（工程力学专业论文）基于GIS的地下管网管理系统开发与应用.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 城市地下管网是城市的重要基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础。 但是由于历史的种种原因，城市现有的地下管网系统的资料残缺不全；图档管 理手段落后；查询转绘等工作效率低；图档的更新不及时，遗漏、破损、老化、 信息重复等问题较多；特别是数据采集跟不上城市的发展，“现状”反映滞后； 有些资料精度不高或与现状严重不符。在建设施工时，时常发生挖断或挖坏的 现象，造成了停气、停水、污水四溢等严重事故。特别是在紧急灾害发生时， 不能及时准确的提供多种管线资料，造成调度、指挥、决策迟缓。另外，以前 的地下管网的资料是以图纸、图表等形式记录保存，多采用人工方式管理，效 率低下。随着我国经济建设的迅速发展，城市交通、建筑、地下管网等基础设 施成倍增长，城市规模日益扩大。给城市地下管线设施的规划、建设和管理提 出了越来越高的要求。 近几年来，地理信息系统无论是在理论上还是应用上都处在一个飞速发展 的阶段。g i s 已经应用于多个领域的建模和决策支持；”数字地球”概念的提出， 更迸一步推动了作为其技术支撑的g i s 的发展。本文正是在这种情况下，以系 统科学理论为指导，综合运用信息学、计算机科学、地图学、测量学等多学科 知识，通过对地下管网( 包括给水、排水、电力、电信、燃气、热力、有线电视、 公安监控线路等) 的研究与分析，开发了山东大学地下管网信息管理系统。 山东大学地下管网信息管理系统是基于m a p i n f o 平台上开发的地下管 网信息管理系统软件。是g i g 技术在地下管网领域内的工程应用，是为城市地 下管网管理而设计的。它利用先进的o r a c l e 空间数据库技术、遗传算法组合优 化理论，以城市管网设备图为背景，实现城市管网的可视化计算机管理。为城 市建设部门进行管网规划、管网改造提供工程管理、管网文件管理、系统维护、 管网数据入库、管线分析、信息查询、历史备忘等决策支持；实现数据可视化、 信息地图化，能灵活进行各类管线信息的输入、管理和查询：实现了6 i s 技术 和信息系统理论的有机结合。系统在开发过程中还集中运用多种现代化技术， 以可靠、实用、安全、经济和方便扩展为原则，实现了地下管网图形管理、空 间查询和空间分析等功能。对于基于6 i s 的其它管理系统软件的开发与应用， 具有重要的指导意义。 关键词：地理信息系统；数字地图：空间信息：属性信息；地下管网； 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i o n t h em u n i c i p a lu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ki st h ei m p o r t a n ti n f r a s t r u c t u r e ，w h i c h i st h em u n i c i p a lm a t e d a lf o u n d a t i o nf o re x i s t e n c ea n dd e v e l o p m e n t b e c a u s eo f v a r i o u sh i s t o r i c a lr e a s o n s ，t h ee x i s t i n gd a t ao ft h em u n i c i p a lu n d e r g r o u n dp i p e n e t w o r ks y s t e mi si n c o m p l e t e t h em a n a g e m e n tm e a n so fd i a g r a m sa n df i l e sf a l l b e h i n d t h ee f f i c i e n c yo fs e a r c h i n ga n dp a i n t i n gd i a g r a m sa n df l i e se r ei sl o w t h e r e n e w a lo ft h ed i a g r a m sa n df i l e sc a n tb eo b t a i n e dq u i c k l ya n di nt i m e a l s ot h e r e a r eal o tp r o b l e m s f o re x a m p l e , t h ed i a g r a m sa n df i l e sa r el e a v e do u t ，d a m a g e d , a n d a g i n g i n f o r m a t i o na r er e p e a t e de t c e s p e c i a l l y , t h ed a t ac o l l e c t e dc a l ln o tk e 印u p w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em u n i c i p a l ，a n dt h er e f l e c t i o no ft h ep r e s e n tc o n d i t i o n g e t sb e h i n d a l lo ft h e s ec a u s ed a t ai m p r e c i s eo rn o ta g r e ew i t hp r e s e n tc o n d i t i o n s e r i o u s l y t h i sf u r t h e rr e s u l t si nd i g g i n gt ob r e a ko rd i g g i n gb a d l yu n d e rc o n s t r u c t i o n , s t o p p i n gg a s ，s t o p p i n gw a t e rs u p p l ya n ds t o p p i n gh e a t i n ga n dm a k i n gd i r t yw a t e r o v e r f l o w i n ge t c w h e nt h eu r g e md i s a s t e rl a k e sp l a c e ，i ti sa l s oi m p o s s i b l et op r o v i d e v a r i o u sp i p e l i n ed a t aa c c u r a t e l yi nt i m e ，w h i c hw i l lr e s u l ti nt h ed i l a t o r i n e s so f t r a n s l a t i n g ，c o m m a n d i n g ，t h ed e c i s i o nm a k i n g m o r e o v e r ，a i lt h ep a s t d a t ao f u n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ka r ek e ：p ti nf o r mo fr e c o r d s ，s u c ha sd i a g r a mp a p e ra n d c h a r te t c m o s to ft h e ma r cm a n a g e db ym a n u a l ，a n dt h ee f f i c i e n c yi sl o w a l o n g w i t ht h eq u i c kd e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i co fo u rc o u n t r y , t h ei n f r a s t r u c t u r e 。s u c h a sm u n i c i p a lt r a n s p o r t a t i o n , b u i l d i n g ，a n du n d e r g r o u n dp i p en e t w o r k , a r ei n c r e a s i n g d o u b l y , a n dt h es c a l eo ft h ec i t i e se x t e n d si n c r e a s i n g l y i tp u t sf o r w a r dam o r ea n d m o r eh i g hr e q u e s tt ot h ep r o g r a m m i n g ，c o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n to ft h e m u n i c i p a lu n d e r g r o u n dp i p e l i n ef a c i l i t i e s i nt h el a s tf e wy e a r s ，t h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i sp l a c e di na s t a g et h a tf l i e st od e v e l o pi nt h e o r ya n da p p l i c a t i o n o i sh a sb e e na p p l i e di ns e v e r a l f i e l d so n m o d e l i n g a n d d e c i s i o n m a k i n g ；“d i g i t a le a r t h ”c o n c e p t i s p u t f o r w a r d w h i c hf u r t h e rp u s h e st h ed e v e l o p m e n to fg i sa si t st e c h n i q u es u p p o r t e x a c t l yi nt h i sc 嬲et h et h e s i s t a k i n gt h es y s t e ms c i e n c et h e o r i e sa st h eg u i d e ； s t u d i e sm a n ya c a d e m i c sk n o w l e d g es u c ha st h ei n f o r m a t i c s ，t h ec o m p u t e rs c i e n c e ， t h ec a r t o l o g y , s u r v e y i n ge r e a n a l y s e sa n dr e s e a r c h e st h eu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r k ( i n c l u d i n gw a t e rs u p p l y , d r a i n ，t h ee l e c t r i cp o w e r , t e l e c o m m u n i c a t i o n , c o m b u s t i o n g a s ，t h et h e r m o d y n a m i ce n e r g y , t h ec a b l e dz 铲，p u b l i cs e c u r i t yo f f i c i a ls u p e r v i s e a n dc o n t r o lc i r c u i te t c ) ；d e v e l o p e dt h es h a n d o n gu n i v e r s i t ym a n a g e m e n ts y s t e mo f t h eu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ki n f o r m a t i o n t h eu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ki n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fs h a n d o n g 山东大学硕士学位论文 u n i v e r s i t y ( s d u p l g i s ) i st h eu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ki n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e ms o f t w a r et h a td e v e l o p e da c c o r d i n gt ot h ef o u n d a t i o no ft h em a p i n f oa n dt h e m a p g i sp l a t f o r m i ta p p l ye n g i n e e r i n gu s i n gt h eg i st e c h n i q u ei nt h ed o m a i no f u n d e r g r o u n dp i p en e t w o r kr e a l m ，i sd e s i g n e dj u s tf o rt h em u n i c i p a lu n d e r g r o u n d p i p en e t w o r km a n a g e m e n t i tm a k e su s eo ft h ea d v a n c e do r a c l es p a t i a ld a t a b a s e t e c h n i q u ea n dg e n e t i ca r i t h m e t i cc o m p o u n do p 6 m i z e dt h e o r y , 嘶t ht h ec h a r to f m u n i c i p a lu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ke q u i p m e n t sf o rb a c k g r o u n d ，t oa c t u a l i z et h e m u n i c i p a lu n d e r g r o u n dp i p en e t w o r kv i d e oc o m p u t e rm a n a g e m e n t i ts u p p l i e s d e c i s i o n - m a k i n gi n f o r m a t i o nj u s tl i k ep r o j e c tm a n a g e m e n t ，p i p en e t w o r kd o c u m e n t m a n a g e m e n t , t h es y s t e mm a i n t e n a n c e ，p i p en e t w o r kd a t as t o r ei nw a r e h o u s e ， p i p e l i n ea n a l y s i s ，i n f o r m a t i o nq u e r y , h i s t o r ym e m o i r ef o rm u n i c i p a lu n d e r g r o u n d c o n s t r u c td e p a r t m e n ti nt h ep r o c e s so f p i p en e t w o r kp r o g r a m m i n ga n dr e c o n s t r u c t i n g i tm a k e sd a t av i e w a b l ea n di n f o r m a t i o nm a p p e dc o m et r u e ，a n dm a k e si n p u t , m a n a g e m e n ta n dq u e r yo fe a c hk i n do fi m p o r t a n tp i p e l i n ei n f o r m a t i o nv i v i d i t c a r r i e so u tt h eg i st e c h n i q u ea n dt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mt h e o r i e so fo r g a n i c c o m b i n e t h es y s t e mf u r t h e rn l a k eu s eo fv a r i o u sm o d e mt e c h n i q u e sd u r i n gt h e p e r i o do fd e v e l o p 州t hc r e d i b i l i t y ，a c t u a l ，s a f e t y ，e c o n o m ya n de x p e d i t i o nf o r p r i n c i p l e , a n dc a r r i e so u tm a n yf u n c t i o n ss u c ha su n d e r g r o u n dp i p en e t w o r ks k e t c h m a n a g e m e n t ，t h es p a c es e a r c ha n da n a l y z ee t c t h i st h e s i sh a si m p o r t a n ti n s t r u c t i o n m e a n i n gf o rt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h e ( 3 i si no t h e rm a n a g e m e n t s y s t e ms o r w a r e k e y w o r d s ：g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e m ；n u m e r i c a l m a p ；s p a c e i n f o r m a t i o n ；a t t r i b u t ei n f o r m a t i o n ：u n d e r g r o u n dp i p en e t w o r k ； i h 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：多登丕日期：2 巫点彰 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：敬导师签名：论文作者签名：型雠导师签名： 日 山东大学硕士学位论文 0 前言 0 1 文献综述 地下管网信息管理系统属于测绘科学技术领域中的地理信息系统，其相关 学科是计算机科学技术领域中的软件开发与应用。其主要内容：是基于m a p i n f o 平台基础上开发的地下管网地理信息系统管理软件，是g i s 技术在地下管网领 域内的工程应用，是专为城市或区域性地下管网管理而设计的。其中包括两部 分：一是地下管网的探测、测绘与自动成图技术；二是地下管网管理系统的设 计与开发，包括系统设计，数据库设计，用户界面设计及应用模型设计等。 近几年来，地理信息系统( g i s ) 无论是在理论上还是在应用上都处在一个 飞速发展的阶段。g i s 已应用于多个领域的建模和决策支持；“数字地球”概念 的提出，更进一步推动了作为其技术支撑的g i s 的发展。与此同时，一些学者 也致力于相关的理论研究，如空间感知、空间数据误差、空间关系的形式化等。 这恰好说明了地理信息系统作为应用技术和学科的两个方面，并且这两个方面 构成了相互促进的发展过程。 g i s 是用来管理、分析空间数据的信息系统，使用空间数据和空间信息的部 门都能用g i s 技术。由于各个部门的不同，g i s 在具体应用系统中所占的比重、 应用方式也各异，目前结合比较紧密的如城市规划、城市建设管理、农业气候 区划、大气污染监测、道路交通管理、地震灾害和损失估算、水资源监测与治 理等领域。尤其是在城市规划和建设管理中，可以应用g i s 的方面非常多，如 土地、道路、环境、人口等要素都可以通过地理信息系统进行管理，并且已经 形成了专业的g i s 工具。但是，在地下管网信息管理中，g i s 的应用在国内外还 较少，没有合适的应用软件。 在城市管理中，可应用g i s 的方面非常多，但是目前形成了应用于专门领 域的g i s 工具的主要有：土地信息系统( l i s ，l a n di n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和 自动制图及设施管理( a m f m a u t o m a t i cm a p p i n g m a n a g e m e n t ) ，前者侧重于管 理地块的位置、面积、权属以及地藉的动态变化；后者则主要侧重于对电力、 通讯等设施的管理和分析、制图。 在农业气候区划方面，中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目 的目的是：采用新技术、新方法、新资料，开发“农业气候区划信息系统( a c d i s ， a g r i c u l t u r e c l i m a t ed i s t r i b u t e di n f o r m a t i o ns y s t e m ) ”软件，建立气候 资源开发利用和保护监测系统，实行资源平面与立体，时间与空间全方位优化 配置；发挥区域气候优势，提高资源开发的总体效益。同时，g i s 也广泛地应用 于大气污染监测管理、道路交通管理、地震灾害和损失估计、医疗卫生、军事 等各个领域。 山东大学硕士学位论文 但是，m a p i n f o 作为地下管网管理系统的开发与应用，才刚刚起步。尤其是 山东大学的地下管网信息管理系统的开发还没有开始，甚至山东大学六个校区 的电子地图还没有形成一个完整的版图。基于此我们才致力于此项目的开发与 应用，完成这项任务也是我们土建与水利学院义不容辞的责任。 0 2 引言 城市地下各类管线是一个城市重要的基础设施，也是城市赖以生存和发展 的物质基础，但是由于多方面的原因，城市现有地下各类专业管线的资料残缺 不全，且资料精度不高或与现状严重不符，造成在建设施工中时常发生挖断或 挖坏地下管线，造成停气、停水、停暖、污水四溢等严重事故。另外，现有的 地下专业管网的资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理，效 率低下。随着当今时代和科学技术的发展，城市的现代化步伐日趋加快，城市 建设、管理、和发展的矛盾则日益突出。城市地下管网是一个纵横交错的巨大 网络，具有十分复杂的空间和非空间属性。由于城市管网的空间关系较为复杂， 加之各类管线分属不同部门，因此，这种人工管理模式不能很好地反映各种管 线的基本特征、属性和联系。目前，有相当一部分城市，地下管线的管理工作 还处于无序的管理状态，与城市建设速度相比，管理严重落后，事故经常发生。 不仅严重地影响到人民的生活质量和生命安全，同时也影响了经济建设和国防 建设的正常进行。随着计算机技术的发展，近年来出现了一些综合地下管线信 息系统。如利用c a d 辅助制图技术开发管线图形子系统，如o r a c l e ，a c c e s s ，s q l s e r v e r 等管理属性数据，它利用c a d 本身的a s e 功能，使管线图形和属性连接， 从而实现管线图形与属性的互查。但这种管线信息管理系统，没有拓扑关系， 无空间分析功能，不能为管线的设计、施工提供辅助分析的功能，也不能提供 辅助决策功能，是一种静态的管理，己不能适应目前的发展需要。g i s 技术的发 展，特别是g i s 系统在各个领域的推广应用，给管理部门带来了机遇和挑战。 g i s 系统应用的基础是带拓扑关系的地形实体要素和管线实体要素，由于存 在拓扑关系，因此可进行空间查询和空间分析等。因此g i s 系统更适用于地形 图、综合管线图的应用与管理，并且将地下管网信息与城市基础地理信息融合 在一起，建立各种应用模型，如城市给水管网可靠性分析模型、城市污水管网 流量设计模型、可行性管径优化设计模型等，实现信息共享，为城市的规划、 建设和管理服务，是城市地下管网信息管理的目标和发展趋势。山东大学地下 管网信息管理系统正是在上述背景下提出开发与应用的。 2 山东大学硕士学位论文 1绪论 1 1 地理信息系统简介 地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 可简单定义为 用于采集、模拟、处理、检查，分析和表达地理空间数据的计算机信息系统， 是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种功能。起源于2 0 世纪6 0 年代， 作为有关空间数据管理、空间信息分析及其传播的计算机系统，在其3 0 多年的 发展历程中已经取得了很大成就，并广泛地应用于土地利用、资源管理、环境 监测，交通运输、城市规划、经济建设以及政府各职能部门。 地理信息系统作为传统学科( 如地理学、地图学和测量学) 与现代科学技 术( 如遥感技术、计算机科学等) 相结合的产物，正在逐步发展成为一门处理 空间数据的现代化综合性学科。g o o d c h i l d 于1 9 9 2 年提出了地理信息科学 ( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns c i e n c e ) 的概念。地理信息科学的提出是地理 信息系统的技术及其应用发展到一个相当水平后的必然要求，它是人门不再满 足于仅仅利用计算机技术来对地理信息进行可视化表达及其空间查询，而且要 强调地理信息系统的空间分析和模拟能力；它在注重地理信息技术发展的同时， 还注重到了与地理数据、地理信息有关的其他一些理论问题。地理信息系统已 经不仅仅局限于研究物质流与能量流的信息载体，而且还包括研究地学信息流 程的动力学机理与时空特征、地学信息传输机理及其不确定性( 多解) 与可预 见性等。 2 1 世纪是科学与技术一体化的信息时代，随着遥感技术( r s ) 、全球定位系 统( g p s ) 、因特网和地理信息系统( g i s ) 等现代信息技术之间的相互渗透，逐 渐形成了以地理信息系统为核心的集成化的技术系统，这是从更高层次上提出 了对于支撑和指导这一集成化技术系统的技术及其应用方法的地理空间基础理 论的研究，只有完善的技术体系和完备的科学理论相结合，2 1 世纪的地理信息 系统的科学基础方能更臻成熟。 1 2 地下管网信息管理系统的立项背景 近几年来，地理信息系统( g i s ) 无论是在理论上还是应用上都处在一个飞 速发展的阶段，g i s 已应用于多个领域的建模和决策支持。由于g i s 是用来管理、 分析空间数据的信息系统，所以几乎所有的使用空间数据和空间信息的部门都 可以应用g i s 。由于各个部门的不同，g i s 在具体业务系统中所占的比重、应用 方式也各异，目前结合比较紧密的如城市规划、城市建设管理、农业气候区划、 大气污染监测、道路交通管理、地震灾害和损失估算等领域。但是，城市地下 管网的信息管理领域中，g i s 的应用在国内外还很少，尤其是在高等院校的地下 管网的信息管理领域中，g i s 的应用尚处在探讨阶段，更没有合适的软件。目前， 3 山东大学硕士学位论文 急需要开发这样的g i s 系统，用于城市地下管网的信息化管理。 随着我国经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，经济建设也迅 速扩涨，城市交通、建筑等基础设施成倍增长，城市规模日益扩大，城市经济 活动日益加快，人口高度集中。与此同时，也给城市地下管线设施的规划、建 设和管理提出了越来越高的要求。但是在城市发展的沿革中，由于历史的种种 原因，各种管线( 给水、排水、电力、电信，燃气，热力，有线电视等) 的图 纸和档案繁多，或不完整或不准确；图档管理手段落后：查询转绘图档等工作 效率低下；图档的更新和归档不能做到迅速及时，遗漏、破损、老化、信息重 复等问题较多：特别是数据采集跟不上城市的发展，“现状”反映浠后；库存管 理信息资源利用率低，且不方便。更为严重的是，城市多种地下管线设施资料 的综合利用更加困难，从而造成某种地下管线施工时。屡屡发生管线的意外事 故；在紧急灾害发生时，更是无法同时准确的提供多种、多幅管线资料，进而 造成调度，指挥、决策迟缓；以致在城市地下管线设施管理中，直接或简接的 经济损失严重。 在新世纪的知识经济和信息时代，改变传统的管理手段和方式，采用现代 化高新技术的地理信息系统( g i s ) 、遥感技术( r s ) 、卫星定位技术( g p s ) 、计 算杌技术及相关的现代化高新技术，建立“城市地下管网信息管理系统”，用来 解决当前管理中存在的问题是很有必要的。尤其是山东大学，经过一百年的变 革与发展，各种地下管线纵横交叉、错纵复杂，目前很难找到一份完整的地下 管线施工竣工图，其它工程施工时，管线破坏或施工受阻的现象屡屡发生。漏 水、漏电现象接连不断，而紧急事件发生时，更是无法找到控制位置和事故发 生的地点。因此，在走向新世纪的知识经济和信息时代，改变传统的管理手段 和方式，采用现代化高新技术一一地理信息系统( g i s ) 、遥感技术( r s ) 、卫星 定位技术( g p s ) ，计算机技术及相关信息管理技术，建立山东大学地下管网 信息管理系统，用来解决当前生产管理中存在的问题是非常必要的。此项工作， 将有利于提高城市现代化管理水平，提高城市经济效益，辅助学校领导依据科 学手段和科学数据进行决策、指挥、管理( 特别是应付紧急突发事件) 。由此可 见，这项基础工作是功在当代，利在千秋，具有重大而深远的意义。 1 3 目前地下管网管理工作中存在的问题 1 3 1管线图纸资料不完整，管线的地面位置模糊不清 在城市发展的沿革中，由于历史的种种原因，各种管线( 给水、排水、电 力、电信、燃气、熟力、有线电视等) 的图纸和档案繁多，或不完整、不准确； 图档管理维护手段落后：查询、转绘图档等工作效率低：图档的更新和归档不 能作到迅速及时，遗漏、破损、老化、信息重复等问题较多；特别是数据采集 4 山东大学硕士学位论文 不能跟上城市的发展进程，”现状反映滞后：库存管理信息资源利用率低，且 不方便。更为严重的是，城市多种地下管线设施资料的综合利用更加困难，从 而造成某种地下管线施工时，屡屡发生管线的意外事故；在紧急灾害事件发生 时，更是无法同时准确的提供多种、多幅管线资料，进而造成调度、指挥、决 策迟缓：以致在城市地下管线设施管理中，直接和间接的经济损失严重。 1 3 2 图纸资料查询困难 由于图纸是在档案馆存放，图纸种类繁多，大量的图纸堆积如山，要想查 找一份图纸，需从大量的图纸堆中寻找，查找起来非常困难。而要查找一份数 据，就如大海捞针，即费时又费力。如果图纸丢失，所有的数据将无法查询。 1 3 3 竣工图不准确，时效性差 由于目前大部分的土木工程施工是“三边工程”，边勘察、边设计、边施工， 旋工结果与原设计图纸相差甚远，致使竣工图与设计图不同。而从目前的施工 情况来看，竣工图很少有人去测量，只是用原设计图来代替，从而导致竣工图 与实际情况相差很大。同时，随着城市的发展，改建和扩建时时进行，而竣工 图纸却是一成不变，从而使竣工图的时效性差，跟不上城市的发展。现在与将 来的城市规划、城市建设、城市管理都离不开竣工图。归档的图纸资料不准确。 一方面，图上标注的管线位置偏离实际数米，管线维修单位就会找不到管线， 无法作业；另一方面，有的施工单位在图上的“空白地带”施工，无意中挖坏 管线，那损失及责任都是巨大的。 1 3 4 管线资料管理的手段落后 在走向新世纪的知识经济和信息时代，改变传统的管理手段和方式，采用 现代化高新技术一一地理信息系统( g i s ) 、遥感技术( r s ) 、卫星定位技术( g p s ) 、 计算机技术及相关信息管理技术，建立城市地下管网信息管理系统，用来解 决当前生产管理中存在的问题是非常必要的。此项工作，将有利于提高城市现 代化管理水平，提高城市经济效益，辅助领导依据科学手段和科学数据进行决 策、指挥、管理( 特别是应付紧急突发事件) 。 1 3 5 图纸精度低、修改更新难度大 由于图纸修改更新难度大、周期长，时效性差，实际工作中往往采取增补 新图的方法，虽然在短期内解决了问题，但是造成了图纸数量激增，内容重复， 加大了图纸管理的难度，而且新图与原图之间的比例、坐标及精度等数据难以 保持一致，这就会出现有关资料精度不高或与现状不符，从而造成在建设施工 中时常发生挖断或挖坏地下管网，造成停气、停水、停暖、通信中断、污水四 溢等严重事故。 1 3 6 图纸资料使用价值低 山东大学硕士学位论文 由于识图困难，图纸之间的关系复杂，管理部门难以利用管网信息资源， 使其应用价值难以发挥。而且有些单位图纸与图中设备的数据没有有效联系的 手段，造成设备图形与属性数据分离的局面，管网数据主要依据调度人员凭经 验从枯燥的数据中获得，没有真正达到科学性和准确性。 1 3 7 应急能力差 紧急情况下的应变能力差，如发生爆管时，需要迅速提供准确的应关闭的 闸门和可能会影响到的范围，而图纸管理的方式显然难以做到。 以上情况表明，对管网采用计算机可视化管理势在必行。本课题针对现有 的管网管理系统存在的问题，以及管网管理的实际需求，建立管网的一体化存 储模型，将表示管网位置的空间信息和表示管网特征的属性信息存储在同一个 数据库中，从而实现管网信息录入、编辑和查询的自动化。当管网发生变化时， 管理人员可以使用系统的录入和编辑功能，对管网进行更新，其他人员通过系 统的查询功能，可以查看到最新的管网图，从而提高管网管理的效率，避免由 于图纸与现状不符，造成的挖断或挖坏管网的事故。同时，空间数据与属性数 据一体化的存储方法，也增强了系统空间查询的功能，能够实现各种基于空间 拓扑关系和基于属性信息的自动查询，提高管网系统查询的速度和准确性。随 着管网复杂程度的不断提高，和智能技术研究和应用的不断深入，对管网管理 系统的智能性也提出了更高的要求，地下管网管理系统不仅应该能够提供管网 信息的动态管理和显示的功能，还应该能够提供强大、有效的空间分析功能， 从而为管网规划、事故分析提供技术支持和决策分析手段。 1 4 地下管网信息管理系统开发的目的和意义 城市地下管网是城市建设的重要基础设施，城市地下管网资料是城市规划 建设和管理的基础资料。近年来，随着我国经济的发展，作为城市重要基础设 施的地下管网也越来越庞大、密集，其种类也越来越复杂，形成了地下管线错 综复杂、密如蛛网的局面。因此，掌握和保持科学、完整、准确、现实的地下 管网信息是进行城市规划、建设与管理的一项重要基础工作。制定城市地下管 网信息动态更新机制，建立科学、准确、完整的地下管网档案与信息管理系统， 以适应城市现代化建设与管理的需要已是刻不容缓的工作。城市地下管网信息 管理系统的开发与应用，正是根据这些现状协助管理部门实现管线成图与动态 管理而开发的。地下管网信息管理系统开发的目的： l 、对已有管线进行普查，建立完整的管线档案资料库； 2 、建立管线综合管理系统，提高管线的管理水平； 3 、为城市建设规划、管线维修、维护及时提供详细资料； 4 、为后续管线修补增加快速成图方法。 6 山东大学硕士学位论文 构建地下管网信息系统应充分利用g i s 提供的多源地理信息一体化管理能 力，空间查询、分析和辅助决策能力，重视地下管网数据的特点，紧密结合管 网管理的工作实际。一个运用g i s 技术建立起来的城市地下管网信息管理系统， 不仅能提供规划、决策所需要的各种综合地下管网图形( 某种管网的专题图，反 映各种综合管网空间关系的综合空间图，综合管网的纵横剖面图等) 、报表，而 且要具备分析功能( 计算图上综合管网长度、比较综合管网容量、空间查询、电 子规划等) ，还要有一定的超前性。城市发展速度明显加块，地下管网变更频繁， 管网管理方式、管理制度也应不断改进，城市地下管网信息管理系统就应具有 适当的弹性，能适应这种变化。城市地下管网信息管理系统是一种对空间信息 以数字形式进行采集、编辑处理，存储、组织和分析的计算机系统，由数据、 硬件、软件、应用四个部分组成，必须对四个部分进行科学合理的组织。在短 短的几年中，中国的g i s 走过了国外同行十几年所走的路，成就有目共睹。城 市地下管网信息管理系统，必将成为现代化管线“防灾”和“减灾”的重要技 术支持，对于现代化城市的可持续发展，具有重要的意义。 地下管网信息管理系统开发的意义： 1 地下管线是城市的重要基础设施，地下管线资料是城市规划建设和管理 的基础资料。 2 掌握和保持科学、完整、准确、现实的地下管线信息是进行城市规划、 建设与管理的一项重要基础工作。 3 制定管线信息动态更新机制，建立科学、准确、完整的地下管线档案与 信息管理系统，以适应城市建设与管理的需要。 4 城市地下管线是人们活动的命脉，任何时期，都应当重视地下管线信息 的管理。 5 用地下管线信息管理系统来管理管线信息具有无可替代的优越性和巨大 的应用前景 1 5 地下管网信息管理系统的主要内容 地下管网信息管理系统是基于m a p i n f o 平台的基础上开发的地下管网地理 信息系统管理软件，是g i s 技术在地下管网领域内的工程应用，其主要内容包 括两部分：一是地下管网的探测、测绘与自动成图技术；二是地下管网管理系 统的设计与开发，主要包括系统设计，数据库设计，用户界面设计及应用模型 设计等。 地下管网信息管理系统的开发与应用，是用图形和数字的方法管理地下各 种管线，其内涵是将地下管网的各种信息用可视化的虚拟方式，再现在计算机 终端而进行动态管理，其核心是数据和基于数据的服务。城市地下管网信息系 山东大学硕士学位论文 统，是采用在6 i s 平台的基础上进行集成二次开发，所选用的6 i s 平台为 m a p i n f o ，开发语言为v i s u a lb a s i c ，利用m a p i n f o 自带的二次开发语言m a p b a s i c 实现对m a p i n f o 的调用。选用m i c r o s o f ta c c e s s 作为数据库设计工具，将有关 地下管网的各种空间信息和属性信息载入数据库，再通过编程实现对数据库的 维护、修改、访问及分析。系统功能设计包括空间数据库和属性数据库的录入、 修改以及预处理；系统提供一般6 1 s 系统应具备的基本功能，并在此基础上进 行地下管网的图形信息与属性信息的双向查询。一个完备的地下管网信息管理 系统应具备如下一些基本功能： 1 地下管网的图形数据和属性数据快速入库功能。 2 图形数据分层、分区显示、输出、编辑功能。 3 属性数据和报表的生成。 4 图形数据和属性数据的相互检索与同步更新功能。 5 图库管理功能。 6 综合查询功能。 7 地下管网优化和运行调度功能。 8 地下管网维护和事故处理功能。 l o 地下管网工程规划功能。 1 1 地下管网工程辅助设计功能。 山东大学地下管网信息管理系统主要内容是：地下管网的信息管理，主要 提供工程管理、管线文件管理、系统维护、管线数据入库、管线分析、信息查 询、历史备忘等功能。能实现数据可视化、信息地图化，能灵活地进行各类管 线信息的输入、管理和查询，为规划、设计、施工等部门提供了准确可靠的地 下管线分析、走向、埋深等状态信息和专业属性信息。 本项目建立的山东大学地下管网信息管理系统，其主要功能：实现了数 字地形图成图方法的多样化，可以采用多种仪器和多种灵活的测绘技术构成数 字地图；实现了地下管网的探测、测绘与自动成图的新技术，其中包括：模拟 管网露头测量技术、电磁法管线探测技术等；在制图部分主要采用自主研发的 测量方法和可视化制图方法；在管网管理系统的设计与软件开发上，主要采用 基于元数据的线型转换技术，从而实现了线型的自动灵活转换；同时。本系统 还自主挖掘了基于d e m 的管网数据挖掘和任意管线的坡度计算；增加了删除管 线时的自动备份功能，这是国内其它相近的软件中没有的。 本项目不仅提供了先进的数据可视化、信息地图化的技术和基于6 i s 技术 及土木工程专业技术；同时还创新了采集、管理、更新、综合分析与处理管网 信息与管网规划的新技术。它采用全中文的界面，操作方便直观、性能卓越。 8 山东大学硕士学位论文 可管理海量的数据，响应速度快、空间查询分析能力强，在实用上和性能上具 有显著的优越性系统能提供工程管理、管网文件管理、系统维护、管网数据 入库、管网分析、信息查询、历史备份等功能。实现了地下管网信息的输入、 管理、查询，为规划、设计、施工等部门提供了可靠的地下管线分布、走向、 埋深等状态信息和专业属性信息。该系统还具有强大的地图处理功能、灵活的 管线分层技术，精确的三维图式操作；她形图建库及管理、管网信息输入，管 网图形编辑、信息查询、条件查询、区域检查、事故处理、立体查询、空间分 析、信息输出、统计分析、量算、标注、辅助规划、辅助设计等功能齐全。 2 地下管网信息管理系统需求分析 2 1 山东大学地下管网及管理现状 通过调研和分析，目前校园地下管网主要存在如下几个问题： 1 、地下管线资料不全 许多管线信息靠工作人员的记忆，即所谓：“活资料”，随着时光流逝，这 些“活资料”相继退离，以致造成管线资料不同程度的断线，这将给管网管理 带来更多的困难 2 、地下管线资料的现势性较差 随着