基于ArcGIS的排水管网在线监测与分析系统开发与应用
基于GIS的排水管道流量监测管理信息系统设计与实现——以山东省某市为例
收稿日期:2021-03-22 作者简介:戎亚芳(1980—),女,河北石家庄人,硕士,工程师,研究方向:城市空间信息化。
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戎亚芳 刘甲军 高涌等: 基于 G I S 的排水管道流量监测管理信息系统设计与实现——以山东省某市为例 2021年第 5 期
2.2 数据架构 本 项 目 数 据 库 按 数 据 来 源 由 基 础 空 间 地 理 数 据 、排 水基础数据及排水监测数据三部分组成 。基础空间地 理 数 据 库 包 括 基 础 地 形 数 据 、索 引 数 据 及 影 像 数 据 。本
系统 基 础 地形 数 据 采 用1∶5 0 0 全要 素 现 势地 形 库 并 利用 1∶1 0 0 0 正射 影 像 数据 作 为 分析 背 景 图; 索引 数 据 由图 幅 索引、道路索引、地名索引、基础索引组成, 用于海量数 据 快 速 索 引 及 定 位 。排 水 基 础 数 据 库 由 点 表 和 线 表 组 成, 包括各类管点、管线及附属设施的空间位置和几何 形状、属性信息, 以及要素间的空间关系和相关属性信 息 。排 水 监 测 数 据 库 由 排 水 管 网 监 测 数 据 、河 道 监 测 数 据及视频监控数据组成, 包括监测项标签属性及位置 信息、监测点信息、监测类型数据以及流量、水位等具体 监测物理测量值数据等。
m3/日。 1.2 智能监测站构成 智 能 监 测 站 主 要 由 数 据 采 集 设 备 、数 据 处 理 发 送 设
备、供电设备和设备箱组成, 设备之间通过电源线和数据 线连接。在监测点管道内部安装传感器流量监测仪和水 位监测仪, 实时获取污水的流量和水位高度; 管道流量监 测测控终端对传感器数据进行初步处理采集; 通信模块 多集成于采集器之中, 可以与各类通信供应商进行数据 传输, 通信商提供传输链路连接到服务器, 后台服务器将 数据进行存储; 根据监测点环境供电情况进行灵活的供 电选择, 市电、太阳能供电、蓄电池供电等; 河道排水口采 用视频监控设备对实时视频进行摄像、传输、控制、显示 和存储, 完成现场图像、视频等数据采集, 在实现排污点 数据监测的同时进行更为直观的排污点实时视频浏览和 排污点监控录像调用, 从业务上帮助相关部门有力地提 升监督能力和监管效率。
基于GIS管理的排水管网系统设计
基于GIS管理的排水管网系统设计随着城市化进程的加速，城市排水系统的建设与管理问题日益突出。
排水管网系统设计是城市基础设施建设中至关重要的一环，它直接影响着城市的环境卫生和居民的生活质量。
为了更有效地管理和运营城市的排水管网系统，很多城市已经开始采用基于地理信息系统（GIS）的管理模式，通过数字化技术对排水管网进行设计、运营和维护。
下面我们将深入探讨基于GIS管理的排水管网系统设计。
一、GIS在排水管网系统中的应用GIS是一种结合了地理位置信息和属性信息的数字化技术，它可以对地理空间信息进行管理、分析和展示。
在排水管网系统中，GIS可以用来管理管道的位置、直径、材质等属性信息，以及排水系统所在的地理环境、地形、土壤类型等空间信息。
通过GIS，我们可以实现对排水管网系统的全面管理和监控。
1. 管道的位置与属性信息管理利用GIS技术，可以将排水管道的位置信息与属性信息整合成空间数据库，实现对排水管网系统的统一管理。
管道的位置信息可以用来确定管道的走向和连接关系，而管道的属性信息则可以包括管道的直径、材质、使用年限等信息。
通过GIS系统，工作人员可以方便地查询到任意管道的位置和属性信息，了解管道的使用状况和维护需求，有利于排水系统的维护和管理。
2. 地理环境与空间信息分析排水管网系统的设计需要考虑到周边的地理环境和空间信息，例如地形、土地利用、降水情况等。
GIS可以对这些地理信息进行空间分析，帮助工程师更好地确定管道的走向和布置。
利用GIS技术还可以进行模拟分析，预测管道系统在不同降雨条件下的排水效果，为设计和改进排水系统提供科学依据。
3. 监控和应急管理排水管网系统的运营需要实时监控和应急处理能力。
通过GIS系统，可以实现对排水管道系统的远程监测和实时数据更新，及时掌握排水系统的运行状态。
一旦发生排水管道泄漏或堵塞等问题，GIS系统可以快速定位并派遣维修人员进行处理，最大限度地减少排水系统故障对城市的影响。
基于GIS技术的城市排水管网信息系统
地 理信 息系 统 （ ｅｇａ ｈｃＩｆｒ ａ ｏ ｙｔｍ， Ｇ ｏｒｐ ｉ ｎｏｍ ｔ ｎＳ ｓ ｉ ｅ
简 称 Ｇ Ｓ１作 为 获 取 、 处 理 、 管 理 和 分 析 地 理 空 Ｉ 间 数 据 的 重 要 工 具 、 技 术 和 学 科 ， 近 年 来 得 到 了
源合 理 配 置 等 ．最 终 为城 市 排 水 管 网资 源 进 行 有 效 、科 学地 综合 管理 提 供便利 的空 间信 息支 持 和地 理 空 间可视 化技术 服务平 台。
２ 区 排 水 数 字 化 管 理 系 统 需 求 与 分 析 ２１ 管 理 需 求 ．
广泛关 注和迅猛 发 展 。信息 与 信息 技术 作 为社 会经 济发 展 的战略 资源 和主 要生 产力 的 观点 已被人 们普
化辅 助分 析平 台 。
１ ＧＩ Ｓ技 术
接 甚至 可 以查 到 详细 的有关 植 被 、 动 物 、 人 口、 环境 等具 体信 息 城 市 排水 管 网 附属 资源相 关 信息
数据 （ 雨水 及 污水 篦 子 、 雨 水 及 污水 检查 井 、 雨
水 及污 水通 风井 、 雨水 及 污水 管线 等）大 多与地 理 空 间位置 分布 紧密 相关 。采 用 Ｇ Ｓ技术 能 够更加 直 Ｉ 观 、 有 效 地 对 这 些 资 源信 息 数 据 进 行 空 间 表 达 展
术 、 数 据库 技 术 为 基 础 ，借 助 Ｇ Ｓ技 术 空 间 可 视 Ｉ
化 、图形直 观化 的特 点 。提供 一个 安 全 可靠 、功 能 强 大 、界面 友好 、操 作简 便 的城 市排 水 管 网 ，实 现
基于ArcGIS平台的排水管网GIS系统开发
基于ArcGIS平台的排水管网GIS系统开发正先数码科技（深圳）有限公司一、 前言随着城市建设步伐的不断加快和城市规模的日益扩大，排水设施管理工作也日趋复杂，排水管网系统更加庞大，图形资料也越来越多，利用现代信息技术进行管网资源管理、空间分析与优化等工作，实现排水管网管理的现代化是已经是必然的趋势和选择。
排水管网GIS 系统是适应水务部门信息化建设的需要，从实用、简洁、灵活、高效的思想出发，以计算机、数据库技术为基础，借助GIS技术空间化、图形化的特点，提供一个安全可靠、功能强大、界面友好、操作简便的排水管网GIS管理工具，实现排水管网的规划设计、维护更新、查询统计、分析优化以及信息共享等功能，从而满足土地管理各项业务的要求和需要，提高工作效率。
二、 系统总体设计2.1系统体系架构排水管网GIS系统采用B/S/S体系和C/S/S体系相结合的复合型体系结构。
系统需要实现的功能包括管网数据编辑、维护、管理、空间分析等。
其中，由于C/S/S方式具有良好的交互性，能够满足对图形数据的大量操作和对系统响应时间的要求。
因此，基于系统安全性和速度要求，将管网数据的录入编辑功能放到C/S/S下实现。
除了数据的录入和编辑功能外，在C/S/S模式下的所有功能，在B/S/S模式中都予以实现， B/S/S模式采用.NET架构开发实现。
系统的逻辑结构图如下所表示：2.2系统运行环境系统的GIS开发平台采用ArcGIS平台。
其中，空间数据引擎选用ArcSDE，管理端软件选用ArcGIS，普通端软件选用MapObjects，空间信息发布软件选用ArcIMS。
系统的其它软件配置为：服务器操作系统选用Windows 2000 AD Server；客户端操作系统支持Microsoft Windows 2000/XP；数据库选用Oracle 9i；系统的网络与硬件结构图如下所表示：Web服务器数据网关服务器防火墙数据库服务器中心交换机内部用户内部用户互联网远程用户远程用户应用服务器打印机??绘图仪三、 系统功能介绍3.1基础地图数据管理基础地图管理提供电子地图的基本功能，包括图形的放大、缩小、漫游、图层管理、制图输出等功能。
基于GIS管理的排水管网系统设计
基于GIS管理的排水管网系统设计【摘要】本文介绍了基于GIS管理的排水管网系统设计，首先简要介绍了研究背景和研究意义，然后详细讨论了GIS在排水管网系统中的应用，排水管网系统设计原理，排水管网数据采集与处理，以及GIS技术在排水管网系统中的优势。
接着分析了排水管网系统设计流程，探讨了基于GIS管理的排水管网系统设计的实用性，并提出了未来发展方向。
最后总结了本文的主要观点和结论。
通过对GIS技术在排水管网系统中的应用和优势进行分析，该文章为排水系统的管理和设计提供了新思路和方法，有望在未来推动排水管网系统的建设和改进。
【关键词】关键词：排水管网系统、GIS管理、设计原理、数据采集、优势、流程、实用性、未来发展、总结1. 引言1.1 介绍排水管网系统是城市中重要的基础设施之一，起着排水、污水处理和防洪等重要作用。
随着城市化进程的加快，城市排水管网系统的规模和复杂度也在不断增加。
为了更好地管理和运行这些排水管网系统，GIS技术被广泛应用于排水管网系统的设计、管理和维护中。
GIS（地理信息系统）是一种集成了空间数据、属性数据和地图显示功能的计算机系统，在排水管网系统中，GIS可以帮助管理者实时监测管网的运行状态、及时发现问题并采取相应措施。
通过GIS技术，可以建立涵盖整个城市的数字模型，对管网进行精确的定位和管理。
本文将介绍基于GIS管理的排水管网系统设计，探讨GIS在排水管网系统中的应用、排水管网系统设计原理、排水管网数据采集与处理、GIS技术在排水管网系统中的优势以及排水管网系统设计流程。
通过本文的研究，可以更好地了解基于GIS管理的排水管网系统设计的实用性，及其未来的发展方向。
1.2 研究背景研究背景：目前，许多城市的排水管网系统设计和管理仍然采用传统的手工方式，存在管网信息不全面、数据不准确、更新困难等问题。
随着城市的快速发展和人口增长，对排水系统的需求也越来越大，传统的管理方法已经不能满足当前的需求。
基于GIS的城市排水管网数据处理与校验论文
硕士研究生学位论文题目基于GIS的城市排水管网数据处理与校验独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除了文中特别加以标注和致的地方外，论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出贡献的集体和个人均已在论文中作了明确的说明并表示了意。
研究生签名：日期：论文使用和授权说明本人完全了解大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文和论文电子版；允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
（的论文在解密后应遵循此规定）研究生签名：导师签名：日期：…………………………………………………………………本人及导师同意将学位论文提交至清华大学“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”进行电子和网络出版，并编入CNKI系列数据库，传播本学位论文的全部或部分容，同意按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。
研究生签名：导师签名：日期：摘要城市排水管网承担着城市污水排放、防洪排涝、城市污染河道的清水回补、河道水流的长距离输送、城市水资源的充分利用等任务，是城市重要的基础设施。
城市排水管网输送的生活污水和工业废水，是城市水环境的重要污染源。
因此，排水管网的规划、建设和科学管理对保护城市水环境具有十分重要的意义，而全面、准确和可靠的排水管网数据，是排水管网规划和管理的基础。
近年来，随着城市建设的飞速发展，排水管网的规模急剧增加。
目前，市已建有2700余公里的市政排水管网。
此外，经济开发区、呈贡新区、空港新城正在建设相应的排水管网。
按照城市排水总体规划，至2030年，市排水管线总长将达到5000公里。
2008年市规划局对市地下综合管线进行了全面的探测，主要包括排水、电力、煤气、供水等地下管线。
原始探测数据中包含有2740公里的市政排水管线，共包括17.25万个排水管点、16.88万根排水管线。
基于GIS管理的排水管网系统设计
基于GIS管理的排水管网系统设计一、引言随着城市化的进程加快，城市人口的增加和土地利用的加剧，城市排水管网系统的管理变得愈发复杂。
传统的排水管网管理方式已经难以满足城市规模和复杂度的要求。
基于GIS管理的排水管网系统设计成为了一种重要的解决途径。
GIS（地理信息系统）能够将空间数据和属性数据结合起来进行综合分析和管理，为排水管网的设计、建设和管理提供了新的思路和技术支持。
1. 数据集成传统的排水管网系统管理中，空间数据和属性数据是分开存储和管理的，导致了数据冗余、信息不一致等问题。
而GIS能够将空间数据和属性数据进行集成，使得管理更加高效和便捷。
2. 空间分析通过GIS的空间分析功能，可以对排水管网进行地理空间的分析和展示，帮助管理人员直观地了解管网的分布和布局情况，并做出合理的规划和决策。
3. 数据可视化GIS可以将排水管网的数据以图形的方式进行可视化展示，提高了数据的直观性和易理解性，方便管理人员进行数据的查看和分析。
4. 决策支持GIS的分析和可视化功能为管理人员提供了更多的决策支持，可以通过GIS对排水管网系统进行模拟和规划，为决策提供了重要的参考依据。
5. 动态管理传统的排水管网系统管理是静态的，缺乏对管网实时状态的监控和管理。
而基于GIS 的排水管网系统设计可以实现对排水管网实时状态的监测和管理，有效解决了传统管理方法的不足。
1. 数据采集技术数据采集是基于GIS的排水管网系统设计的关键技术之一。
通过空间数据采集仪器和软件，可以对排水管网进行全面、准确的数据采集，为后续的空间分析和管网建模提供数据支持。
4. 管网建模技术管网建模技术是基于GIS的排水管网系统设计的重要技术之一。
通过管网建模技术，可以对排水管网进行模拟和规划，为管网的设计和建设提供重要依据。
4. 突发事件响应基于GIS的排水管网系统设计可以通过空间分析和数据可视化技术，对排水管网系统进行快速响应，有效应对突发事件和灾害，提高了城市排水系统的应急处理能力。
基于 GIS 的排水管道检测数据管理系统设计与实现
据管理共享、 检测成果 输 出、 管道状 况评估及方 案规
划、 历 史数 据统筹 与辅助决 策方 面进 行功 能模 块设 计 ， 始终 基 于 Ｇ Ｉ Ｓ海量 数 据 管理 的基 本思 想 ， 进 行 系 统 的
２ 系统 框 架
２ ． １ 系统总体 架构
标准 之一 ， 在全 国各地掀起 了一股管道检测 的热 潮 。 然而， 管 道 检 测 成 果 数 据 以视 频 为 主 ， 数 据 量 以 Ｔ Ｂ计 ， 对 数据 处理 、 数据 管理 、 数据应 用 提 出 了很 大 的 挑 战 。地 理 信 息 系 统 （ Ｇ Ｉ Ｓ ） 拥 有 海 量 数 据 的处 理 能
据， 设计实现了基于 Ｇ Ｉ Ｓ 的管道检测数据管理系统， 并
作 为子 系统接入 《 赤 湾土地 房产 规划 辅助决 策 系统》 。
坍塌事故给市民造成 了极大的危害。以检测地面坍塌
为 目的的管线检测项 目在各 地广泛 开展 ， 再 加上各 大城
市逐渐将 管道检测 成 果作 为管 线施 工竣 工 测量 的重要
视 频数据 的管理与应 用， 从 城市空间信息管理 的角度 ， 设计并 实现管道检 测数据 的管理 系统， 并将其作为子 系统 ， 接入 现有城 市空间信 息管理 系统 ， 挖掘检 测数据 的深层信 息， 实现 综合 应用。 关键 词 ： 管道检测 ； Ｇ Ｉ Ｓ ； 数据管理 ； 城 市空间信 息管理 系统
力， 利用 Ｇ Ｉ Ｓ技 术 来 实现 管 道 检测 海 量数 据 的管 理 与
系统 设计 目的主 要是 完 成 数 据 采集 、 数 据 加 工处 理、 管 道缺 陷情 况评 级 、 海 量视 频 数 据管 理 、 综 合 开发 应用 ， 是 以管 道检测 视频数 据 和属性 数据 为数 据 基础 ，
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基于ArcGIS的排水管网在线监测与分析系统开发与应用2012-05-08 作者：毛楠聂新宇张志轶赵冬泉来源：北京清华城市规划设计研究院
1 引言
具体情随着城市的发展，城市地下排水管网建设迅速扩张，传统的纸图和经验式管理已经无法满足城市发展和排水系统现代化运营管理的需要。
地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）强大的空间分布可视化和海量信息存储管理能力，结合暴雨管理模型（Storm Water Management Model，简称SWMM）专业的排水系统水文水力分析优势，为城市排水管网高效运营和科学决策提供了有效工具。
同时，为了及时掌握管网运行状态，需要合理部署管道监测网络。
在国外，排水管道流量监测设备的发展已经有三十多年的历史，很多城市建立了流量监控网络，用于排污收费、入流入渗消除和溢流控制等。
如：美国马里兰州通过排水管网平台和排水管道流量监测以减少入流和入渗现象的发生；田纳西州诺克斯维尔市建立FlowAlert预警系统，用于监控液位变化以消除污水溢流的发生，该系统利用包含100台流量计的监控网络，指导了223处管道修复工程，减少了77%的合流制管网溢流（CSOs）和78%的污水管网溢流（SSOs）。
1990年，澳大利亚悉尼市建成了超过400台流量计的监测网络，有效的保证了悉尼的排水安全。
ArcGIS Engine是一个创建定制的GIS桌面应用程序的开发产品。
ArcGIS Engine包括构建ArcGIS产品ArcGIS Desktop和 ArcGIS Server的所有核心组件。
ArcGIS Engine 提供了COM、.NET和C++的应用程序编程接口(API)。
这些编程接口不仅包括了详细的文档，还包括一系列高层次的组件，使得编程人员能够较快的创建ArcGIS应用程序。
所以，排水管网在线监测与分析系统以ArcGIS为开发平台，集成排水管网模型，配合管道在线监测网络的合理部署，能够实现排水管网信息实时采集、动态监测和决策分析，不仅可以为管网应急事故处理处置、管网运行状态评估、运行调度和防洪决策等行为提供技术支持，还可以为排水模型的率定和验证提供数据支撑，实现模拟分析，从而大大提高城市排水设施的安全输配性、管理服务水平和效率，实现排水系统管理的科学化、智能化和联动性。
2 在线监测与分析系统设计开发
基于ArcGIS的排水管网在线监测与分析系统采用C/S结构，以满足对GIS图形数据的大量复杂操作和对系统响应时间的要求，系统逻辑结构如图1所示，管网实时运行数据由现场监测设备进行采集，通过无线或有线方式传至管网数据采集工作站，通过软件平台进行实时显示、控制、数据管理、数据存储等工作，并通过接口程序将实时数据存进管网运行数据服务器的数据库中。
根据管网运行数据库的监测数据，向相关部门分发相应的数据，更新频率可以根据程序具体使用要求设定。
管理调控人员由监控工作站软件系统通过调用管网运行数据服务器的实时数据库数据进行生产监控和管理工作。
系统主要包括监测信息实时查询显示、在线报警和数据统计分析等功能。
图 1排水管网在线监测与分析系统逻辑结构
2.1 管网监测信息实时查询显示
现场监测设备实时获取排水管网运行数据后，生成监控区域内管网运行信息动态监测画面。
为方便用户决策，系统设计了多种显示模式。
如运行监控模式显示监测管段的管道充满度、泵前液位等，如下图所示。
通过监测数据的地图显示，排水管理人员可实时监测管辖区域内管网系统的整体运行状态，为区域内泵站联合调度决策提供直观的依据，改变传统的单泵站本地控制对区域管网状态不能整体把握的局限性。
图 2排水管网在线监测数据实时显示界面
2.2在线报警
在线报警功能主要对实时监测的数据进行分析，对各类运行设备的运行状态进行自动判断，并将在线监控的数据与系统的预设标准进行对比分析，如果排水设施运行过程中的监测值超标及监测设备发生故障或监测数据缺失时，系统将自动发出报警信息，并以不同的警戒颜色显示，以提醒管理人员和相关部门对异常进行处理，从而保障城市排水系统安全稳定的运行。
图 3实时报警信息显示界面
报警分为管网风险报警和泵站运行报警。
当管道充满度或检查井液位达到警界阈值时，系统自动发出报警信息上传至监控中心，监控中心立即生成应急工单并自动启动GPRS短信功能，派发应急工单到相关工作人员手机，通知相关工作人员报警位置和警情，迅速启动应急预案，实施抢修。
现场人员处理后需将处理信息包括现场图片实时上传到监控中心，监控中心指挥人员需对处理情况进行审核。
系统会自动记录警情的处理情况及应急工单的状态。
2.3入流入渗统计分析
由于管道错接、地下水入渗等原因引发的过量入流入渗问题，不仅降低了管道系统的设计负荷，影响排水系统的正常功能，同时造成的系统溢流频率增加，污染负荷加重，成为困扰排水系统正常运作的顽疾。
监测技术是进行入流入渗诊断的重要措施之一。
入流入渗统计分析功能利用连续监测数据，通过分析监测点、监测点上下游间的水量水位关系，查找排水管网超负荷运行的原因，辅助决策制定。
基于监测区域连续监测，入流入渗统计分析功能可以实现旱季入流和降雨入流入渗分析。
归纳旱季入流的波动规律，分析旱流工况下运行异常。
将管网雨天排放的雨污水进行区分和量化，通过分析入流入渗的变化规律，从而判断管道破损、混接或非法排放情况。
入流入渗变化曲线如图 4所示。
图 4 排水管网降雨入流入渗分析界面
3 系统实施案例
在南方某市，通过安装管道流量、液位监测设备，以ArcGIS为平台开发排水管网在线监测与分析系统，增强了对地下排水管网运行状态的掌握。
该市基本实现了城区的主干管全覆盖，但是在管理上存在排水系统雨季水量冲击负荷较大、雨季水质偏差、雨季管网溢流风险较高、管网监测控制调度能力不够、管道运行维护管理科学性不高等问题。
通过前期现场调研和管网现状模拟分析，项目科学合理地设计和部署监测实施方案，从而使管网运营管理人员能够及时准确地掌握管道水力状况和整个区域的管网运行状态，实现泵站优化调度和污水系统协同控制。
基于ArcGIS的排水管网在线监测与分析系统的部署和实施在该城市排水管网运行管理过程中主要发挥了以下作用：（1）发现偷排漏排现象，并进行有效处理，保障污水厂稳定运行和受纳水体生态环境安全；（2）缩短应急响应时间，提高管理部门对管网突发事故的应急响应能力；（3）辅助科学决策，降低管网溢流量和溢流频率。
管理部门利用实时监测数据及时跟踪管网内水力状况，利用决策支持系统提供的科学依据，做出强排、泄洪等科学决策，减少污水溢流。
4 结语
随着城市基础设施建设的不断发展和排水管网运营管理难度的不断加大，专业化模型和排水管网监测网络在排水管网数字化管理过程中的重要作用日益显现。
基于GIS的排水管网在线监测与分析系统通过软硬结合的方式，实现了排水管网运行状态数据实时查看、管网运行调度分析和应急方案评估等功能，有助于管理人员及时发现偷排漏排现象，提高突发事故响应能力，降低管网溢流流量和频率，从而降低管网运行风险，提高城市排水管网运行管理的效率和科学性。
基于GIS的排水管网在线监测与分析系统的设计和开发为城市排水系统运营管理提供了一种全新的模式，该系统的应用和实施显著地提高了城市排水系统运营管理水平，有效地推动了城市信息化建设。