S21智慧水網基礎圖資建置及優化臺北自來水經驗談

第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談臺灣（臺北）臺北自來水事業處技術科黃騰宏股長男第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談黃騰宏摘要臺北自來水事業處（以下簡稱北水處）服務大臺北地區近400萬用戶供水，矢志提供質優量足的自來水資源。鑒此，自民國88年著手建置管線資料庫及相關業務應用系統，以資訊系統支援業務發展之需求，並以GIS開發自來水管線、閥栓設備管理為導向的應用系統，將近百年圖資導入電子化流程作業，整合市府地形圖、地籍圖及門牌號碼等外部資源，結合水費抄表資訊，建立自來水管線資訊管理系統，形成管網E化架構。歷經十數年，北水處在圖資蒐集、數化及應用系統開發已有深厚基礎，系統可擷取、分析資訊，供業務查詢、管理及規劃，成為處內、民間及政府各管線單位不可或缺的重要決策資訊，但資訊技術及應用層面與時俱進，近年新課題與技術著重在資料共享、地理資訊倉儲、雲端服務、即時便民、管網監控、業務資訊整合、防災決策、大數據分析等，北水處以宏觀的企圖心，冀望透過智慧水網搭配基礎圖資的重建，重新擬定未來整體資訊服務架構，使外內部顧客感到滿意，並伴隨智慧型手持裝置的發展及資訊技術進步，提供24小時全年無休的政府服務（UbiquitousGovernment），透過無障礙的網路服務，隨時隨地掌握全處自來水管網最新訊息，實行資訊彙編及研判，以高服務品質效率提昇城市競爭優勢，建構永續發展環境，成就為世界一流的自來水事業。面對不同的發展需求挑戰，北水處透過智慧水網，利用當代資訊科技與IOT（InternetofThings）物聯網串聯，蒐集供水管網大數據（水壓、水量、水質等）及整合地理資訊（GIS）等資料進行運算及智慧分析，以實現更優質的營運與管理，本文主要探討北水處智慧水網基礎圖資如何建置及優化，將現有的圖元（CAD圖檔及以地形圖幅為管理單元）關係，搭配測量資料及竣工圖進行重構，以GIS概念重新分成點、線、面的圖元圖層結構，以利後續的整合應用，且管網的資料庫結構，需符合水理分析資料格式，並確保資料有充足的信賴度。關鍵字智慧水網、物聯網、地理資訊系統（GIS）、水理分析第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談1.前言近年來氣候環境快速變遷，極端災害頻率增加，災害潛勢分析、早期預警、災害預防與管理等，均需透過資料蒐集、彙整、分析與應用。導入智慧管理技術來降低災害風險及提升水資源管理與使用效率，已為世界各國水資源政策新思維，臺北自來水事業處（以下簡稱北水處）服務大臺北地區近400萬用戶供水，矢志提供質優量足的自來水資源，透過智慧水網，利用當代資訊科技與IOT（InternetofThings）物聯網串聯，蒐集供水管網大數據（水壓、水量、水質等）及整合地理資訊（GIS）等資料進行運算及智慧分析，以實現更優質的營運與管理，本文主要探討北水處智慧水網基礎圖資如何建置及優化，將現有的圖元（CAD圖檔及以地形圖幅為管理單元）關係，搭配測量資料及竣工圖進行重構，以GIS概念重新分成點、線、面的圖元圖層結構，以利後續的整合應用，且管網的資料庫結構，需符合水理分析資料格式，並確保資料有充足的信賴度。2.現況說明與面臨課題為有效管理埋設於地下數千公里的管線及相關供水設備，北水處從以往人工繪製管線圖資時代，導入地理資訊系統(GIS)於管線工程全生命週期應用，至逐漸完成服務轄區管線圖資基礎，全面建立自來水管線基礎圖資，提供正確迅速之查詢、統計、分析，且持續整合處內外系統資源，強調深化且多元化之服務。面對不同的發展需求挑戰，北水處現行CAD/GIS圖台有多層次發展的複雜性，且管線圖資原建置過程係採示意方式呈現，面臨圖資不準及單機系統等瓶頸，另北水處GIS資料庫核心也是關鍵因素，原採「圖幅檔案」架構管理方式，無論從系統導向設計或組織應用導向架構，都很難擘劃一個吻合水處發展路徑。為此，計畫未來GIS資料庫改成「空間資料庫」管理，由於空間資料庫具有大量資料儲存、物件概念等優勢，可模擬呈現真實世界，故引入地理資料庫第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談作為空間資料存儲和管理引擎，已變得越來越普遍。市場可見空間資料庫有許多種，以北水處所採用的MSSQLSpatial為例，可以為ESRIArcGISServer所讀取，也可以為MicrostationBentleyMAP/AutoCADMap3D所使用，而其它GIS軟體或具空間分析能力之GIS軟體也能讀取，因此採用資料庫為規劃核心，再解決應用存取方式是可行。將空間與屬性資料全部儲存於資料庫管理系統中，因為所有資料可以集中於一個資料庫中進行管理，具有增加存取效率、安全性、資料版本、整合性、一致性等優勢，詳細比較如下表所示。3.推動方法因圖資及工程管理系統密切關係北水處日常業務推動，與為民服務品質息息相關，涉及「民眾用水安全」、「自來水專業」與「資訊專業」等領域，近年來資訊技術及軟體應用與時俱進，面臨資料共享、雲端服務、即時便民、管網監控等不同課題挑戰，為擴大GIS多元應用、支援決策及資料準確性，辦理「供水管網圖面管理運用發展」，以北水處組織架構及資訊現況為藍本，規劃自來水業務資訊服務整體架構，擴大GIS多元應用及整合服務，包含圖資供應服務、資產管理、供水管網即時監控、管汰計畫及計量區管理、防災應變對策管理及DataMining等，以作為北水處持續推動GIS資訊短中長程計畫。上述無論那個需求或目標，不可或缺角色就是自來水管網資料，因此規劃一個新的自來水管網資料庫應該符合下列的目標：一、符合管網（Link-NodeNetworking）資料庫結構。二、能抽離主要、次要管閥，也能區分使用中、歷史及現地遺留。三、能在資料庫中串聯相關物件，例如栓閥操作紀錄、施工計畫書等。四、能對資料有充足信賴度，資料精度來源或是尚末確認，需有說明。五、能在空間上下套疊不同資訊，也能註記不同訊息。北水處近期更參酌前委外辦理「供水管網圖面管理運用發展」案之成果，並綜整機關實際業務運作及應用需要，而辦理「擴大GIS多元運用及支援決策」案，主要內容包括：一、檢視北水處資料庫及作業流程，重新規劃完善標準作業規範：因應GIS資料特性、三維管線需求、竣工圖資測量及建檔需求，建立新作業規範，使第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談自來水管網資料符合GIS多元運用及決策支援，並能永續維運。二、先以示範區現有管線及工程資料庫為基礎，依據測量成果修繪相關管線及附屬設備位置，整理及建置示範區管線高程及空間資料庫後，再進行北水處全部轄區空間資料建置。三、因應繪圖平台改版及空間資料庫結構異動，重新開發、調整及增修供水設備管理系統及WebGIS系統各項功能模組，以符合北水處所需，並調整因圖台改版及資料庫異動所影響之相關系統及介接程式。四、建構管線及附屬設備空間資料庫，並重新規劃北水處引用及維護外單位圖資機制，提供更快速及多元之服務，並簡化資料查詢時間。五、建立機關工程維運管理雲平台，彙集及整合工程資訊內容，以做為決策參考使用。六、建立示範區自來水管網水理分析模型，提供緊急供應調配決策支援及評估承載能力。4.預計成效北水處積極推動創新應用及資訊系統建置，藉由導入資訊科技，整合自來水管線資料庫，藉由將轄管範圍內之自來水管線資訊釐正及檢視，並完成三維管線數位化建檔作業。在計畫完成後，北水處將與世界各大都市在作業資訊化、防救災反應即時化、管網分析系統化及在地作業行動化上，都可為世界一流自來水事業體及效仿對象，各項工作完成後預計成效如下一、多元運用面向1.支援水理分析運用透過管線調查、人手孔普查、檢視竣工圖等方式，查核圖資之正確性，提昇管線資訊之精確度與可信賴度。未來資料日益完整後，將使應用系統查第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談詢內容或水理分析結果更為正確，間接讓使用者信任系統，亦將使系統及資料庫維護作業形成正向循環，有助於自來水設施管理業務推動及管線資訊資源分享，進一步促進水資源永續發展。2.圖資讀取輕鬆便利GIS的優點是依類別分層及無圖幅（Seamless）概念，因此讀取上無需讀取多個圖檔，資料編修也無需依圖幅合併與切割，也可減少圖元間的不協調；另一個圖資讀取的便利性在行動化，使用者除在辦公室內，在戶外也可利用手機及平板電腦讀取管網圖及相關資料，結合GPS定位系統可以快掌握管網設施位置。3.同步更新效率提昇因應政府要求用人效率提昇，人員的精簡與人力資源分配是許多公私部門的共同課題，未來計畫完成後，可以簡化現有人員管網設計、用料計算、竣工圖繪製的時間，也去除過往CAD圖資另請人員登打資料之時程，間接減輕工程人員作業壓力及時程壓力。而透過線上作業管控，管理者也可以掌握各案進度與管網配設情形。4.水處資訊整合共享中央部會、臺北市及新北市已有地理倉儲系統，所提供的電子地圖、公共管線位置、門牌位置、正射影像都已提供線上服務，北水處採用新世代WebGIS軟體，可以介接上述最新資料，節省實體資料交換時程及存取空間。反之，北水處也可以透過相同平台散播資訊，例如：提供施工、停水資訊及消防栓點位等等，逹到利民便民服務。5.增進防救災功效藉由強化自來水管線位置圖資之有效應用與管理，促進管線設施汰舊更新，將可俾利天然或人為災害之預防、應變、救護與復原。同時避免因錯挖造成停水公安事件，提昇都市防護能力。擴大GIS多元應用，即使大型災害發生，也可面對即時大量、範圍分佈廣闊、災害多類型的應變處理，降低損失及快速復原。二、支援決策面向配合水質、淨水及供水監控模組，當有數據異常時，可即時於地圖顯示，結合追蹤分析，讓首長於系統上瞭解影響所及範圍，輔助首長決策，同時若有發生水壓不足時，亦可即時預警，供承辦單位立即派員至現地瞭解，立即降低風險。5.結語過去北水處因應分區限水困境、單一水源高供水風險問題，投資近296億元，用以增設與改善大臺北的自來水設施，建構提升管網防漏、推動家戶節水、提升淨水效能、建置雙線輸水備援及建構耐震防災系統等5層防護，來完善供水系統，並於104年啟動大臺北地區水價調整，深刻體認唯有回歸水價合理化，才能有多餘經費可以進行漏水改善與節水推動，讓水資源經營與管理達到永續。隨著漏水逐步控制，管網系統漸次更新，相對的管線基礎圖資建置也更加健全與完整，未來，北水處將引進智能管理概念，打造智慧水網。透過建置管網之監控點，結合大數據分析：包括建置自動讀表、管網配水流量、水壓資料第十二屆深港珠澳供水界學術交流會暨第十二屆海峽兩岸水質安全保障技術與管理研討會2_Management_黃騰宏_智慧水網基礎圖資建置及優化-臺北自來水經驗談載入模型，使用演算法校正模型精度，進行即時數據分析及管理，預先發現異常，提早處理，使管網管理上邁入嶄新境界。參考文獻1.臺北自來水事業處「擴大GIS多元運用及支援決策」工作計畫書，2017年8月。2.臺北自來水事業處「供水管網圖面管理運用發展」計畫總報告書，2015年5月。。3.臺北自來水事業處網頁()。4.臺北市政府資料開放平台（）。5.臺北市防災資訊網（）。作者簡