專利名稱：市政排水管網(wǎng)決策評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種市政排水管網(wǎng)決策評估方法，具體涉及一種可以實現(xiàn)排水管網(wǎng)數(shù)字化和科學化管理的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，屬于市政排水技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
排水管網(wǎng)是城市重要的基礎設施之一，是城市水污染防治、排潰防澇和防洪的骨干工程，擔負著收集城市生活污水和工業(yè)生產(chǎn)廢水、及時排除城區(qū)雨水的任務，是保證城市正常運轉(zhuǎn)的重要生命線。伴隨著城市化得繼承，市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)的建設速度快、規(guī)模大、更新快，排水管網(wǎng)管理的難度越來越大。在城市排水管網(wǎng)運行維護過程中的許多環(huán)節(jié)都涉及到對城市排水管網(wǎng)運行維護計劃合理與否的判斷、緊急事故的快速準確分析與處理、市政管網(wǎng)當前運行現(xiàn)狀的綜合把握等關(guān)系著市政排水管網(wǎng)運行維護的高效性、安全性和有序性的問題，這些問題通過簡單的經(jīng)驗判斷已經(jīng)不能有效解決，同時當問題發(fā)生時再倉促進 行決策分析的模式也無法滿足系統(tǒng)管理的需求。而目前，我國大部分城市的排水管網(wǎng)運行管理水平較低，雖然有部分城市采用了基于GIS的管理模式，但專業(yè)分析功能通常都較弱，系統(tǒng)僅體現(xiàn)了排水管網(wǎng)的地理特征，只實現(xiàn)了基本的地圖顯示和查詢功能，缺少網(wǎng)絡分析、動態(tài)模擬和優(yōu)化分析等專業(yè)功能，不能為排水管網(wǎng)安全運行提供科學的決策支持。比如，對排水管網(wǎng)設施的改造、規(guī)劃、設計、建設及工程驗收過程進行管理，是城市排水管理部門的重要業(yè)務內(nèi)容之一，通常包括根據(jù)城市排水總體規(guī)劃參與排水專業(yè)規(guī)劃的編制，對排水設施建設項目的立項、設計、施工方案等提出專業(yè)意見，負責審查市政道路、小區(qū)內(nèi)部排水管線的初設等業(yè)務工作。目前在處理上述各種業(yè)務需求時，通常是以經(jīng)驗判斷和簡單推理計算的方式進行的，缺乏先進的技術(shù)輔助工具對管網(wǎng)當前狀態(tài)、不同階段的管網(wǎng)建設項目進行有效的管理與科學評估，無法分析建設項目的調(diào)整對原有排水管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，影響了評估工作的科學性與可信度。因此，需要集成更多專業(yè)的分析手段，構(gòu)建一套完整的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，以提高市政排水管網(wǎng)決策評估的科學性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種市政排水管網(wǎng)決策評估方法，旨在基于排水管網(wǎng)模型、在線監(jiān)測技術(shù)以及GIS技術(shù)的綜合應用，提供一種能為現(xiàn)狀診斷、管網(wǎng)規(guī)劃、維護計劃審核等排水管網(wǎng)日常管理業(yè)務提供科學決策的評估方法。該方法包括基于在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的排水管網(wǎng)模型構(gòu)建和分析方法，以及應用模擬分析方法進行管網(wǎng)維護計劃審核、現(xiàn)狀診斷和規(guī)劃決策的方法，從而為市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)管理提供科學化的管理手段和工具。本發(fā)明的市政排水管網(wǎng)決策評估方法的特征在于，包括基于在線監(jiān)測，進行排水管網(wǎng)模型構(gòu)建和模擬分析的步驟；基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)維護計劃審核評估的步驟；基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷的步驟；以及基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)規(guī)劃決策的步驟。更優(yōu)選實施方式中，綜合運用排水管網(wǎng)模型、在線監(jiān)測技術(shù)以及GIS技術(shù)。利用排水管網(wǎng)模型，通過設定各種模擬情景下，根據(jù)城市的地表降雨徑流和排水管網(wǎng)匯流規(guī)律，可以模擬城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行特征，為排水管網(wǎng)管理科學決策提供依據(jù)。利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型關(guān)鍵參數(shù)進行定期的自動率定，可保證模擬結(jié)果的可靠性，提高模擬預測的可信度，同時對關(guān)鍵節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)與圖表的統(tǒng)計分析，可直觀發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點上下游排水管道的過載、溢流、淤積和泄漏等問題，并可進行定量化評估。利用GIS(Geographic information System,地理信息系統(tǒng))技術(shù)為模型的應用提供了空間分析、查詢和顯示功能等強有力的技術(shù)支持，為監(jiān)測數(shù)據(jù)和排水管網(wǎng)模型模擬結(jié)果的顯示提供了直觀豐富的展示手段，簡化了復雜模型建模與計算的操作流程，降低了用 戶對復雜模擬結(jié)果數(shù)據(jù)的理解難度，排水管網(wǎng)模型、在線監(jiān)測以及GIS技術(shù)技術(shù)聯(lián)合應用，提供了一種符合實際的、動態(tài)的、科學的、直觀的決策評估方法。更優(yōu)選實施方式中，基于在線監(jiān)測進行排水管網(wǎng)模型構(gòu)建和模擬分析的步驟如下首先是基礎數(shù)據(jù)的收集整理和綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，統(tǒng)一存儲管網(wǎng)靜態(tài)設施數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測，為后續(xù)模型構(gòu)建過程中的屬性數(shù)據(jù)設置、拓撲關(guān)系檢查及修正等關(guān)鍵步驟提供必要的數(shù)據(jù)支持；在基礎數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎上，構(gòu)建專業(yè)的管理平臺用于提供排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡分析以及模型模擬等分析工具；利用該平臺進行管網(wǎng)模型的構(gòu)建，模型構(gòu)建分三個部分進行(I)模型初步構(gòu)建；(2)現(xiàn)場監(jiān)測方案的制定與實施；(2)模型參數(shù)的識別，所述的模型初步構(gòu)建是根據(jù)已有排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)中的相關(guān)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，進行管網(wǎng)節(jié)點的匯水區(qū)(或服務區(qū))的劃分，拓撲檢查及修正，構(gòu)建“節(jié)點-管線-匯水區(qū)(或服務區(qū))”之間的空間網(wǎng)絡對應關(guān)系，并生成模型模擬所需的相關(guān)輸入文件，以便進行模型參數(shù)的識別與驗證。所述的現(xiàn)場監(jiān)測方案的制定與實施通過制定合理可行的監(jiān)測方案，對排水管網(wǎng)進行系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測，可獲得更為準確的模型輸入數(shù)據(jù)，如區(qū)域降雨量、節(jié)點污水入流量等，是進行排水管網(wǎng)動態(tài)模擬與預警分析的必要條件；利用長時間序列的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，如主干管道的流量、重要節(jié)點的水深等，對模型中的經(jīng)驗參數(shù)進行率定和驗證，可保證模擬結(jié)果的可靠性，提高模擬預測的可信度。所述的模型參數(shù)的識別在初步構(gòu)建排水管網(wǎng)模型并對獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理與分析后，可通過研究區(qū)域的大量相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)驗進行參數(shù)取值范圍的設定，并在不確定性環(huán)境下對模型中的不確定性參數(shù)進行參數(shù)識別，以使模型更加真實的反映排水管網(wǎng)的客觀排水規(guī)律，首先，選定模型的率定參數(shù)、目標函數(shù)及可接受范圍，在預先設定的參數(shù)先驗分布空間內(nèi)，通過隨機采樣方法獲取模型的參數(shù)組合并進行模型計算；其次，利用目標函數(shù)計算模型參數(shù)的可接受程度；最后，求出所有可接受參數(shù)的后驗分布，并分析其不確定性。本發(fā)明的更優(yōu)選實施方式中，基于所述的模擬分析管網(wǎng)維護計劃審核評估方法的步驟如下借助管網(wǎng)模擬模型進行模擬評估，在現(xiàn)勢綜合管理數(shù)據(jù)庫的支持下，結(jié)合歷史運行維護數(shù)據(jù)包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、工單數(shù)據(jù)等的統(tǒng)計分析結(jié)果，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輸入通過長期模擬評估排水管網(wǎng)運行維護計劃的合理與否，是否能滿足運行維護要求，是否存在缺陷，再根據(jù)模擬結(jié)果進行優(yōu)化調(diào)整，直到得到最終的運行維護計劃，此外在運行維護過程中，通過所述的現(xiàn)狀診斷方法發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題時對于維護計劃應作出相應的調(diào)整，以保證運行維護計劃始終適用于當前管網(wǎng)狀態(tài)。更優(yōu)選實施方式中，基于所述的模擬分析的管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷方法的步驟如下首先根據(jù)現(xiàn)狀排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)或排水規(guī)劃設計方案構(gòu)建排水管網(wǎng)的模擬模型；然后利用管網(wǎng)分析和計算模擬模塊進行排水管網(wǎng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和動態(tài)模擬分析，靜態(tài)分析主要分析管網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征；動態(tài)模擬主要對管道內(nèi)的水力/水質(zhì)狀況進行仿真模擬，根據(jù)評估要求可選擇晴天情景模擬、單場降雨模擬或長時間連續(xù)模擬，以了解管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行狀況，發(fā)現(xiàn)目前管網(wǎng)中存在的問題及原因，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析分析 結(jié)果，可以識別重點運行維護計劃建議、異常提醒及原因分析和事故多發(fā)路段分析。通過動態(tài)模擬分析結(jié)果以及分析運行過程中的業(yè)務工單記錄，可以識別易淤積路段、易溢流路段、高負荷路段、沖刷風險路段等，并根據(jù)經(jīng)驗工程師共同篩選對維護計劃進行更新調(diào)整，從而得到預更新維護計劃，并選取關(guān)鍵點位進行試運行，在運行過程中如果發(fā)現(xiàn)實施結(jié)果與分析結(jié)果不接近，則應尋找原因，并對分析方法的優(yōu)化；如果結(jié)果較為接近，可將整個運行計劃進行更新，并根據(jù)計劃生成相應的工單。將監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輸入，通過動態(tài)模擬可以發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生的溢流事故、淤積路段、水量異常及設備故障等，同時通過設備監(jiān)控信號分析也可發(fā)現(xiàn)設備的異常問題。如果這些異常屬于緊急事故，則立刻進行應急報警。反之，則將分析結(jié)果通知相關(guān)人員進行現(xiàn)場確認后予以解決。而對管網(wǎng)及設備維護工單的統(tǒng)計分析，可以發(fā)現(xiàn)一些溢流、井蓋丟失、設備損壞等事故多發(fā)路段，通過模擬分析、空間分析對這些路段進行原因分析和識別，并提出處理建議，從而輔助進行規(guī)劃改造和設備選型。更優(yōu)選實施方式中，基于所述的模擬分析的管網(wǎng)規(guī)劃決策步驟包括管網(wǎng)升級改造和管網(wǎng)規(guī)劃設計步驟。所述的基于模擬分析的管網(wǎng)升級改造方法的步驟如下首先根據(jù)所述的現(xiàn)狀診斷方法的分析結(jié)果，了解管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行狀況，發(fā)現(xiàn)目前管網(wǎng)中存在的問題及原因，在技術(shù)可行和經(jīng)濟合理的原則下進行管網(wǎng)布局的調(diào)整方案設計，方案設計的同時生成布局調(diào)整后的排水管網(wǎng)模擬模型；通過對布局調(diào)整后的排水管網(wǎng)進行水動力學仿真模擬并分析管道充滿度、流速、水位、節(jié)點水深等模擬結(jié)果以考察布局調(diào)整后的管網(wǎng)負荷情況；如果模擬結(jié)果分析顯示布局調(diào)整后仍未能滿足管網(wǎng)正常運行的要求，則重新設計管網(wǎng)布局調(diào)整方案，直到管網(wǎng)可以安全有效運行為止；如果方案實施過程出現(xiàn)修改，對于修改后的方案應重新進行模擬評估，以保證方案的可行性。完成的改造方案經(jīng)相關(guān)部門審核后都統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中。所述的基于模擬分析的管網(wǎng)規(guī)劃設計的步驟如下根據(jù)城市排水系統(tǒng)建模標準流程和室外排水工程設計規(guī)范要求綜合進行設計，結(jié)合豐富、專業(yè)、直觀的結(jié)果顯示功能，使建模技術(shù)和排水管網(wǎng)規(guī)劃方案有機結(jié)合在一起，首先根據(jù)GIS圖和土地利用規(guī)劃圖等進行管道的定線，然后進行污水量的估算和分配進行管道的水力計算，方案設計完成后構(gòu)建規(guī)劃情景下的管網(wǎng)模擬模型，通過設定規(guī)劃情景參數(shù)，進行模擬并通過模擬結(jié)果中的管道充滿度、水位、流速等參數(shù)分析管網(wǎng)運行的負荷情況，若管網(wǎng)負荷過大則需要進行設計方案的調(diào)整和優(yōu)化，直到設計方案滿足管網(wǎng)正常運行的要求，完成的規(guī)劃方案經(jīng)相關(guān)部門審核后都統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中。若實施過程如果出現(xiàn)方案修改，應重新進行方案的模擬評估，直到到滿足要求為止。本發(fā)明提供的市政排水管網(wǎng)決策評估方法的有益效果在于提供了一種基于GIS技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)和模型技術(shù)的綜合市政排水管網(wǎng)決策評估方法，實現(xiàn)了多種技術(shù)的有效集成，使得決策評估過程既具有排水管網(wǎng)模型提供的專業(yè)計算和分析功能，又利用GIS技術(shù)的直觀顯示功能和空間分析能力，同時利用監(jiān)測數(shù)據(jù)提高了模型的準確性和可信度，從而克服了傳統(tǒng)決策分析結(jié)果難以讀懂、評估手段簡單、模型準確難以保證等缺陷，極大地提高了排水管網(wǎng)的決策評估水平。


圖I示出排水管網(wǎng)模型構(gòu)建及模擬分析流程；圖2示出基于模擬分析的管網(wǎng)維護計劃審核流程；圖3示出基于模擬分析的管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷流程；圖4示出基于模擬分析的管網(wǎng)規(guī)劃決策方法流程。
具體實施例方式下面，對本發(fā)明的具體實施方式
結(jié)合附圖進行詳細說明。圖I示出排水管網(wǎng)模型構(gòu)建及模擬分析流程，如圖I所示，模型分析的過程主要包括三個部分即基礎數(shù)據(jù)整理和綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、模型構(gòu)建以及模型集成應用。首先，需要對基礎空間地形數(shù)據(jù)、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)、遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)等基礎數(shù)據(jù)進行廣泛收集和整理并進行綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建以及數(shù)據(jù)整理入庫等，從而為后續(xù)模型構(gòu)建過程中的管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)設置、拓撲關(guān)系檢查及修正等關(guān)鍵步驟提供必要的數(shù)據(jù)支持。其次，在基礎數(shù)據(jù)收集和綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎上進行模型的構(gòu)建。在此過程分三個部分進行(I)模型初步構(gòu)建；(2)監(jiān)測方案制定與實施；(3)模型參數(shù)識別。模型初步構(gòu)建具體流程先將收集整理的管網(wǎng)數(shù)據(jù)導入專業(yè)管理平臺，構(gòu)建管網(wǎng)網(wǎng)絡關(guān)系。根據(jù)已有的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)中的相關(guān)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，進行管網(wǎng)匯水區(qū)的劃分及關(guān)聯(lián)。其次要對管網(wǎng)節(jié)點、排水管道和匯水區(qū)等要素的相關(guān)屬性進行設置。由于管網(wǎng)節(jié)點、排水管道和匯水區(qū)等要素間存在著特定的拓撲關(guān)系，而在排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理過程中，不可避免地會造成各種各樣的數(shù)據(jù)錯誤，因此，接著要進行管網(wǎng)拓撲關(guān)系的檢查及修正，在此基礎上完成模型初步構(gòu)建。模型構(gòu)建好后，需要進行監(jiān)測方案的制定與實施，以獲得更為準確的模型輸入和確定模型參數(shù)，保證模型的可靠性。監(jiān)測方案的制定與實施具體流程首先，制定合理可行的監(jiān)測方案；其次，通過現(xiàn)場監(jiān)測獲取準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)；最后，對獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)如區(qū)域降雨量、節(jié)點污水入流量等是進行排水管網(wǎng)動態(tài)模擬與預警分析的必要條件；利用長時間序列的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，如主干管道的流量、重要節(jié)點的水深等，對模型中的經(jīng)驗參數(shù)進行率定和驗證，以保證模擬結(jié)果的可靠性，提高模擬預測的可信度；利用關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測流量進行數(shù)據(jù)與圖表的統(tǒng)計分析，可直觀發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點上下游排水管道的過載、溢流、淤積和泄漏等問題，并可進行定量化評估；另外，在實際的管網(wǎng)系統(tǒng)管理中，利用在線監(jiān)測技術(shù)還可以對排水管網(wǎng)的偷排、錯接等現(xiàn)行進行分析。模型參數(shù)的識別在初步構(gòu)建排水管網(wǎng)模型并對獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理與分析后進行的。具體流程如下首先，通過研究區(qū)域的大量相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)驗進行參數(shù)初始值的確定，在此基礎上進行模型模擬并將模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果進行比較。如果比較的結(jié)果不一致，則需要重新進行參數(shù)初始值的確定，如果結(jié)果基本一致，則進入到下一步即模型的參數(shù)率定；其次，在選定完成模型的參數(shù)率定后，可在預先設定的參數(shù)先驗分布空間內(nèi)，通過隨機采樣方法獲取模型的參數(shù)組合并進行模型模擬。如果模型模擬的結(jié)果不符合判斷規(guī)律，則需要進行重新的隨機采樣步驟，如果符合判斷規(guī)律，則記錄所采用參數(shù)的數(shù)值。最后，在模型構(gòu)建的基礎上，通過進一步集成開發(fā)，可以使模型實現(xiàn)在各種不同模擬情景下，對管網(wǎng)系統(tǒng)的水力和水質(zhì)的變化規(guī)律進行動態(tài)仿真模擬，為管網(wǎng)維護計劃審核 評估、管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷、管網(wǎng)規(guī)劃決策及其他事故輔助處理提供科學的數(shù)據(jù)支持。圖2示出基于模擬分析的管網(wǎng)維護計劃審核流程，如圖2所示，根據(jù)決策評估計劃，在現(xiàn)勢綜合管理數(shù)據(jù)庫的支持下，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、維護工單數(shù)據(jù)以及模擬分析結(jié)果，制定管網(wǎng)運行維護計劃，并設定年度維護計劃的模擬評估情景進行模擬評估，根據(jù)模擬分析結(jié)果確定該計劃是否滿足管網(wǎng)維護要求，如果不滿足要求，則調(diào)整維護計劃重新進行評估，直到運行維護計劃評估通過審核為止。在根據(jù)維護計劃進行管網(wǎng)維護過程，運行維護數(shù)據(jù)不斷更新到綜合數(shù)據(jù)庫中。同時依據(jù)決策評估計劃，定期對管網(wǎng)進行現(xiàn)狀診斷，根據(jù)分析結(jié)果更新年度維護，以使得維護計劃始終適用于當前的管網(wǎng)狀態(tài)。圖3示出基于模擬分析的管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷流程，如圖3所示，根據(jù)決策評估計劃，在現(xiàn)勢綜合管理數(shù)據(jù)庫的支持下，結(jié)合歷史運行維護數(shù)據(jù)包括在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、維護工單數(shù)據(jù)等的統(tǒng)計分析結(jié)果以及模擬分析方法，可以給出重點運行維護計劃建議、異常提醒及原因分析以及事故多發(fā)路段分析。通過分析運行過程中的業(yè)務工單記錄以及模擬分析結(jié)果，可以識別易淤積路段、易溢流路段、高負荷路段、沖刷風險路段等，并根據(jù)經(jīng)驗工程師共同篩選對維護計劃進行更新調(diào)整，從而得到預更新維護計劃，并選取關(guān)鍵點位進行試運行，在運行過程中如果發(fā)現(xiàn)實施結(jié)果與分析結(jié)果不接近，則應尋找原因，并對分析方法的優(yōu)化；如果結(jié)果較為接近，就可將整個運行計劃進行更新，并根據(jù)計劃生成相應的工單。將監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輸入，通過動態(tài)模擬可以發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生的溢流事故、淤積路段、水量異常及設備故障等，同時通過設備監(jiān)控信號分析也可發(fā)現(xiàn)設備的異常問題。如果這些異常屬于緊急事故，則立刻進行應急報警。反之，則將分析結(jié)果通知相關(guān)人員進行現(xiàn)場確認后予以解決；如果問題是屬于設備維護問題，則生成維護工單。如果不是，請相關(guān)人員確定是否屬于管網(wǎng)養(yǎng)護問題，如果屬于管網(wǎng)養(yǎng)護問題則生成維護工單。而對設備及管網(wǎng)維護工單的統(tǒng)計分析，可以發(fā)現(xiàn)一些溢流、井蓋丟失、設備損壞等事故多發(fā)路段，通過模擬分析、空間分析對這些路段進行原因分析和識別，并提出處理建議，從而輔助進行規(guī)劃改造和設備選型。在此過程中，如果不需要進行規(guī)劃改造，則增加運行維護頻率，確認事故狀況是否有所改善，如果得到改善，則更新運行維護計劃以減少事故發(fā)生，反之，則通過規(guī)劃決策流程進行規(guī)劃改造。圖4示出基于模擬分析的管網(wǎng)規(guī)劃決策方法流程，如圖4所示，管網(wǎng)規(guī)劃決策過程主要包括兩部分，即管網(wǎng)升級改造和管網(wǎng)規(guī)劃設計。所述的基于模擬分析的管網(wǎng)升級改造的具體流程如下首先，根據(jù)決策評估計劃，在現(xiàn)勢綜合管理數(shù)據(jù)庫的支持下，結(jié)合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、維護工單數(shù)據(jù)等歷史運行維護數(shù)據(jù)包括以及模擬分析結(jié)果，進行管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷。根據(jù)診斷分析的結(jié)果，識別目前管網(wǎng)中存在的問題及其原因，以確定進行管網(wǎng)升級改造；根據(jù)要求設計管網(wǎng)改造方案，并利用模擬分析方法對改造方案進行動態(tài)評估，根據(jù)管道充滿度、流速、水位、節(jié)點水深等模擬結(jié)果分析，同時結(jié)合現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)確定管網(wǎng)改造方案是否滿足要求。如果結(jié)果分析顯示改造方案未能滿足管網(wǎng)運行要求，則重新設計改造方案并進行評估，直到滿足要求為止；對于滿足要求的方案應進行費用評估，保證經(jīng)濟可行性，以確定最終的改造方案并進行實施，實施過程中如果需要對方案進行修改，修改的方案應重新進行模擬評 估，直到滿足要求。實施的改造方案經(jīng)相關(guān)部門審核后都統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中。所述的基于模擬分析的管網(wǎng)規(guī)劃設計的具體流程如下首先，根據(jù)GIS地圖和土地利用規(guī)劃圖進行排水管道的定線；其次，根據(jù)室外排水工程設計規(guī)范要求對管網(wǎng)平面布局進行規(guī)劃，在此基礎上進行匯水區(qū)的劃分以及污水量的預測；接著，在管網(wǎng)平面布局確定的基礎上，輸入管網(wǎng)設計條件參數(shù)，根據(jù)輸入的參數(shù)進行管網(wǎng)水力計算與方案調(diào)整，初步確定排水管網(wǎng)各管段和節(jié)點的設計參數(shù)，構(gòu)建規(guī)劃管網(wǎng)模型；再者，利用模擬模型對設定規(guī)劃情景下的管道設計參數(shù)進行動態(tài)模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析管網(wǎng)運行狀況。若管網(wǎng)運行狀況不滿足要求，則調(diào)整管道設計參數(shù)再次進行動態(tài)模擬，直到規(guī)劃方案滿足要求為止。方案實施過程中如果出現(xiàn)修改，應重新進行方案的模擬評估，以保證修改后的方案滿足要求。完成的規(guī)劃方案經(jīng)相關(guān)部門審核后都統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中。最后，在規(guī)劃方案完成的基礎上進行規(guī)劃方案的實施。在實施過程中如果進行方案修改，則應重新進行方案模擬評估，直到滿足要求為止。規(guī)劃管網(wǎng)竣工數(shù)據(jù)通過相關(guān)部門審核后也統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中。(實施例)以某城市主城區(qū)排水管網(wǎng)系統(tǒng)為例，該城市城區(qū)范圍劃定為外環(huán)路以內(nèi)，規(guī)劃面積為590平方公里。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2009年底，該城市城區(qū)市政雨污水管網(wǎng)總長3800公里，雨水管網(wǎng)2195公里，污水管網(wǎng)1614公里，城區(qū)共有9座污水處理廠。該城市管網(wǎng)管理普遍存在如下問題信息保存方式落后，難以跟上信息變化速度；管理效率低下城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)空間定位精度不明確、不統(tǒng)一；城區(qū)部分排水管網(wǎng)長期處于滿負荷運行狀態(tài)；城區(qū)內(nèi)澇積水問題嚴重。采用本發(fā)明提供的排水管網(wǎng)決策評估方法，其具體實施步驟和效果如下(I)對基礎空間地形數(shù)據(jù)、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)、遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)等基礎數(shù)據(jù)進行廣泛的收集整理，為后續(xù)模型構(gòu)建過程中的屬性數(shù)據(jù)設置、拓撲關(guān)系檢查及修正等關(guān)鍵步驟提供必要的數(shù)據(jù)支持，并設計和構(gòu)建綜合數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一存儲管網(wǎng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。(2)對該城區(qū)1120公里的污水管網(wǎng)進行了初步建模，對管線缺失、管道反向、檢查井空間位置錯誤、重復管線等拓撲錯誤進行了修正，保證管道連接關(guān)系正確。(3)通過實地勘察以及綜合考慮排水類型、管道接口、水力特殊點要求等方面，選擇關(guān)鍵水力節(jié)點、污水處理廠前干管關(guān)鍵處、居民住宅密集區(qū)關(guān)鍵匯集位置、典型小區(qū)進行了監(jiān)測，最終確定了 18個監(jiān)測點，其中14個點位進行6個月連續(xù)監(jiān)測以及4個點位進行臨時測量，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)識別平時、周末及節(jié)假日的污水排放規(guī)律，對監(jiān)測點位的負荷狀況進行了評估。如對某干管監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)該管道長期處于過載狀態(tài)，高峰時液位達到4. 5m,按照I. 2m管徑，O. 005的坡度計算，上游至少有6600m管道處于過載狀態(tài)，存在較高的運行風險。(4)選擇2010年2月份兩個典型日和2010年3月份一個典型日對模型分別進行了率定和驗證，模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果基本保持一致。(5)基于該模型進行動態(tài)模擬分析評估，發(fā)現(xiàn)第三、第五污水廠的處理能力明顯不 足，第五污水廠的處理能力至少需要提高三倍才能滿足現(xiàn)有服務需求。其中在某一個旱天 23. 6%的管段出現(xiàn)了不同程度的過載，其中63km的管道處于完全過載狀態(tài)。70%的管段的流速低于O. 6m/s，管道淤積風險較高。同時可用于優(yōu)化調(diào)度的空間很小，建議進行部分管道改造。(6)2009年底至今歷時一年半的時間進行了該區(qū)域管網(wǎng)監(jiān)測、模型的構(gòu)建和模擬分析工作，對城區(qū)進行整體現(xiàn)狀評估和診斷，為管網(wǎng)的管理和規(guī)劃提供了切實的建議，決策支持效果顯者。以上實施例，僅是用于詳細說明本發(fā)明，并不用來限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種市政排水管網(wǎng)決策評估方法，其特征在于，包括 基于在線監(jiān)測，進行排水管網(wǎng)模型構(gòu)建和模擬分析的步驟； 基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)維護計劃審核評估的步驟； 基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷的步驟；以及 基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)規(guī)劃決策的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，其特征在于 該方法綜合運用排水管網(wǎng)模型、在線監(jiān)測技術(shù)以及GIS技術(shù)，其中， 利用排水管網(wǎng)模型，通過設定各種模擬情景下，根據(jù)城市的地表降雨徑流和排水管網(wǎng)匯流規(guī)律，模擬城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行特征，模擬結(jié)果為管網(wǎng)決策評估提供依據(jù)； 利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型關(guān)鍵參數(shù)進行定期的自動率定，同時對關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)與圖表的統(tǒng)計分析，直觀發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點上下游排水管道的過載、溢流、淤積和泄漏的問題，并進行定量化評估； 利用GIS技術(shù)為模型的應用提供空間分析、查詢和顯示功能，為監(jiān)測數(shù)據(jù)和排水管網(wǎng)模型模擬結(jié)果的顯示提供直觀的展示手段。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，其特征在于 所述的基于在線監(jiān)測進行排水管網(wǎng)模型構(gòu)建和模擬分析的步驟如下 首先是基礎數(shù)據(jù)的收集整理和綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，統(tǒng)一存儲管網(wǎng)靜態(tài)設施數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測，為后續(xù)模型構(gòu)建過程中的屬性數(shù)據(jù)設置、拓撲關(guān)系檢查及修正步驟提供必要的數(shù)據(jù)支持；在基礎數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的基礎上，構(gòu)建專業(yè)的管理平臺用于提供排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡分析以及模型模擬分析工具；利用該平臺進行管網(wǎng)模型的構(gòu)建，模型構(gòu)建分三個部分進行(I)模型初步構(gòu)建；(2)現(xiàn)場監(jiān)測方案的制定與實施；(3)模型參數(shù)的識別，所述的模型初步構(gòu)建是根據(jù)已有排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)中的相關(guān)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，進行管網(wǎng)節(jié)點的匯水區(qū)或服務區(qū)的劃分，拓撲檢查及修正，構(gòu)建節(jié)點-管線-匯水區(qū)或服務區(qū)之間的空間網(wǎng)絡對應關(guān)系，并生成模型模擬所需的相關(guān)輸入文件，以便進行模型參數(shù)的識別與驗證； 所述的現(xiàn)場監(jiān)測方案的制定與實施通過制定監(jiān)測方案，對排水管網(wǎng)進行系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測，獲得更為準確的模型輸入數(shù)據(jù)；利用長時間序列的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對模型中的經(jīng)驗參數(shù)進行率定和驗證； 所述的模型參數(shù)的識別在初步構(gòu)建排水管網(wǎng)模型并對獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理與分析后，通過研究區(qū)域的大量相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)驗進行參數(shù)取值范圍的設定，并在不確定性環(huán)境下對模型中的不確定性參數(shù)進行參數(shù)識別，以使模型更加真實的反映排水管網(wǎng)的客觀排水規(guī)律，首先，選定模型的率定參數(shù)、目標函數(shù)及可接受范圍，在預先設定的參數(shù)先驗分布空間內(nèi)，通過隨機采樣方法獲取模型的參數(shù)組合并進行模型計算；其次，利用目標函數(shù)計算模型參數(shù)的可接受程度；最后，求出所有可接受參數(shù)的后驗分布，并分析其不確定性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，其特征在于 所述的基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)維護計劃審核評估的步驟如下 借助管網(wǎng)模擬模型進行模擬評估，在現(xiàn)勢綜合管理數(shù)據(jù)庫的支持下，結(jié)合歷史運行維護數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輸入通過長期模擬評估排水管網(wǎng)運行維護計劃的合理與否，是否能滿足運行維護要求，是否存在缺陷，再根據(jù)模擬結(jié)果進行優(yōu)化調(diào)整，直到得到最終的運行維護計劃，在運行維護過程中，通過所述的現(xiàn)狀診斷步驟發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題時對于維護計劃應作出相應的調(diào)整，以保證運行維護計劃始終適用于當前管網(wǎng)狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，其特征在于 基于所述的模擬分析進行的管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷方法的步驟如下 首先根據(jù)現(xiàn)狀排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)或排水規(guī)劃設計方案構(gòu)建排水管網(wǎng)的模擬模型；然后利用管網(wǎng)分析和計算模擬模塊進行排水管網(wǎng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和動態(tài)模擬分析，靜態(tài)分析主要分析管網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征；動態(tài)模擬主要對管道內(nèi)的水力和水質(zhì)狀況進行仿真模擬，根據(jù)評估要求選擇晴天情景模擬、單場降雨模擬或長時間連續(xù)模擬，以了解管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行狀況，發(fā)現(xiàn)目前管網(wǎng)中存在的問題及原因，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析分析結(jié)果，識別重點運行維護計劃建議、異常提醒及原因分析和事故多發(fā)路段分析； 通過動態(tài)模擬分析結(jié)果以及分析運行過程中的業(yè)務工單記錄，可以識別易淤積路段、易溢流路段、高負荷路段、沖刷風險路段等，并根據(jù)經(jīng)驗工程師共同篩選對維護計劃進行更新調(diào)整，從而得到預更新維護計劃，并選取關(guān)鍵點位進行試運行，在運行過程中如果發(fā)現(xiàn)實施結(jié)果與分析結(jié)果不接近，則應尋找原因，并對分析方法的優(yōu)化；如果結(jié)果較為接近，可將整個運行計劃進行更新，并根據(jù)計劃生成相應的工單， 將監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輸入，通過動態(tài)模擬可以發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生的溢流事故、淤積路段、水量異常及設備故障等，同時通過設備監(jiān)控信號分析也可發(fā)現(xiàn)設備的異常問題，如果這些異常屬于緊急事故，則立刻進行應急報警，反之，則將分析結(jié)果通知相關(guān)人員進行現(xiàn)場確認后予以解決； 通過對管網(wǎng)及設備維護工單的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)事故多發(fā)路段，通過模擬分析、空間分析對這些路段進行原因分析和識別，并提出處理建議，從而輔助進行規(guī)劃改造和設備選型。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的市政排水管網(wǎng)決策評估方法，其特征在于 基于所述的模擬分析進行管網(wǎng)規(guī)劃決策的步驟包括管網(wǎng)升級改造和管網(wǎng)規(guī)劃設計步驟； 所述的基于模擬分析的管網(wǎng)升級改造步驟如下首先根據(jù)所述的現(xiàn)狀診斷方法的分析結(jié)果，了解管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行狀況，發(fā)現(xiàn)目前管網(wǎng)中存在的問題及原因，在技術(shù)可行和經(jīng)濟合理的原則下進行管網(wǎng)布局的調(diào)整方案設計，方案設計的同時生成布局調(diào)整后的排水管網(wǎng)模擬模型；通過對布局調(diào)整后的排水管網(wǎng)進行水動力學仿真模擬并分析管道充滿度、流速、水位、節(jié)點水深等模擬結(jié)果以考察布局調(diào)整后的管網(wǎng)負荷情況；如果模擬結(jié)果分析顯示布局調(diào)整后仍未能滿足管網(wǎng)正常運行的要求，則重新設計管網(wǎng)布局調(diào)整方案，直到管網(wǎng)可以安全有效運行；如果方案實施過程出現(xiàn)修改，對于修改后的方案應重新進行模擬評估，以保證方案的可行性，完成的改造方案經(jīng)相關(guān)部門審核后都統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中，所述的基于模擬分析的管網(wǎng)規(guī)劃設計步驟如下根據(jù)城市排水系統(tǒng)建模標準流程和室外排水工程設計規(guī)范要求綜合進行設計，結(jié)合豐富、專業(yè)、直觀的結(jié)果顯示功能，使建模技術(shù)和排水管網(wǎng)規(guī)劃方案有機結(jié)合在一起，首先根據(jù)GIS圖和土地利用規(guī)劃圖等進行管道的定線，然后進行污水量的估算和分配進行管道的水力計算，方案設計完成后構(gòu)建規(guī)劃情景下的管網(wǎng)模擬模型，通過設定規(guī)劃情景參數(shù)，進行模擬并通過模擬結(jié)果中的管道充滿度、水位、流速等參數(shù)分析管網(wǎng)運行的負荷情況，若管網(wǎng)負荷過大則需要進行設計方案的調(diào)整和優(yōu)化，直到設計方案滿足管網(wǎng)正常運行的要求，完成的規(guī)劃方案經(jīng)相關(guān)部門審核后都統(tǒng)一更新存儲到綜合數(shù)據(jù)庫中，若實施過程如果出現(xiàn)方案修改，應重新進行方案的模擬評估，直到到滿足要求為 止。
全文摘要
本發(fā)明提供一種市政排水管網(wǎng)決策評估方法，包括基于在線監(jiān)測，進行排水管網(wǎng)模型構(gòu)建和模擬分析的步驟；基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)維護計劃審核評估的步驟；基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)現(xiàn)狀診斷的步驟；以及基于所述模擬分析，進行管網(wǎng)規(guī)劃決策的步驟。利用本發(fā)明，提供了一種基于GIS技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)和模型技術(shù)的綜合市政排水管網(wǎng)決策評估方法，實現(xiàn)了多種技術(shù)的有效集成，使得決策評估過程既具有排水管網(wǎng)模型提供的專業(yè)計算和分析功能，又利用GIS技術(shù)的直觀顯示和空間分析能力，并利用監(jiān)測數(shù)據(jù)提高了模型準確性和可信度，從而克服了傳統(tǒng)決策分析結(jié)果難以讀懂、評估手段簡單、模型準確難以保證等缺陷，極大地提高了排水管網(wǎng)決策評估水平。
文檔編號G06Q10/00GK102890792SQ201110204240
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
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