（市政工程专业论文）基于MapInfo技术排水管网地理信息系统的构建与应用.pdf

摘要 摘要 随嚣社会、经济的飞速发展，城市排水管网系统建设速魔加快，规模也随 之燕大，爝簧绞携手王管理方法邑缝难鞋滚足毒会豹发震需癸。嚣显夔毒诗露蕊 技术的飞速发展，数字化走进我们生活和工作的各个领域，数字地球和数字城市 逐渐被人们所接受，麟而城市排水镣网信息的数字化变得越来越重要。这就要求 一个栽够满是城枣鬟巅嚣f 、竣诗部门、建设部门霜管瑾部门瓣要懿瑗我亿瓣东 管网地理信息系统。 排水管网地理信息系统简称为( p s n e t g i s ) 怒以地理信息系统( g t s ) 技术为 基本程絮豹空趣信怠和菲空闯信怠祭成的系统，驭露向对象茅馥专监知识为蘩本思 想，应用现阶段g i s 热点处理技术。它以某市某区城市排水管网的图形数据和属 性数握l 乍为处理对象，零曩世赛上簸走进静桌嚣燎淫信息系统m a p i n f o7 5 终必 开发平台，利用其强脊力的二次开发语言m a p b a s i c 作为主要开发工具。它实现 了属性数据与空间数据的相互管理以及系统界面祷功能的设计与软件开发。 该系统戆实聚撵零餐瓣数据懿袋集录入彝爱瓣更薪功戆、蘸形壤辫、鹫溅藩 性查询功能、实体和属性互查功能、与a u t o c a d 数据之间的转换、统计功能、数 据库的浏览与修改、剖面图绘制功能。结合实际威用该功能提供了直观生动的报 表输密、霾形显示葵辘及帮羲功巍。 通过该系统可以凇确、迅速获得所需的排水管网信息，同时加快了数据的更 新周期，提高信息的共享程度。该系统的建立为城市排水管嘲的发展预测、瓶划 决策疆供了有效静警毽工其。同时魄丰富了数字城市内容，为城市的可持续发展 打下了坚实的基础，意义深远。 关键运g i s ；鬟 塞警鄹；m a p i n f o ：m a p b a s i c 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w 1 t ht h e h i g h s p e e dd e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y a n de c o n o m y u r b a n d r a i n p i p en e t w o r k sa r eb e i n gc o n s t r u c t e ds of r e q u e n t l ya n dg r e a t l yt h a tt h e t r a d i t i o n a lm a n u a lm e t h o dc a nh a r d l ym e e tt h ed e m a n d sf o rm a n a g e m e n to f u r b a nd r a i n p i p en e t w o r k s a st h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ta tah i g h s p e e d ，d i g i t i z a t i o n i s c o m i n gi n t ot h ef i e l d s o fo u rl i f ea n dw o r k ，w i t hd i g i t a l g l o b ea n dc i t yg r a d u a l l ya c c e p t e db yp e o p l e t h u st h ed i g i t i z a t i o no fd r a i n p i p e n e t w o r k si n f o r m a t i o ni sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t am o d e r nd r a i n p i p e n e t w o r k sg 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 mi sr e q u i r e dt om e e tt h en e e d so f c i t y p l a n n i n g p r o j e c t i n g ，c o n s t r u c t i n ga n dm a n a g i n gd e p a r t m e n t s t h e d r a i n p i p e n e t w o r k s g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m w h i c h a b b r e v i a t e sa s ( p s n e t g j s ) i sas y s t e mi n t e g r a t e dw i t hs p a c ea n dn o n - s p a c e i n f o r m a t i o no nt h eb a s i so fg 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 ) ，r e g a r d i n g f a c i n g t h e t a r g e t a n d p r o f e s s i o n a lk n o w l e d g e a st h eb a s i ct h o u g h t ，a n d a p p l y i n gg i sh o t s p o tt e c h n o l o g yo ft h ep r e s e n ts t a g e t h et a r g e ti t d e a l sw i t h i st h e f i g u r ea n d a t t r i b u t ed a t ao fd r a i n a g ep i p e l i n en e t w o r k si nac e r t a i nd i s t r i c t o fa c i t y a n d t h ed e v e l o p i n g p l a t f o r m i s m a p l n f o 7 5w h i c hi st h em o s t a d v a n c e dd e s k t o pg 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 mi nt h ew o r l d u s i n gi t s p o w e r f u ls e c o n d a r yd e v e l o p m e n tl a n g u a g em a p b a s i c a st h em a i nd e v e l o p i n g i n s t r u m e n t i th a sa c t u a l i z e dt h ed e s i g na n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n to ft h e m u t u a lm a n a g e m e n to fa t t r i b u t ea n ds p a c ed a t aa n ds y s t e m a t i ci n t e r f a c e t h es y s t e mc a nr e a l i z et h ed r a i n p i p en e t w o r k sd a t ao fc o l l e c t i o na n d r e c o r d a tt h es a m et i m e ，i tw i l lm e e tt h en e e do ft h eu p d a t i n gf u n c t i o n ，f i g u r e e d i t o r , t h ei n q u i r yf u n c t i o no fp i p e l i n en e t w o r k s ，t h em u t u a le n q u i r yo f t h e e n t i t y a n da t t r i b u t e ，t h ec o n v e r s i o nw i t ht h ea u t o c a dd a t a ，s t a t i s t i cf u n c t i o n ，t h e b r o w s ea n dm o d i f i c a t i o no ft h ed a t ab a s e ，a n dt h ea b i l i t yo ft h es e c t i o n p r o t r a c t i o n ，c o m b i n e d w i t ht h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，t h es y s t e m o f f e r st h e i n t u i t i o n a la n dv i v i df u n c t i o n ，f o re x a m p l e ，t h er e p o r to u t p u t ，t h ed i s p l a yo ft h e r e p o r t f o r m sa n do t h e rh e l p i n gf u n c t i o n s w ec a no b t a i nn e e d e di n f o r m a t i o no fd r a i n p i p en e t w o r k sa c c u r a t e l ya n d r a p i d l yt h r o u g ht h i ss y s t e m w h i l ea c c e l e r a t i n gt h eu p d a t i n gc y c l eo fd a t aa n d e n l a r g i n gt h es h a r i n ge x t e n to fi n f o r m a t i o n t h ee s t a b l i s h m e n t o ft h i ss y s t e m i i 摘要 h a so f f e r e da ne f f e c t i v em a n a g i n gt o o lf o rt h ed e v e l o p m e n t p r e d i c ta n dp l a n d e c i s i o ni nt h ec i t yd r a i n p i p en e t w o r k s b e s i d e s ，i th a se n r i c h e dt h ec o n t e n to f t h ed i g i t a lc i t y ，a n db u i l tas o l i df o u n d a t i o nf o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o f t h e c i t y i t sq u i t em e a n i n g f u lf o rt h ef u t u r e k e y w o r d s ：g i s ；d r a i n p i p en e t w o r k s ；m a p l n f o ：m a p b a s i c i l l 独剑性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指爵下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包禽其他 人已经发表或撰写过的研究成栗，氇不包含为获得j 京工业大学或其它教育规构 的学位贼证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何巅献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：苎i ：塾 日期： 关于论文使用授权的说明 跏毁上沙 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校商权 保磐送交论文静复印佟，竞许论文被查阕稆借瓣：学校可以公蠢论文鲍全部残嫠 分内容，可以采用影印、缩印或其能复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 繇聋二至新躲彝蔓眦丝趔 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 二十一世纪初期，随着信息化脚步的加快，社会各个行业的信息总量急剧 膨胀，围时，在全球裁区域城枣数字继鸵进程中，城市信息弱档寨管理基熬复杂， 对管理手段的要求也越来越高。管理者越来越清醒地认识到信息技术对市政管理 ( 篷括警隧管理) 怒着重大律磊，并且市致管阕零菇就是麓够逶过筑壤信惠系统来 篱理，很自然，霸照理信息系统( 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 ，g i s ) 就成 为市政管理工作鼹有力的工具。程地理信息系统的帮助下，我们不仅可啦方便的 获取、存健、管璞葶曩显示器转市政信塞，褥显还可双对域枣市政设施进行骞效豹 监测、分析、评价、模拟、预测等管理及研究工作，从而为城市市政设施管理提 供全蚕、及辩、穗确稳客躐的信纛驻务帮技术支终。 1 1 1 摊水管网管理的现状与夺在的问题 城市的排水管网是一个纵横交错的树状网络，尤其对于一个人口众多、市 政设旋建设项目繁多虽城市建设多头管瑗的大城市，管网的规模和复杂程度是难 以想象的( 1 】。以l 京市为铡，北京的总面积为1 6 ，8 0 0 k m 2 ，其中6 2 是出区，行政 医包括1 0 个区和8 个妊。九十年代初常住人口达一千多万，规划市区面积达 l ，0 6 0 k m 2 。在_ 遘去秘4 0 年串，建袋兹薪建筑达一亿丸予五虿万乎方来，这个鼗 字是建图初期北京市全部建筑面积的9 5 倍，城市基础设施也取得相应的发展， 各种逸下管线的干线长度絮计超过i 0 ，0 0 0 k m ，总点数超越5 0 万个，也就是近年 寒平均增长速度为4 0 0 k m ，嚣对如此援摸秘复杂稷瘦的地下迷富，别说管理，就 是把基本情况调焱清楚也是一件非常困难的事情。在过去几十年飘，限于当时的 象件，为了便予久工管瑾裙查诲，大部分灞绘管璎部门一焱溢震傻子城市主干遵 的管线资料整理成规划管线条图；将位于非主干道管线资料整理成管线方块图的 两套相结台的管瑗方法。前者按照道路号、管线号分类归档；后者按照圈幅号、 工程文 牛号分类麴档。这横豹管理办法在憋定戆琢壤秘条磐下，楚一秘行之有效 北京工业大学工学硕士学位论文 的管理办法。然丽这种管联办法，人为盼将完整静综合管黼分割成些条条和头 块，从藕分裂了它 f j 的内在联系，圆焉给蛰理者积朋户带来诸多不便。与现代化 计算机管璎相比，人工管理图纸和文本资料存在以下缺点2 j ： ( 1 ) 将餐嬲分孝l 农尼张鹫上，不缓予缀戏金属，壤不便豢渍警线弱来龙去稼。 ( 2 ) 管线的属性信息只有一部分濑过符号和标注反映在图纸上，其余大部分以 文本资料( 成果表和调查表) 的形式保存，麟而只褥图纸并不能获得它的会部信 息，若将熙纸与文本资料对照起来来看，既费时、赞工，又使人感萋g 难以掌握全 局。 ( 3 ) 爱转绞豹管瓒方法，菪要提藤查谗逮度，剐必须要求管理人煲熬悉瓷辩熬 存放位置，而且随麓资料的增多还需增加镎理人员。即使遗样，其套询速腱也无 法与计算枫相比。 ( 4 ) 存壤撼大。存储图纸掰占的空间要比存锗到磁盘上大的多，这是显聪易见 的。 ( 5 ) 难良豫存。囊予经常熬看图纸缓援 常茯，嚣虽宙予辉凌瀑发、湿液豹交 化造成图纸变形影响图纸的精度。这些都给后期图纸维护遄成很大的困难。 针对传统的管理方法所面临的蘑重困难，采用现代化的管理工基g i s 将 会愆刃葱瓣，因此建立撼水管嬲信息管理系统鹃工馋已经遮在厘睫。 排水繁网是市政设施的重要组成部分，时城市社会和缀济发展具有重要的影 响。传统鹃手工管矮模式与现代纯城市戆发震已不耱适应，无法警溪帮稠瘸这些 管网资料来创造更多的社会效益和经济效益，寻求新的技术来对排水管网进行科 学管理已经成为必然。计算机图形举和数掭库的发展和广泛应用，使得管网管理 承乎发生了艨兹飞跃，茏冀是集匿影警理( 空间售惑) 和数提痒管骥( 属性信息) 于一体的地理信息系统( g i s ) ，更是因其强大的数据处理、管理、分析、图形显 示驹能获褥了越来越多的疲褥，耩麓g i s 技术建立摊水管网管瑾僖惑系统强经成 为摊水管网管理的一个新豹发展趋势1 3 1 。 第1 苹绪论 1 1 - 2 基于g i s 的城市地理信息系统的特征 城市排水管网地理信息系统就是指利用地理信息系统( o i s ) 技术和其它专 业技术，采集、管理、更新、综合分析与处理城市地下管线的一种技术。从功能 上说，它应能快速提供现实性强、真实准确的地下管线信息，并能实现快速查询、 综合分析等操作，从而为城市的管理、发展预测、规划决策提供可靠的依据。同 时，它应不同于一个单纯的m i s ( 管理信息系统) 、d s s ( 决策支持系统) 、o a ( 办 公自动化系统) 等，而应是以上的结合。根据上述对城市排水管网信息系统的功 能要求，可归纳出该系统具有如下特征 4 】： ( 1 ) 需有效地实现对空间数据( 几何数据) 和非空间数据( 属性数据) 这两种不同 性质数据的操作、处理和管理。空间数据表示所描述特征的几何位置，非空数据 是对此位置特征属性的描述，两者有效的结合才能使g i s 功能得到发挥。 ( 2 ) 数据现实性要求高。随着城市的飞速发展，城市管线不断的延伸、调整、 城市规划和管理又要求数据具有较高的现实性。因此，城市管线对象的动态性， 使得数据的不完整性是城市管网信息系统的一个突出问题。 ( 3 ) 管网数据呈带状分布。作为建立城市地下管网信息系统的主要数据源的各 种管线一般是指公共区域的地下管线，按城市规划要求，管线应尽量埋在城市道 路或小区道路红线以内；同时，只布设至各企业单位门口；管网图采用分幅带状 形式制作，一般与已有地形图比例尺带状地形图作为底图输入。 ( 4 ) 逻辑关系明确，属性检查有据。作为肩负城市信息、能量传输和废物排泄 的地下管网系统，它虽隐匿于地下，却按照自身的内在规律，不停运作以保证城 市各项功能正常运转。这种内在规律即城市规划及城市施工规范对城市管网布 设、施工的要求：在城市地下管网信息系统中这些逻辑关系理应得到反映。立体 三维现实、表示、分析困难。地下管网信息不但数据量大，内容复杂，更有地下 层层叠加的特点。常在地下上、下交叉多层，每层铺设多根各类型关系形成纵横 交错的地下管线立体空间。目前普遍使用的二维g i s 技术，是采用地下( 或地上 架空) 数据投影至地表，再加以处理。所有这些系统处理的二维平面图形，都定 位于地表，在某一位置上，形成“层”。对于这样的二维系统，可以用公式v = f ( x ，y ) 、 北京工业大学工学硕士学位论文 v = f ( x ，y ，z ) 表达。式中( x ，y ) 是平面坐标，v 是对应此点的属性数据，对于不 同的层，v 表示不同的含义。对于三维系统( x ，y ，z ) 是表示空间真实坐标在三 维空间连续、自由变化，v 是表示该点属性值，有相对唯一性。 1 1 3 排水管网地理信息系统建设的技术实践与意义 随着g i s 技术的迅速发展，城市排水管网g i s 的建设水平也在快速地不断 发展，最初是利用c a d 辅助制图技术开发管线图形子系统，而用某一数据库管理 系统，如f o x p r o 、v i s u a lf o x p r o 、s q ls e v e r 等管理属性数据，同时利用c a d 本身的a s e 功能，使管线图形与属性相连，从而实现管线图形与属性的互查嘲。 但这种方式开发的管线信息系统，没有拓扑关系，无空间分析功能，也不能提 供辅助决策的功能。这表明不能适应目前的发展需要，必须采用新的g i s 技术。 而最初的应用都是建立在桌面g i s 系统上。桌面g i s 系统的优势在于减少用户开 发的工作量，容易实现g i s 的全部功能，系统稳定，所以很有前景。 在空间数据库管理方面，客户端服务器( c i i e n t s e r v e r ) 体系结构的大型 关系数据库管理系统已经不成问题。以前的g i s 应用，空间数据是用文件方式管 理。由于空间数据量非常大，一个大的应用系统需要的空间数据是海量数据，用 文件方式管理这些数据会影响系统的效率。人们希望采用关系数据库管理系统或 面向对象的数据库管理系统，于是空间数据库管理系统便应运而生。 管网地理信息系统的建设涉及大量的空间数据，为了提高系统的效率，系 统的空间数据应该用空间数据库来管理。随着i n t c m e t i n t r a n c t 的普及，g i s 在w e b 上的发布成为可能，于是各g i s 软件厂商纷纷推出自己的基于i n t e m e t i n t r a n e t 的产品，这样人们就可以通过i n t e r n e t 在网上及时的查到所需要的信息。 利用地理信息系统的数据采集功能，可以提高排水管网信息获取的效率，方 便地将多种数据源、多种类型的排水管网信息集成到地理信息的数据编辑功能， 通过友好的用户界面可对图形动态拖动、旋转、拷贝、自动建立拓扑关系和维护 图形与属性的对应关系；利用地理信息系统的信息查询功能可以迅速提供用户所 需要的各种管网信息( 包括空间信息、属性信息、统计信息等) ，且查询方式可 以是多种多样的，如表达式查询、图形方式、坐标方式、拓扑方式等等；利用地 第l 苹绪论 理信息系统数据库管理的数据库管理功能，可自动管理海量排水数据，并进行管 网数据库创建、数据库操作、数据库维护等工作，还可以调用任何连续空间的管 网数据；利用地理信息系统的统计制图功能，可将大量抽象的管网信息变成直观 的管网专题地图或统计地图，形象地展示出排水管网专题内容、管网空间分布与 数据统计规律；利用地理信息系统的空间分析功能( 如拓扑空间检索、缓冲区分 析、叠加分析、栅格分析、空间集合分析、数字高程分析、地形分析、网络分析 和三位显示分析等) ，可以从管网目标之间的空间关系中获取派生的信息和新知 识，以满足管网信息分析的各种实际需要；利用地理信息系统的专业模型应用功 能，可进行管网预测、评价、规划、模拟和决策；利用地理信息系统的演示输出 功能，可支持多媒体演示及基于多种介质的管网信息输出，还可用可视化方法生 成各种风格的菜单、对话框等。总之，地理信息系统的确是对具有空间特征的管 网信息进行有效的分析、利用和管理的有效工具。管网信息获取与处理是最合适， 也是最需要应用地理信息系统的领域之- - 6 】【7 】【8 】o 1 2 g i s 的国内外应用现状 1 2 1 国外现状与发展趋势 国外，尤其是西方地理信息系统的发展大致可以分为四个阶段0 1 ： ( 1 ) 模拟地理信息系统阶段 自1 9 世纪以来就得到广泛应用的地图( 包括地形图和专题图) 模拟的图 形数据库和描述地理信息的文献著作模拟的属性数据库相结合，构成了地理 信息系统的基本概念模型。但是，这种模式的、基于纸张的信息系统和信息过程， 使得空间相关数据的存储、管理、量算与分析、应用极为不规范、不方便和效率 低下。随着计算机科学的兴起，数字地理信息的管理与使用成为必然。 ( 2 ) 学术探讨阶段。 5 0 年代，由于电子技术的发展及其在测量与制图学中的应用，人们开始有 可能用电子计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性 数据。1 9 5 6 年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后 这一技术被各国广泛应用于土地测绘与地籍管理。1 9 6 3 年由加拿大测量学家 北京工韭大学工学硕士学位论文 r 。f t o m l i n s o n 首先提嫩地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个地鞭詹 怠系统翔拿大地毽信息系统( c g i s ) ，角于资源与环境的管疆和窥划。鞘嚣， 北美和西欧成立了许多与g i s 有关的缀织与机构，极大地促进丁地理信息系统知 识与技术魄传播和推广艨餍。 ( 3 ) 一飞速发展和推广应用阶段 7 0 年代以后，由于计算机技术的工业化、标准化与实用化，以及大型商用 数据瘁系绫豹建立与使瘸，遗理售惑鬈绫对楚囊空淹数据的处攥速度与裁力羧褥 突破性进展。其结果是：a ) 一些发达阑家先后建立了许多专业，陡的土地信息系统 ( l i s ) 和资源与环境信息系统，就在这时期给排水领域也开始利用本专业特点 开发警弱镑疆售塞系绞。b ) 关予g i s 软俘、硬箨秘顼鑫开发懿海遂公司蓬麓发 展。到1 9 8 9 年，国际市场上有报价的o i s 软件达7 0 多个，并出现一些有代袋性 的公司和产盛，如美国缀约州的t r o y 市m a p l n f o 公司推出的m a p l n f o ，g e n a s y s 公司的g e n a m a p 等等。c ) 数字遗理信患豹生产标准纯、工业纯帮商品亿。d ) 各 种通用和专用的地理空间分析模型得到深入研究和广泛使用，g i s 的空间分析能 力显著增强。e ) 有关g i s 匏具有搜术权威和行政投藏鲍行业耄豫牧帮研究部门在 g i s 的应璃发展中发挥弓l 导和驱动作用。如美国国家科学基金会支持豹国家地理 信息和分析中心( n c g i a ) 每年都要制寇g i s 技术优先发展计划，以促进全国g i s 事韭发震。 ( 4 ) 地理信息产业的形成和社会化地理信息系统( s o c i a lg i s ) 的出现。 随着互联网络的发殿及国民经济信息化的推进，地理信息系统从太的地理信 惫中心，遴入霞嘉办公室帮手家万户之中，获瑟淘专驻领域豹矮嚣开发至l 综合愁 城市与区域的可持续发展研究，从政府行为、学术行为发展到公民行为和信息民 主，成为信息社会的重簧技术基础。阉时，也成为数字化地球、数字化城市的必 要蔚提。 1 2 2 国内现状与发展趋势 逡瑾麓惑系统熬磷麓与应霜在我鬻起步较跷，按照中蘑科学院籍建邦先黛豹 观点，把我圆g i s 的发展分为四个阶段： 第1 章绪论 ( 1 ) 起步阶段( 1 9 7 8 1 9 8 0 年) 。 主要行动在于概念引入和知识传播，以及关于遥感分析、机助制图和数字地 面模型的实验研究。 ( 2 ) 准备阶段( 1 9 8 0 1 9 8 5 年) 。 主要在理论体系的建立，软、硬件的引进，相应规范的研究及局部系统或试 验系统的开发上取得进步，完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据 库的建立、数据处理和分析算法及应用软件的开发等，为g i s 的全面发展奠定基 础。 ( 3 ) 加速发展阶段( 1 9 8 6 1 9 9 5 年) 。 g i s 作为一个全国性的研究与应用领域，进行了有计划、有目标、有组织的 科学试验与工程建设，取得了一定的社会经济效益。主要表现a ) o i s 教育与知 识传播的热浪此起彼伏，g i s 成为空间相关领域的热门话题；b ) g i s 建设引起各 级政府高度重视，其发展机制由学术推动演变为政府推动；c ) 部分城市和沿海 地区g i s 建设率先进入实施阶段，并取得阶段性成果；d ) 出现商品化的国产g i s 软件、硬件品牌；出现专门的g i s 的管理中心、研究机构与公司：出现专门的 g i s 协会与学会，涌现一批g i s 专门人才；出现专门的刊物与展示会；初步形成 全国性的g i s 市场；e ) 在应用模式、行业模式和管理方面作了有益的探索。 ( 4 ) 地理信息产业化阶段( 1 9 9 5 至今) 。 目前，我国g i s 的发展正处于向产业化阶段过渡的转折点。一方面需要探索 建立一套政府宏观调控与市场机制相结合的地理信息产业模式，另一方面，要充 分总结和借鉴国内外地理信息系统项目建设的经验和教训，建立起行之有效的地 理信息系统工程学的理论、方法与管理模式，推动地理信息系统在社会主义各项 事业中更加深入和广泛的应用【l o l 。 排水管网的g i s 在我国起步很晚，由于我国的经济发展水平有限，到9 0 年 代初才开始考虑，而且只是在个别城市建立了排水管理系统和开发的平台，例如： 上海、天津、哈尔滨、广州、无锡等。但还不是十分完善，因此，如何建立有效 的排水管网信息系统的开发平台，正处于探索开发阶段，很值得去研究。 j 慕工监大学工掌醺士学位论文 1 3 有待深入研究的问题 城市在鋈瑟经济帮享圭会袋装孛起着举慰轻重靛俸翅，爨嚣蠛紊纯移簸泰南 政管理成为人们关注的热点。城市化的结果造成城市地区人口高度集中，城市环 境不断恶化，城漤信息管理照缮格外重要f 1 。城市排水管阚管理所涉及的大量信 患，除其有对阀俊和动态毪斡特点外，还熬有空闻分布的特点。现行的数据库管 理系统虽然可以究成统计报激处理、属性数据查询等功能，但却无法处理具有空 阉分毒特援豹僚惑，并且海爨数据熬输入程速度上和成零上还存在游攫丈约闯 题，地理信息系统( g i s ) 与其它传统意义上的信息系统根本差异在于，它不仅 能够存储、分析和表达现实世界中各种对魏的属性信息，而且能够处理其空间定 位褥短，藐将窒游位置秘震浚售惠毒瓿逡绥会起来，麸空淘嚣属性两个方嚣怼瑰 实对象进行查询、检索和分析，并将结果以各种直观的形式，形象而又不失精确 地液达出来。 因为城市排水管网管理闯题是一个复杂的空间问题，因此可利用基于地理 信息系统的空间数字化技术将传统的表格化数据带入到可视化的空间中，使其工 传筵：动、壹凌翻全嚣。在簿承簿鼹蕊惠警瓒系统熬建立j 塞疆孛嚣弱鬟蟪毽售惠系 统( g i s ) 软件鼹一种大型的软件，开发一个功能完备的g i s 软件项融是一项极 其笈杂的工程。从历史上看，g i s 软件的发展太体经历了如下历程：g i s 模块、 篡戒式g i s 、模块纯g i s 和核心式g i s 。穗我髓蓑 承管蠲信怠管理系绫翡建立遥 程之中，我们充分考虑到g i s 这一发展，张著名的桌面地理信息系统m a p l n f o 平 台下，利用它的二次开发语言m a p b a s i c ，开发出针对性、实用性以及方便性更 强的排水管网地瑾信怠系统。觚开发的结果上看，排永铃嗣地理信怠系统的建立， 使用户及管理部门可以直观地、动态地显承和查询到任意位置任意时间段的管网 接惑，健骧先掺辩塞表格孛孤立戆数撂有了生动其髂懿意义。诧井，礁予全国主 要大城市已陆续汗展了管网倍息管理系统的研究与资金投入，例如；j e 京已经投 资2 8 亿元建设北京城市地下管网与基础设施g i s 系统平台。而且排水管网地理 镶惑系统挺檠豹建立氇凳其它类缓系统静建立提安一秘蠢份篷戆参考【懑。 第l 辩绪论 1 4 主要研究内容 搴漂题燕律势蓁一麓开发，霾蕊是建立一个嚣零警怒蕊逮理蕊惠挺察，受戳 艏避一步开发提供个息好的平台，其主要的开发内容： 建立相成数据库：系统具有交互式修改更新功能，可以通过菜单芹热键对检 筵井震性驳及管线震整送嚣更舞。 图形浏龅：可无级缩放，可随时裔祷所在位置或跳转到指定俄黻。 分层管理；允许用户管趣多层地理倍息，劳按需癸将摊水管蹰毅糕进行任意 分蔟( 管葭、梭套并等簿瑗，可报摄鼹示开关控制蕊层、营静静最示 i 3 1 。 数据查询与分析：可姒猩计算机中快速查询该段管道的管径、筲长、所在区 域等窭辩。 断面图：胃生成横断蕊、缀箭面图，程黉中可任意查询管点、臀线专监数掭 属性。可以提供管道原施工f f 寸间、施工单位等资料，也可以经过数据转换，通过 c a d 绘囊l 窭该警葭獒覆割瑟圈、辍蘩嚣鬻耧平囊錾等橱遴工程嚣纸。 系统输如：可以按用户的需求输出备种管网的管嘲圈、管网数播资料并可熬 图输出或进行任意裁剪输比。系统支持打印布局窗口、浏览窗口、地图窗口、薰 繇分区蜜西和统计匿誊墨豁农窖。勇多 罴统其毒较爵翡兼容甓，胃驭滚容多彝类 型的数据，如m a p l n f o 表、d b a s ed b f 、m i c r o s o f te x c e l 电子表格绒栅格图像文 件磐。 鉴于藏市辩家管网酶糯炊移管理中学在瓣运蔻熬及簪乡 或功安锈基磕主蕊 开发的排水管网地理信息系统主要有以下特色： i 墨丈中城赘著零攀独开发一套簿水管赠售患系统，嚣是把它终魏城枣枣黢 管理中静一个子系统，这祥造成系统瘫大，操作复杂。糯本系统奁接潋专监籍识 相模型为基础，对排水管网独自开发一磷信息管理系缆，因而本系统简单易学、 搽律灵活。 ( 2 ) 本系统采糟= 次开发模式，在满足系统功能要求的情况下，所潞资金很少， 性能价格比高，很适合在资盘短缺的中小城市推广。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 5 本章小结 本章主要讨论了城市排水管网管理的现状及在管理中存在的主要问题，在充 分考虑管网系统特点及国内外在排水管网中的应用情况和发展趋势，特别是在中 国的应用现状的基础上，提出了适合中小城市排水管网管理的技术路线。并且阐 述了该项目研究的意义、内容、特色。 楚2 章地理嫠惑系统撅述 黧鼎舞葛量曼曼曼曼! 曼懋蝌拦! ! ! ! ! 曼曼量鼍邕鼎皇蔓曼苎曼寰皇暑葛寡舅嬲拦舅皇皇曼曼曼烹詈曼嬲蔓蔓皇! ! ! ! ! ! 戮ii ii 舅曼曼曼曼曼兰删 第2 鼙地理信息系统概述 2 1 数据分类 地理信息系统中的数据包括两大类型：空间数据和非空间的属性数攒。 2 1 空间数据 空间数据魑以点、线r 酾等方式采用编码技术对空怕j 物体进行特征描述及在 勃傣阖建立穗麓联系豹数攥祭。宅委来确定整形襄裁瓣褥薤豹整萋，这是鞋迭球 袭面空间位嚣为参照的。最体说来，它威映了以下两方面信息： 在某个已知坐标系中的位置，也称几何坐标主要用于标识地理最艘在自然界 斌包含菜个区域豁逸鹜懿空闻位置，懿疑纬度、平瑟囊受坐标、稷黛檬等。 实体间的窳间相关性即拓扑关系( t o p o l o g y ) ，表示点、线、网、面等实体之 剃的空阅联系，如网络结点与网络之间豹枢纽关系，边界线与面实体阉的构成关 系，面实体与岛或内部点的毹含关系等等。空闻拓扑关系对于遗瑗空闯数据的编 码、录入、格式转换、存储管理、查询检索和模型分析都有重要意义。是地理倍 感系统豹特色之一。 空间实体怒对存在于这个自然世界中地理实体的抽象，主要包括点、线、面 以及实体等基本类型。例如把一个排水检遣井抽象为一个点，该点就包含了检查 著繇蹙懿位鬟镰怠；霆一条褥零警菠夔象为一条线，该线哥隧包含这条管线瓣长 度、管径、i d 号、坡度以及埋深等相关信息；把一个生活小区抽歙为一个面， 该面可以包含生活， 、区的周长、面积等信息。在空间对象建立后，还可以进一步 定义箕裙互之阗静关系，这零争稽互关系祓称为“空瀛关系”，又稼藏矜关系。因 此可以说空间数据是一种可以用点、线、面以及实体等港本空间数据结构来表示 人 f j 赖以生存静自然世界的数据l 。 2 1 2 非空间的属性数据 用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的非几何属性，它是与地理 实髂褪联系懿鳃瑾交量或魏骥意义，一般怒经遂据象貔概念，透过分类、余名、 托京工盘大学工学硕士学靛论文 量算、统计等方法得到。非几何属性分为定性襁定量弧辩，魏者包括名称、类 壁、祷淫簿，磐考石粪燮、壤静黉、土遮铡瘸、行政区划等；螽砻鲻雹话数量 和等级等，如面积、长艘、土地等级、人口数量、降雨量、水土流失量等。僚何 遮理实体至少包含有个属性，蠢遮漤信息系统瓣分辑、检索主要是遥过对溪幢 的搡佟运算寐实臻弱。在捧永营测中，非空间属梭数据包括：检查井号、衡道 名称、修建日期、结构撩型、地面黼糨、管内底黼、流向、管径、管长、超止地 点、全长、修建单搜，掰愿区等等牲6 1 。 2 2 地理信息系统的概述 2 + 2 地耀信息与她毽信息系统 g ) 邀建德惠 地理信息是指表征嫩理系统诸螫潦的数量、炳嫩、分布特征、相互联系和变 纯趣律躬数字、文字、醋豫帮整影筹静葸稼。遗毽倦意属于空瓣缮悬，其使赞戆 识剐是与数据联系在一起的，这是蛾邂信息逑剐予其他类型倍惠的最显著的标 志。地理储息的这种定位特征，是通过经纬网或公路网建立的地理坐标来实蛾窳 海燕鹭浚裂靛，建理信息还其畜多维结摘豹特征，辩在二维空筒滟基疆土实现多 专题的第三维结构。而静个专题之间的联系是通过属性码进行的，这就为地理系 统各图层之间的综合研究提供了可能，也为地理系绞多层次的分析租信息的馋输 与簿选鬟骰了方窿8 “。 ( 2 ) 地理信息系统 地理信息系缝( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，簿黎g i s ) 是戬采集、夺 储、管理、描述、分褥地球表面及空闻和地理分布有关的数据豹信息系统。它耀 以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间相关数攒避 幸亍采集、警疆、潆终、分橇、摸瓠黎显示，著采蕊邀理模型分辑方法，适时鼹供 多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、患嫩分析和决策服 务而建立超柬艇一类计爨机应用系统f 1 8 l 。简而言之，地理信息系统是以计算桃魏 互其，吴蠢蟪瑾鋈彩帮空闻定位功蕤的窆瓣羹鼗瓣管理系统u 霹，它是一耪黪豫褥 又十分重燮的信息系统。 第2 章地理信息系统概述 从学术与技术的角度看，地理信息系统是1 9 世纪6 0 年代开始迅速发展起来 的- - i 7 新技术，结合计算机、系统工程、经济管理等多学科的知识，属跨学科的 技术系统。它所涉及的内容主要包括： 有关的计算机硬、软件 空间数据的获取及计算机输入 空间数据模型及其数据表达 数据的共享、分析与应用 数据的显示与视觉化 地理信息系统的项目管理、开发、质量保证与标准化 地理信息系统的机构设置与人员培训等 2 2 2 g i s 的特点 g i s 的特点可以从空间可视化、空间导向和空间思维三个方面来加以认识： ( 1 ) 空间可视化( s p a t i a l v i s u a l i z a t i o n ) 信息系统是对现实世界的计算机的模拟，而地理信息系统则突出了它对现实 世界空间关系的模拟。这种模拟使我们对于在空间中事物的状态有一个非常直观 的感受，无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图，还是展现一 幅三维的地形模型，都使我们对显示世界空间关系的认识更为直观、具体。 地理信息系统的空间可视化还包括对空间分布的地理属性信息的可视化，这 一点由地理信息系统的一个重要特征来保证，即g i s 实现了空间信息和属性信息 的集成管理，并能够完善地建立二者之间的联系。例如，利用一张排水管网矢量 化地图，我们就可以从地理信息系统数据库中提取各个生活小区、排水管段的空 间信息从属性数据库中提取的属性信息相关联，用地理信息系统的数据表现手段 使各个排水管段的属性数据在矢量化的地图上得以形象、生动并且精确的表现。 ( 2 ) 空间导向( s p a t i a ln a v i g a t i o n ) 利用地理信息系统，我们不仅可以纵览研究区域的全貌，还可以利用缩放和 漫游等g i s 提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。一个完善的地理 信息系统提供了空间数据库功能，从而可以设定一定的值。这样我们可以用小比 j 泰王受天学工学硕士学整论文 , ii i , 鲁量鲁舅曼曼曼! 邕 例尺查看全局，以中比例查餐局部，以大比例尺查看绑部。在比例尺不断增大的 瓣对，震瑗绘震户黪窒阉穰爨斑容会不断嚣新，敦渍是特定濑羹缝甍傣惑熬嚣要。 ( 3 ) 空闻思维( s p a t i a lt h i n k i n g ) 地理信息系统的空间数据庠在存储各地物空间描述信息的同时，迸存储了地 德之闻翁空霾关蓉，这一蒋点建进露空褥分褥挺鬟了纂镄。逮理蕊惑系统豁窆爨 思维，就是暴制用g i s 数据库中已经存储的信息，通过g i s 的工具( 例如缓冲区 分柝、三维空阕鼹示分析和网络分析) ，嫩成g i s 空间数据库中存储的信息。地 瑗僖恳系绞褥诲多窆霹努褥工蹙集成莛寒，并箍篌二次开发工兵。在送行空窝努 析的同时，用户将各种分析工具，按所研究领域的专业模型组织成个程序( 即 计算机可以识别秘操作的慰黯) ，交由地毽信息系统柬宠成，最后提供空弱可视 纯的分拆结暴。媲瑾痞患暴统兹空阕葱缭功使我嚣鼹够揭示空闯荧系，空淹分 布模式和空间发展趋势等，遮烃其它类型的信息系统所n 无法完成的任务。 2 2 。3g 逡麴缝袋 缝理信息慈统作兔一个功能强大酶窝黼信息管理系统主要由戳下五个部分 缀成：计算机磷 牛设备、计辣机软件系统、地理空间数据、系统的组织管理人员 羁应薅搂鍪。窀察j 之麓鲮关祭露甏2 - l 搿示 鞫2 - 1g i s 塞戒美羡蛰 f i g u r e2 - 1t h ef i g u r eo f c o m p o s e d r e l a t i o no f g t s 第2 章地理信息系统概述 2 2 4 g i s 与相邻学科的关系 地理信息系统技术的创立与发展是与地理空问信息的表示、处理、分析和应 用手段的不断发展分不开的。从6 0 年代开始，由计算机自动制图系统基础上逐 渐发展起来的g i s 技术，在其发展和应用中不断吸取了与其相邻研究领域的先进 技术和方法，包括数据库与信息系统技术、系统工程方法、决策科学以及专家系 统技术、地图学、图象处理技术以及计算机图形学等。其中，数据库与信息系统 技术是g i s 数据管理的基本理论和方法；系统工程方法使得g i s 的设计与实现过 程规范化、标准化，并与决策科学与专家系统技术一起指导了g i s 建模、进行模 型运算，用来解决复杂管理和规划问题的理论依据；地图学是g i s 空间数据组织 与空间数据操作的基本框架；图像处理技术和计算机图形学则是g i s 中算法设计 的基础。g i s 正是在这些相关学科与地理学相结合的基础上发展起来，不断完善， 形成一门新的边缘学科( 如图2 2 所示) 。但是，这些科学本身就是一个复杂而 庞大的系统，它们都有其广泛的应用领域，g i s 吸取了这些学科的一些先进技术， 建立了一门新的边缘学科，但并不能取代原有学科的作用。在信息时代，许多学 科都快速的相互渗透，形成一些新的边缘学科。这些学科经常是你中有我，我中 有你，相互补充，相互支持和发展，而不是相互替代。就g i s 本身定义而言，仍 属于空间信息管