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農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用

作者:admin 時(shí)間：2021-03-30 17:14

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合地理學(xué)與地圖學(xué)以及遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，是用于輸入、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，隨著GIS的發(fā)展，也有稱GIS為“地理信息科學(xué)”（Geographic Information Science）或"地理信息服務(wù)"（Geographic Information service）。GIS是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對(duì)空間信息進(jìn)行分析和處理（簡(jiǎn)而言之，是對(duì)地球上存在的現(xiàn)象和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析）。GIS 技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫(kù)操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)（Rural water supply GIS，GIS-RWS）是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)分支，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件、和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持下，對(duì)涉及農(nóng)村供水的空間數(shù)據(jù)（水源、水站、管網(wǎng)等）及進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、查詢、檢索、處理、分析、運(yùn)算、顯示、更新和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水科學(xué)化、可視化、數(shù)字化、智能化的管理、運(yùn)維和服務(wù)。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用(圖1)

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)是GIS在農(nóng)村供水管理、運(yùn)維和服務(wù)等農(nóng)村供水領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。GIS-RWS將農(nóng)村供水空間信息按其特性在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行分類、分層管理，通過(guò)輸入、存儲(chǔ)、管理、空間查詢、空間分析和顯示等功能實(shí)現(xiàn)GIS與農(nóng)村供水信息分析和處理技術(shù)的集成，是GIS技術(shù)在農(nóng)村供水領(lǐng)域的延伸。通過(guò)建立農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水各種信息數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，從而達(dá)到統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)共享和運(yùn)維管理自動(dòng)化。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用(圖2)

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)由五部分組成。

1、GIS硬件

硬件是對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、存儲(chǔ)、查詢和輸出的基礎(chǔ)平臺(tái)，包括主處理設(shè)施（大中小型機(jī)、工作站、微機(jī)）、顯示設(shè)備（顯示器、顯示屏等）、外部存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備（網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)配件）等。

2、GIS軟件

軟件是農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)的核心，在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的配合與協(xié)調(diào)下，執(zhí)行飲水安全地理信息系統(tǒng)各種功能的操作。

3、地理數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)報(bào)告農(nóng)村供水有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)說(shuō)明某個(gè)地理事物或現(xiàn)象是什么，如農(nóng)村水站規(guī)模、凈化工藝、設(shè)備信息、水質(zhì)等，如管網(wǎng)管徑、流量、埋深等，如水源容量、水位、水質(zhì)等。空間數(shù)據(jù)通過(guò)點(diǎn)、線和面描述地理事物或現(xiàn)象在哪里，如農(nóng)村水站位置等。

4、應(yīng)用分析模型

應(yīng)用分析模型根據(jù)所表達(dá)的空間對(duì)象可分為理論模型（數(shù)學(xué)模型）、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突旌夏Ｐ汀＝２襟E包括明確分析目的和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、準(zhǔn)備分析數(shù)據(jù)、空間分析操作、結(jié)果分析、解釋和評(píng)價(jià)結(jié)果及結(jié)果輸出。

5、參與農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)的人，包含監(jiān)管管理單位、運(yùn)維單位、設(shè)備供應(yīng)商、信息系統(tǒng)維護(hù)單位等單位人員。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用(圖3)

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)（GIS-RWS）項(xiàng)目建設(shè)和維護(hù)主要服務(wù)對(duì)象為農(nóng)村供水站、農(nóng)村供水統(tǒng)管機(jī)構(gòu)及農(nóng)村供水主管部門。農(nóng)村供水站一般以行政村或自然村為單元分散分布，尤其是我們西南、南方山區(qū)農(nóng)村，項(xiàng)目點(diǎn)數(shù)量多、分布范圍廣、交通不便，因此農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)應(yīng)用應(yīng)遵循以下原則：

1、動(dòng)態(tài)性原則

每個(gè)農(nóng)村供水站系統(tǒng)應(yīng)對(duì)水源、供水站、管網(wǎng)、轄區(qū)用戶用水狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)水站運(yùn)行參數(shù)變化、管網(wǎng)壓力變化、用戶用水量變化等不斷改變，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增刪和修改功能以支持網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，提供各供水站閥門、流量計(jì)、水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)等的數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制功能。

2、實(shí)時(shí)性與安全性原則

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)主要目的是保證農(nóng)村居民、轄區(qū)企業(yè)等供水安全，保證供水各環(huán)節(jié)信息采集點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。整個(gè)縣級(jí)區(qū)域的采集點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)包在上傳時(shí)需要進(jìn)行加密處理，保障數(shù)據(jù)傳輸和供水系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制過(guò)程的安全性。

3、開放性與可擴(kuò)展性原則

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）結(jié)點(diǎn)、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）、GIS模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)都應(yīng)該具有擴(kuò)充功能，保障系統(tǒng)能夠擴(kuò)展各種模塊、調(diào)整和定期維護(hù)。

4、實(shí)用性原則

對(duì)采集結(jié)點(diǎn)回傳的信息進(jìn)行特定形式的解譯、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、可視化封裝與集成，人機(jī)交互界面操作簡(jiǎn)便，具有通用性和實(shí)用性。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用(圖4)

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)（GIS-RWS）系統(tǒng)建設(shè)包括物理層、采集層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層（業(yè)務(wù)層及展現(xiàn)層），能夠?qū)Ω鱾€(gè)農(nóng)村供水站進(jìn)行有效管理，對(duì)農(nóng)村飲用水安全提供系統(tǒng)保障，是現(xiàn)代化、智能化、數(shù)字化、信息化的管理系統(tǒng)。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用(圖5)

1、物理層

該層包含采集的各水站基礎(chǔ)性信息和接收傳感數(shù)據(jù)。連接大量分散的各種傳感裝置，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議和解析終端路由以及基于服務(wù)層數(shù)據(jù)的解析服務(wù)器。

2、采集層

該層主要是連接物理層和數(shù)據(jù)層，具有解析同類型傳感器節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)包、構(gòu)造SQL語(yǔ)句、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分類及存儲(chǔ)和處理的功能，也具有解譯、轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用層客戶端的控制命令包、訪問(wèn)數(shù)據(jù)和處理一場(chǎng)數(shù)據(jù)包的功能。

3、數(shù)據(jù)層

該層主要是存儲(chǔ)、管理各供水站（水源、供水站凈化設(shè)施、管網(wǎng)、水表）結(jié)點(diǎn)等數(shù)據(jù)，獲得整個(gè)應(yīng)用層運(yùn)行所必須的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)等。

4、應(yīng)用層

該層提供了數(shù)據(jù)庫(kù)接口和服務(wù)器接口，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)層之間的信息交換和數(shù)據(jù)傳送，為各供水站管理人員、維護(hù)人員等提供應(yīng)用信息。

農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用(圖6)

黨的十九屆五中全會(huì)提出鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果和全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略要求，并納入“十四五”時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要目標(biāo)。農(nóng)村供水工程作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，既肩負(fù)著鞏固擴(kuò)展脫貧攻堅(jiān)成果的要求，也承載著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的民生期待，將在實(shí)現(xiàn)鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果同鄉(xiāng)村振興有效銜接中發(fā)揮重要作用。我們搶抓機(jī)遇，搶先研發(fā)推廣智慧水站、新一代凈水設(shè)備、農(nóng)村供水地理信息系統(tǒng)等，不斷提升農(nóng)村供水工程智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展水平，不斷提升農(nóng)村供水工程質(zhì)量和供水質(zhì)量，為全面實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略提供有力支撐。

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