利用ArcGIS构建城市化粪池信息管理系统 为环境质量提升助力

本系统集成ArcGIS地理信息系统技术，旨在建设城市化粪池信息管理系统，以提升环境质量。系统将实现粪池分布、清理、维护等信息的实时管理和监控，提供智能化的运维决策支持。通过科学规划和有效管理，系统可推动城市粪池资源的合理利用和环境问题的缓解。同时，利用ArcGIS的空间分析功能，系统将为城市环境保护提供数据支持，为改善城市环境质量提供技术保障。

本文介绍了污水处理企业基于地理空间数据的综合信息系统建设的技术路线、数据建设、功能应用。系统利用遥感影像配合矢量图，实现地理信息支撑平台，制定了化粪池管理维护方式和化粪池清掏物的处置技术，满足了企业地图浏览、查询定位、空间分析、资产管理、抢修车辆调度监控及污水监测信息可视化展示功能需要。

化粪池是我国民用建筑中常见的一种粪便污水前端处理设施。但是，国内绝大多数城市存在以下问题：缺乏全市化粪池分布的基本信息，没有对化粪池日常的监督管理，对于化粪池清掏物的处置方法也没有明确规定，基本上处于无序管理状态。

烟台市GEF化粪池示范工程信息管理系统是全球环境基金(GEF)赠款烟台市化粪池管理示范项目的重要组成部分，该项目的目的是通过对化粪池进行有效利用和管理，改善公共卫生，减少陆源污染物的排放，提高黄渤海水域的环境质量。

该项目于9月提出申请， 3月获得世界银行批准并正式启动建设，3月12日正式完成，主要是为了解决中国在化粪池管理领域存在的上述问题，是我国第一个以计算机技术为依托，将GIS地理信息系统、GPS车辆管理系统、设备资产管理系统应用于城市化粪池管理的大型综合信息管理系统平台，主要目标是制定化粪池管理维护方式和化粪池清掏物的处置技术。

系统设计原则

信息管理系统平台设计原则是以基础地理信息资料、城市化粪池设施信息资料、现有基础地形图库和排水处专业信息数据为基础，综合运用信息科学、计算机科学、通讯科学的方法和手段，对城市化粪池的分布、信息查询、清掏报警、真空吸粪车管理以及为各相关部门提供多专业、多层次、多目标的综合服务，实现城市化粪池的基于GIS平台的综合管理。

⑴实用性原则：满足烟台市城市化粪池管理的需求，真正实现管理科学化。

⑵可靠性原则：数据库中所有的数据应是准确可靠的，系统要有很强的容错能力和处理突发事件的能力。

⑶完备性原则：系统的各项功能及管理的各种数据应是全面、完整的。

⑷科学性原则：以软件工程的思想和方法来建立系统，保证系统结构的科学、合理。

⑸规范性原则：符合化粪池管理的要求，信息编码遵循行业或地方规范。

⑹经济性原则：以最好的性能价格比配置系统的软硬件，使系统尽快发挥环境效益、经济效益与社会效益。

⑺可扩展性和开放性原则：具有良好的接口和方便的二次开发工具，以便系统不断地扩充、求精和完善；系统在输入输出方面应具有较强的兼容性，能进行各种不同数据格式的转换。

⑻可操作性原则：有良好的用户界面，用户易学易懂，操作简便、灵活。

系统架构设计

本系统采用Brower/Server体系结构，分别是：业务应用层、应用系统平台层和基础平台层。

基础平台层包含存储化粪池信息的属性数据库、存储化粪池位置图形信息的GIS数据库、存储城市主要水质监测点和清掏物处理的水质数据库，以及存储车辆、人员、设备资产数据的资产管理数据库。

应用系统平台层包含用于管理数据模型并为业务应用层提供服务的应用服务器软件，如：ArcSDE、ArcGIS Server等。

业务应用层包含各类业务功能应用，具体是：化粪池分布、化粪池信息管理、车辆定位、车辆管理、工作单派法、清掏报警、WebGIS综合应用和与其它生产信息系统间的数据接口。

采用Browser/Server模式，系统主要运行在服务器端，客户端不需要购买或升级硬件，在相当程度上拓展了计算机的生命周期。

信息管理系统可以将地图与相应的数据库有机地结合起来，实现图形、数据、设备的有效连接，在查询图形时，可以相应查出地图中某图形目标、车辆或人员的相应数据库信息，反之可以通过对于数据库的查询，查看到相应的地图位置、车辆位置、车辆行驶路线等真正实现信息的动态查询，使各种信息的浏览和查询变得更加直观、方便、快捷。

系统基本的框架结构如图1所示，系统实际运行时可以在此基本框架的基础上进行扩展和变化。

图1 系统框架结构图

软件平台选型

系统选择ESRI公司的ArcGIS平台作为进行化粪池空间数据管理、Web应用等的平台，需要采购ArcGIS平台的ArcGIS Server-Enterprise-Stantard和ArcEditor两个产品。ArcGIS Server-Enterprise-Stantard用于服务器端实现图形数据访问服务，实现Web应用，ArcEditor是桌面客户端软件的运行支持包。

数据库平台采用ORACLE数据库作为数据管理平台，以满足系统数据量大、对数据库平台的性能、响应时间以及数据的安全性等要求。

Web发布平台本系统Web发布采用三层结构。为便于进行开发、部署和运行，本项目选择Tomcat作为Web发布平台。

数据建设

系统采用分层技术，将同类数据元素归纳提取到相同图层，建立相应图层数据结构。系统主要包括背景图层和污水专业图层两大类。

1 背景图分层信息

系统背景图层主要采用1：2000二维矢量地图数据和0.61米精度的卫星影像数据。

系统支持背景图采用不同比例尺，不同坐标系统的电子地图，经过专业处理后，各种不同比例地形图可以自动平滑衔接。

背景图层组中包括以下基本图层：地名、地物点、建筑物、铁路、道路（道路中心线、道路边线）、河流、绿地、行政区界、地面高程等。

2 污水专业分层信息

系统污水专业图层根据特点可进行如下分层：化粪池图层组、污水主干网图层组、进出口支管图层组、采样点图层组、车辆图层组以及系统各类专题图层组等。

图层配色参照污水行业相关标准，以化粪池为核心，其它背景颜色随化粪池的配色方案进行调整，突出显示化粪池所在点。

功能应用

本系统是以GIS为核心，同时包括GPS车辆定位管理系统、设备资产管理系统、污水处理自动化控制系统等多个系统有机整合的信息管理平台系统。主要功能如下：

⑴图形浏览功能：系统提供放大、缩小、漫游、全景、鹰眼、前景、后景、历史视图等基本图形浏览功能，如图2所示。

图2 图形浏览

⑵化粪池基础数据查询：以GIS系统为平台通过基层数据库的建立，可以查询城市范围内所有化粪池的地点、容积、类型、尺寸、材料等属性信息。

⑶化粪池归属区域查询：通过鼠标选定或框选可以查询到选定区域内化粪池所有信息。

⑷化粪池图形信息查询：化粪池清掏前后实际照片以图片的形式存储在数据库中，通过时间、地点、编号的方式可以查询到所有化粪池清掏图片。

⑸化粪池专题图查询：依据选定化粪池的属性值，生成点值专题图、柱状图、饼状图等。如表1所示。

表1 化粪池所在地理位置

⑹化粪池建设容积推荐：根据化粪池负责区域的房屋密集度和化粪池负责的区域范围做化粪池类型、容积设计推荐，用户输入房屋数量系统自动为用户设计推荐化粪池容量与规格。

⑺化粪池清掏周期报警：系统应该具备化粪池清掏周期预报警功能，动态安排车辆进行清掏工作。如图3所示。

图3 化粪池清掏周期排序

⑻化粪池溢流预判断：通过暴雨季节人员对城市定点水质的测量数据，分析大致本次降雨导致溢流的化粪池的数量和大体位置。

⑼化粪池雨季提前清掏：通过运行经验在每年烟台市暴雨多发时期，可以进行相应化粪池的提前清掏，降低对城市环境的污染。

⑽真空吸粪车的定位：通过车载GPS系统与GIS系统的结合实现车辆的动态定位，实时查看每台车辆的运行情况。

⑾车辆工作任务派发：系统在每天早上设定时间前自动计算，本日派出的工作车数量和工作地点，通过GPS通讯的方式发送到车载GPS终端设备上。

⑿车辆行驶路线优化：系统根据电子地图自动优化车辆行使路线，动态为最近车辆分派临时任务。如图4所示。

图4 车辆监控调度

⒀GPS终端基本功能：报警求助、防盗、语音通讯、短信收发、轨迹回放、里程统计、网上查车等。

⒁车辆管理基本功能：维修记录、投保记录、年审记录、事故记录、违章记录、投诉记录、出车记录、费用支出、收入记录、油耗记录等。

⒂清掏物处理监测：通过化粪池清掏物进入污水处理厂数量的多少计量和污水处理厂水质变化情况比较，总结清掏物的最佳处置方案，形成系统特性分析曲线。

⒃环境整治效果分析：通过城区重要监测点数据采集，总结每年化粪池清掏工作对城市环境保护的作用，形成月年比较分析棒图。

系统具有实时、快速、安全、可靠、易于扩展和先进性等特点，具备清晰、直观、大容量的地理信息的支持能力，从而使空间信息与文本、图表、图片、视频等多媒体信息有机的结合起来，使系统能够及时地提供各种综合信息和服务，达到辅助指挥与决策目的。

结论

综上所述, 将地理信息技术应用于污水处理辅助决策，可使污水企业的监控调度、生产管理水平上升到一个更高的层次, 并可以使基础信息与管理信息以及监测信息以可视化的图形、图像方式呈现给决策管理人员, 提高工作效率。山东省烟台市GEF化粪池示范工程信息管理项目通过对化粪池进行有效利用和管理，改善公共卫生，减少陆源污染排放，提高黄渤海水域的环境质量。

项目的成功实施对烟台市的未来具有重要作用，将产生巨大的环境效益、经济效益和社会效益；通过本项目的实施河流与海洋水域环境明显改善：目前该项目服务区域内仅粪便污水向海洋排入BOD5污染物已经由1017吨/年降到项目实施后的766吨/年，消减比例达到25％，排入水体的污染物大幅度减少，只烟台芝罘区东部和莱山区海域因海水水质提高所带来的旅游和养殖效益就达到近亿元人民币。通过该项目的成功经验，烟台市已成为化粪池最佳管理模式的典范，并计划将其成功经验在全省及全国范围内进行推广。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“基于ArcGIS的城市化粪池信息管理系统建设”，作者为侯春兴、靳丽等。）