水质检测中心三部分构成；外网是由互联网和政务网访问的出口、分支节点VPN链路构成。

10.根据权利要求5～9中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：网络平台按级别可分为核心层、汇聚层和接入层三个层级；对于专网，监控中心是核心层，分支结构的核心设备是汇聚层，局域网内部的接入设备属于接入层；对于各分支节点内部的局域网，核心层是接入设备汇聚的网络设备，接入层是连接员工桌面终端的网络设备。

11.根据权利要求5～10中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述系统运行环境层中，硬件支撑平台的服务器与存储平台，从物理位置及结构上分为运营监控中心、分支结构和水质检测中心三个部分；运营监控中心为中心数据库、地理信息系统、应用系统、网络服务、综合信息发布系统提供运行、数据存储及访问平台；分支结构为数据库、地理信息系统、应用系统提供运行及数据存储平台并与运营监控中心进行数据交互；水质检测中心提供数据库、接口软件的运行平台并能够与运营监控中心进行数据交互。

12.根据权利要求5～11中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：所述系统运行环境层的硬件支撑平台的管网在线监测平台由远程终端单元、传输网络和监控中心三部分组成；由现场在线仪表采集管网系统的各类运行数据，通过远程终端单元转换成数字信号，再通过无线网络传输至监控中心的管网数据采集服务器，利用监控中心的软件平台及时显示和管理通过网络传输的在线数据，并通过接口程序将数据存储到数据库中，为监控中心各类软件提供在线数据的支撑。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的基于数字化的排水管网运营管理与维护的分布式复杂巨系统，其特征在于：对于排水管理过程中各个关键活动实行标准化，利用功能软件进行集中管理，利用带有GPS的工业级PDA、现场采集设备作为硬件支撑，利用模拟分析和在线监测相结合手段提供决策支持。

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