市政管网设计文献综述文献综述

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毕业设计（论文）文献综述（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）课题名称：基于ESIA平台的给水排水管网系统设计专业班级：水1041班学生姓名：余章卫系部名称：建筑工程系指导老师：范美玲安徽工业大学工商学院二〇一四年三月 一．课题研究背景31.1城市排水管网的重要性和特点31.1.1城市排水管网的重要性31.1.2城市排水管网特点31.2城市排水管网信息化管理41.3GIS在城市排水管网中的应用41.4城市排水管网数据标准研究的必要性41.4.1数据是多源的51.4.2数据是多格式的51.4.3数据是多尺度的51.5《ESIA5_2》数字化信息平台简介5二．研究意义6三．国内外研究现状分析及发展脉络73.1国外研究现状73.2国内研究现状73.3关于GIS的发展脉络7四．存在的主要问题84.1缺乏统一的监管机构84.2地下管线资料利用困难84.3地下管线信息共享程度低84.4地下管线信息动态更新程度低8五．展望8六．参考文献9 一．课题研究背景1.1城市排水管网的重要性和特点1.1.1城市排水管网的重要性改革开放以来,中国经济快速发展,全国各大城市的基础建设一日千里,作为城市重要基础设施建设中的骨干工程和衡量城市现代化的重要标志之一,城市地下管网是支撑和保证城市经济发展及人民生活的重要基础设施[1]。城市地下管线是指在城市规划区范围内,埋设在城市规划道路下的给水、排水、燃气、热力、工业等各种管道、电力、电信电缆以及地下管线综合管沟等。从管线传输或排放物质的性质来分,城市地下管线可分为给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业和综合管沟八大类管线,每一大类管线还可根据传输或排放物质的差异或其功能的差异分为不同的小类,如排水管线可分为雨水、污水和合流等[2]。城市地下管网规模越来越大,管道种类多,管线长,犹如血脉延伸至城市地下各处,担负着城市产业废水、生活污水和雨水的接纳、输送、处理和排放,是城市赖以生存和发展的重要市政基础设施,是保证城市正常运行和维护城市环境的”静脉”,它的基本功能是及时排除城市内生活污水、工业废水和天然雨水,使城市保持清洁[3]。作为城市水循环系统的一部分,它起到水量调蓄渠道的作用,避免污水和雨水在城市内累积与山地排洪沟、城市内湖拍和内河、防洪堤琐一起消减积水和洪港灾害对城市的威胁。同时它也是城市环境污染和净化的平衡渠道,通过水流将污染物收集输送到污水处理设施避免大量污染物集中排入水体对环境造成难以恢复的破坏。因此,城市地下管网就像人体内的“血管”和“神经”,被人们称为城市的“生命线”[4]。1.1.2城市排水管网特点(1)规模庞大城市排水管网是市政设施的重要组成部分,对城市社会和经济发展具有全局性和先导性的影响。随着社会和经济的发展,现代城市的地下管网包括水、电、煤气、通讯、下水等,错综复杂。就排水管网而言,是一个结构复杂、规模庞大、随机性强的巨型网络,尤其对于人口多、市政设施建设频繁城市来说,排水管网的规模和复杂程度是难以想象的。(2)配套设备种类多排水设备复杂、数量多,包括地下管:网、暗渠、明渠、检查井y雨污水泵站和各种监测仪表等要素。例如,管渠是水流的通道,每两个检查井或其他附属构筑物之间的部分为一个管渠。检查井的主要作用是衔接管段,同时也是人员进行现场管道更新维护的场所。粟站的作用是当遇到下游管段埋深过大或排放的水体洪水位较高导致出水口可能被洪水掩没时往往设置水粟对污水或雨水进行提升。(3)具有地理分布特性[5] 排水管网中线路的走向以及排水设施和用户的分布具有明显的地理特征,生产管理中的实际操作如线路改造、停业检修和用户增加也都依赖于长度、距离、范围、街道分布和相对位置等地理因素。1.2城市排水管网信息化管理近年来,随着社会经济的飞速发展,城市排水管网的规模与日剧增,排水管理部门在城市建设过程中积累的大批排水管网的设计、施工、竣工数据迫切需要进行科学的管理和分析。城市排水管线是现代化城市不可缺少的重要基础设施,是城市水污染防治和城市排渍、排漠、防洪的骨干工程,是衡量现代化城市水平的重要标志之一,是改善城市投资环境的重要环节。对排入城市排水设施的污水、废水和雨水等进行监测管理,保障城市排水设施正常维护和安全运行,加强城市排水设施管理,促进城市排水管网的必要和有效手段是非常必要的,因此,科学组织进行排水管线探测普查,加强城市排水管网的信息化和数据化管理具有十分重要意义[6]。到目前为止,温州,深圳、杭州、上海、武汉、重庆等城市都曾开展过排水管线调查,并建立了信息管理系统。实践表明,城市管网的信息化和数据化不仅可以为城市截污纳管工作提供科学的决策依据,也为市政排水监管工作提供了稳定和强大的信息平台和有力工具,同时城市地下管网信息平台的建设,可为城市应急指挥、抢险系统提供基础数据支撑,为应急指挥和抢险提供准确的数据依据,提高决策效率。1.3GIS在城市排水管网中的应用为提高城市排水管网的管理效率和管理水平,我国许多城市己建立排水管网地理信息系统(GIS),对具有典型空间分布特性的排水管网数据进行可视化的管理与分析,而排水管网空间数据库的构建,以及排水管网数据的即时更新和维护,是排水管网GIS应用的关键。作为城市基础设施建设的一个重要部分,地下排水管网可以说是一个城市的血管和生命线,具有相当重要的作用。目前,随着中国的经济腾飞,大规模辑城市建设如火如荼,但与之相驳的是许多城市的地下管线老旧,管道设计和铺设不合理,不能满足居民对城市发展的需求。同时,地下管网原始数据的探测需要巨大的人力物力,探测的准确性不能保证,并且数据入库需要人工进行,错误也不可避免,因此为了保证城市的建设和可持续发展,必须加强城市地下管网的管理和信息系统建设[8]。同时,由于城市地下管网建设时间的差异,综合设计的不.伺,同一城市不同片区的地下管网在用料、密封性、合理性等方面有着巨大区别,更重要的是施工和探测的许多不可控因素,导致在开发城市地下管网信息系统和建立空间数据库经行拓扑分析以及流向追踪时没有统一的管井数据标准,使这些工作成为不可能。而GIS具有强大的图形处理能力,同时拥有空间分析、空间定位、快速查询和决策支持等功能[9],所以,为了保证管网信息系统的数据共享和交换是可靠的,结合GIS技术进行针对城市地下管网的数据标准研究,制定完善的编码制就显得非常重要。1.4城市排水管网数据标准研究的必要性 目前,排水管网数据主要来源于市政排水管网的设计、建设和管理部门,具有多源、多格式、多尺度的特点,数据分散,缺乏统一的数据标准,严重制约了排水管网GIS的运用效果,以及排水管网的数据共享与交换。城市地下排水管网数据特点包括:1.4.1数据是多源的①数据获取多源:获取地下管网数据的方法有多种多样,包括来自现有数据、图表、遥感手段、GPS手段、统计调查、实地勘测等。这些不同手段获得的数据其存储格式及提取和处理手段都各不相同。②数据存储格式多源:GIS数据不仅表达空间实体的位置和几何形状,同时也记录空间实体对应的属性,这就决定了GIS数据源包含有图形数据(又称空间数据)和属性数据两部分。图形数据又可以分为栅格格式和矢量格式两类。传统的GIS一般将属性数据放在关系数据库中,而将图形数据存放在专门的图形文件中。不同的GIS软件采取不同的文件存储格式。1.4.2数据是多格式的海量地下管网数据包括了许多不同格式的数据,从其存储的介质类型可划分为纸介质资料和电子数字资料,纸介质资料包括各种形式的文字、图和表等;电子数字资料包括以电子文件形式存储的文档资料、存储在数据库管理系统中的数据表以及各种专题信息管理系统中存储的数据等;由于缺乏统一的规划,即使以电子形式存储的数据,其数据格式亦大不相同。这些不同格式的数据也需要不同的处理方法。1.4.3数据是多尺度的管网数据具有很强的时空特性,一个数据源既有同一时间不同空间的数据系列,也有同一空间不同时间序列的数据。不仅如此,不同地区的管网数据釆用不同尺度对地理空间进行表达,不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。由于管网数据的上述特点,导致了管网数据分散,缺乏统一的数据标准,给排水管网空间数据库的构建以及排水管网数据的即时更新和维护带来了巨大的困难。管网信息要真正实现共享,必须解决数据多格式、多数据集成等瓶颈问题。1.5《ESIA5_2》数字化信息平台简介环境规划、管理及影响评价的数字化信息平台《ESIA》自2007年3月全国筹备污染源普查工作起，全程跟踪普查工作，经历一年多的开发与完善，目前的《ESIA5_2》已能较全面地覆盖污染源管理及其环境影响的评价，具有功能全面、适应性强和操作简便的特点，可广泛用于环境办公、科研机关和考查现场。环境规划、管理及影响评价的数字化信息平台《ESIA5_2》使用美国NI公司的LabVIEW为开发平台，编译生成应用软件，能够以“Setup”方式实施系列文件的整体安装。该软件将直接安装在Windows操作系统下，不需要其他软件环境支持。《ESIA5_2》数字化信息平台的结构如图1.1所示。 ESIA5_2》的功能通过调用对应的功能模块来实现，调用功能模块的方法有菜单调用和子模块调用两种方式。《ESIA5_2》设有“水环境评价”，“大气环境影响”，“基于地理信息的大气环境影响”“噪声环境影响与控制”“环境突发污染预测”和“水资源系统规划”等子模块。调用功能模块的通道并不是唯一的，按照属性归类，同一功能程序可能出现在不同的板块中。菜单调用完成后，程序返回起始界面，子模块调用操作完成后，程序返回子模块界面。当该子模块中所有操作完成后，按下“返回”按钮，就可以返回起始界面。使用菜单中的Exit项，完成《ESIA5_2》的退出。使用“停止”按钮可停止程序的运行，用户的设置被保留，当按下窗口上部的按钮，程序重新运行二．研究意义我国的城市管道大规模建设是在建国以后,基于当时国情,无论是管道的长度和管径和网络分布都是暂时解决当时的突出问题,未形成完整的系统体系。改革开放以来,国民经济高速增长,我国的城市建设也正在以日新月异的速度变化着,但地下管线设施建设一支没有给予足够的重视,管线规划性不强,主干线与次干线的衔接性差,管线纵横交错,各自为政。城市的规模越庞大,功能越复杂,基础设施越密集,可能出现的问题就越多。为了能够最大限度的发挥管道的排水能力,迫切需要对排水管理部门在城市建设过程中积累的大批数据进行科学的管理和分析,这对城市地下排水管线信息化管理具有很好的指导作用[7]。 三．国内外研究现状分析及发展脉络3.1国外研究现状GIS是一门新型科学,也是一门边缘科学,出现于二十世纪六十年代,随着计算机技术的发展,GIS在大量数据处理方面获得突破,并且在全球变化、军事等领域发挥重要作用。国外发达国家在地下管道建设和相关研究方面已经很完善,管网的普及率很高,以城市排水管网密度(单位:km/km2作为衡量标准[10],美国、日本等国家都达到了10以上,德国一些地区更是高达50,从人均占有管道长度衡量,大多发达国家超过4米,而在国内只有0.5米左右,同时国外在利用GIS技术研究地下管网方面取得了显著的成就,比较著名的有英国的Wallingford软件、美国的SWMM软件和ARC/INFO、GENAMAP等,这些软件在数据的输入、地图输出、网络分析等等应用方面表现都很优秀,并且可以针对地下管网中的径流给出连续运动变化的模拟,可以对管网系统进行实时监控、水污分流、提高水质,并通过布置测控点与计算机相连进行调度,控制和优化污水处理厂的负荷[11]。3.2国内研究现状我国在这方面起步较晚,在改革幵放以后,部分沿海地区的城市建设大力发展,地下管网才有了较快的建设,但其设施水平也不高。2000至2006年我国开展城市地下管线普查和信息系统建设的城市(区)数量总计为127个,仍有近70%的城市还没有整体或全面开展地下管线信息化工作。在东部96个城市中,已经开展城市地下管线普查和系统建设工作的城市为56个,比例为58%;在西部51个城市中,已经开展城市地下管线普查和系统建设工作的城市为17个,比例为33%。可见,全国城市地下管线信息化工作程度仍然较低,特别是中等城市和小城市差距更大。此外,中西部省份城市开展地下管线信息化工作的比例更低。3.3关于GIS的发展脉络在具体研究方面,言心在1981年便发表《做好居民小区管网的规划设计院与施工》,开始关注居民区范围内的管网问题。之后城市区划内的地下管网问题引起的大家的注意,1989年,王国光、白孟励发表《建立城市地下管网档案》,199年李琴玉发表《浅谈地下煤气官网档案的管理》,还有许多其他的文章,但这一时期的研究内容专注在对于地下管网的测量和数据入库部分,停留在手工管理到计算机自动管理的过渡时期。之后的九十年代开始,利用GIS研究城市地下管网才真正发展,大量科学工作者和相关从业人员从不同的角度研究了城市地下管网的重要性和如何在GIS平台上科学的处理数据。1995年,中国第三代MapGis地理信息系统研发成功,打破了国外GIS软件垄断的情况,中国地质大学吴信才教授成为国内GIS领域的带头人。进入21世纪之后,基于GIS的城市地下管网研宄己经成了一个热点,很多有质量的科技论文和成果涌现出来,许多城市开始在GIS平台建立针对地下管网的管理信息系统并大力推动相关研究,在管网可视化、空间数据库建立、多维分析、水力模拟等各个方面都有快速发展。在利用GIS研究城市地下管网的研究方面,国外很多机构做了很多研究工作,而国内的相关研究在上世纪九十年代才开始真正发展,没有统一制定针对城市地下管网数据的分类编码和数据标准。 四．存在的主要问题4.1缺乏统一的监管机构城市地下管线的种类有给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业和综合管沟八大类管线,而这些管线又分属自来水公司、排水公司、燃气公司、热力公司、各电信公司、电力公司、政府、部队和各工矿企业等几十个单位建设和管理。4.2地下管线资料利用困难正是由于城市地下管线分属不同单位建设和管理,其资料分散地分布在城市不同单位和部门管理。由于各管线权属单位对资料管理重视程度的差异,获取和存储地下管线信息的方式不同,以及其信息化建设工作程度的不均衡性,使现状地下管线资料具有多源性、多样性、离散性和时空性等特点。4.3地下管线信息共享程度低许多政府部门将地下管线信息资源产权部门化,设置信息利用的壁垒,结果一方面阻碍了地下管线信息资源的广泛利用,同时也影响了需要地下管线信息单位之间的信息共享,这也是各部门重复采集信息和重复开展地下管线系统建设的重要原因之一。4.4地下管线信息动态更新程度低地下管线数据是城市地下管线信息管理系统的基础和核心,具有很强的现势性,建立城市地下管线数据的动态更新机制,及时更新和维护城市地下管线数据库,是保证己建系统生命活力和管理有效性的唯一途径,而技术标准是地下管线信息应用与共享的前提。此外,因为管网数据是空间对象,有很强的时空特性,获取数据的手段也复杂多样,这就形成多种格式的原始数据,再加上数据库之间的数据交换和信息共享的需求越来越多,为了满足空间数据库构建的要求并保证数据的有效更新,使空间数据共享真正成为现实,制定城市排水管网数据标准是必由之路。五．展望 数字排水综合信息平台充分发挥了成熟GIS平台的功能性，灵活运用各种开发技术，污水处理信息动态发布平台、管网统计分析辅助平台，为广大市民提供了丰富、即时的市区污水处理信息，为公司内部提供了充分的生产、决策数据。但目前综合信息平台的实现还不完整，并且实现过程中也有些考虑不够充分的方面，在以后的研究和应用中，将从以下一些方面继续加强和有所考虑:1、目前一些城市只实现了城市排水管网GIS子系统的一些功能，而综合信息平台中排水管网WEB信息发布、泵站视频监控和排水管网规划等子系统将在未来的研究中继续开发实现。2、管网流向分析算法的改进仅仅限于非满流的情况，满流情况下流向分析暂时还是一个业内难题，有待进一步探索。3、随着城市建设加快，管网建设也随之加快了步伐，应加强排水管网空间数据库对这一情况的适应性研究。六．参考文献[1]宋志强.我国城市地下管线规划管理问题研究[D].吉林:吉林大学，2008.[2]吴柯，朱磊.市政排水管网设计要点分析[J].科技信息，2013.[3]谷胜涛，李景文，田丽亚，崔爽.面向实体的三维空间数据模型组织方法[J]地理空间信息，2011,(04).[4]徐舫.具有空间数据处理能力的流数据查询语言的研究与实现[D].南京:南京航空航天大学，2007.[5]韩富江.DEM栅格单元地形异质性对可视性分析的影响研究[D].南京:南京师范大学，2007.[6]宋宜嘉，梅凯，王先明.我国城市合流管网雨污分流改造的思考与对策[J].安全与环境工程，2013.[7]魏金明，檀继猛，仲伟政.便于定位施工的城市排水管网GIS系统[J].测绘与空间地理信息，2013.[8]程立鼎.基于GIS的城市片区排水环境的评价与研究[D].昆明:昆明理工大学，2012.[9]何心远，周升楼.空间数据的数据库管理技术[J].管理信息系统，1996(06).[10]彭海琴.基于GIS的城市排水管网动态规划系统的设计与实现[D].华东师范大学，2012.[11]伊学农，张颖，董霞.城市供水管网的水质预警监测点的优化布置[N].科技创新导报，2007(32).