（农业电气化与自动化专业论文）基于mapinfo的城市供水管网信息系统的研究.pdf

摘要 本课题是为改善和提高城市供水企业的管理水平，适应市场经济的发展，研究设计 了供水管网信息系统。 在供水管冈信息系统的研究和设计过程中，首先分折了目前供水管_ 网管理的现状和 存在的问题，在充分调研的基础上，对系统进行了总体的分析和设计采用软件工程的 方法，提出了系统的功能设计和子系统设计，并详述了各子系统的作用；在功能结构基 础上，进行系统数据库设计，并对供水管网应用模型进行了基本研究。 从系统设计和开发的角度，以地理信息系统( g i s ) 为技术支持结合供水管网信 息管理的实际焉要，在m a p n f o 平台及其基础上进行二次开发，使供水管网信息系统充 分发挥g i s 对空间数据、属性数据的编辑、显示、分析、处理、查询的功能，从而可以 准确、直观、高效地为城市供水管理服务。 本研究着重阐述了实现供水管网信息管理的基本硬件配置与软件设计。提出了实蘸 方面的关键技术。诸如数据处理技术、供水管网数据库设计技术、集成图编程技术及实 现图形数据和属性数据交互查询技术，并对其中的查询技术实现傲了基本研究。 本研究提出采用先进的g i s 技术来提高水资源的利用率和供水企业的管理水平，对 于供水企业及时、合理、有效的利用现有的水资源，对于促进城市建设和经济发展具在 普遍的实用意义。 、u 关键词m a p i n 胃；g i s ；供水管网；信息系统 a b s t r a c t i no r d e rt oi m p r o v et h em a n a g e m e ml e v e l so fu r b a nw a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e s ，t oa d a p tt h e d e v e l o p m e n t o f m a r k e te c o n o m y , t h i sp r o j e c ts t u d i e da n dd e s i g n e dt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mo f t h ew a t e r s u p p l yn e t w o r k d u r i n gt h ed e s i g na n ds t u d yo f w a t e rs u p p l yn e t w o r ki n f o r m a t i o ns y s t e m a tf i r s ta n a l y z i n g t h es i t u a t i o na n de x i s t i n gp r o b l e m so fw a t e rs u p p l yn e t w o r ka tp r e s e n t , o l lt h eb a s i so f s u f f i c i e n t s u r v e y , t h i sp r o j e c t c a r r i e do nt o t a l a n a l y s i s a n dd e s i g n ，a d o p t e ds o f t w a r e e n g i n e e r i n gm e t h o d ，p u tf o r w a r dd e s i g n o fs y s t e mf u n c t i o na n d s u b s y s t e m ，d e t a i l e dt h e f u n c t i o no f e v e r ys u b s y s t e m m e a n t i m e ，o nt h eb a s i so f t h es t r u c t u r e ，t h ep r o j e c tc a r r i e do nt h e d e s i g no f t h es y s t e md a t a b a s ea n du s e dm o d e l st oc a r r yo nb a s i cr e s e a r c ho nt h ew a t e rs u p p l y n e t w o r k f r o mt h ea n g l eo f d e s i g na n d d e v e l o p m e n t , r e g a r d i n gg 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 ) a st e c h n i c a ls u p p o r t , c o m b i n i n gt h ea c t u a ld e m a n df o rt h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to ft h e w a t e rs u p p l yn e t w o r k , c a r r y i n go nt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to nm a p i n f op l a t f o r ma n d f o u n d a t i o n , t h i sp r o j e c tm a d ew a t e rs u p p l yn e t w o r ki n f o r m a t i o ns y s t e mf u l l yu t i l i z eg i s f u n c t i o nt oe d i tt h es p a c ed a t aa n dt h ea t t r i b u t ed a t a , s h o w , a n a l y z e ，d e a lw i 啦i n q u i r ea b o m t h ed a t a t h i sp r o j e c tt h u sc o u l ds d f v eu r b a nw a t e rs u p p l ym a n a g e m e n t a c c u r a t e l y , e f f i c i e n t l y p r o m p t l y , v i s u a l l y s t u d ye m p h a t i c a l l ye x p l a i n e dh o wt o r e a l i z et h eb a s i ch a r d w a r ec o n f i g u r a t i o no ft h e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to ft h ew a t e rs u p p l yn e t w o r ka n ds o f t w a r ed e s i g n i tp u tf o r w a r dt h e k e yt e c h n i q u eo f r e a l i z i n gt h ep r o j e c t , s u c h a sd a t a p r o c e s s i n gt e c h n i q u e , w a t e rs u p p l yn e t w o r k d a t a b a s e d e s i g n i n gt e c h n i q u e ，p i p e n e t w o r k m o d e l i n gt e c h n i q u e a n d i n t e g r a t e dm a p p r o g r a m m i n gt e c h n i q u e ，i tr e a l i z e dh o w t oi n q u i r ea b o u t t e c h n i q u em u t u a l l yi nf i g u r ed a t a a n d a t t r i b u t ed a t aa n dd i db a s i cr e s e a r c ho ot h ei n q u i r yt e c h n i q u e s t u d yb r o u g h tf o r w a r dh o w t oa d o p ta d v a n c e dg i st e c h n o l o g yt or a i s eu t i l i z a t i o nr a t i oo f w a t e rr e s o u r c ea n dm a n a g e m e n tl e v e lo fu r b a nw a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e s f o rs u p p l yw a t e r e n t e r p r i s e st ou t i l i z et h ee x i s t i n gw a t e rr e s o u r c ei ng o o dt i m e ，r a t i o n a l l ya n de f f e c t i v e l y , f o r a c z e l e r a t i n g t h eu r b a nc o n s t r u c t i o na n d e c o n o m yd e v e l o p m e n t , i t h a d g e n e r a lp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e c a n d i d a t e ：l ix i ng u o a g r i c u l t u r a l e l e e t r l z a f i o na n da u t o m a t i z a t i o n s u p e r v i s o r ：p r o z h a n gc h a n g l i k e y w o r d sm a p i n f o ；g i s ；w a t e rs u p p l yp i p e l i n en e t w o r k ；i n f o r m a t i o ns y s t e m v l - 1 前言 1 1 课题的提出 随着我国经济建设的高速发展，各地的水资源缺乏和用水浪费现象日趋严重，尤其 是大中城市的缺水问题和用水浪费问题更加突出；而现行的城市供水管网系统则由于管 理手段、管理方式的陈旧，对水资源的分配和利用无法实现及时、有效、合理的优化配 置和调度，造成极大的水资源浪费( 宫辉力，1 9 9 8 ) 。为了合理、高效的利用现有的水资 源必须采用技术先进的管理手段来提高水资源的利用率和供水企业的管理水平。鉴于 现有的城市供水管网在管理与维护上存在着资料利用率低、信息传输渠道老化、查询检 索效率不高对决策者、咨询者不能提供及时、准确的信息等问题，提出了该课题。 1 2 研究的目的和意义 城市的供水管网一般都有历史长( 几十年至上百年) ，管网复杂( 数千公里管道、上千 台消火栓、数万只水表、上万台阀门、数以千张各种比例的管网图纸) 、变化多( 随城市 建设而变化) 、覆盖面大( 基本与城区面积一样大) 、与地理位置和地理环境联系密切等特 点，因此信息量大、信息变化快。在传统供水管网的管理模式下，由于供水管网具有其 隐蔽性、系统庞大和运行的复杂性，应用人工和经验式的管理方式，信息的采集和管理 不全面也不准确，已不能适应城市供水事业的迅速发展( 于秀晶等，1 9 9 7 ) 。 如何充分利用现代计算技术及电子计算机技术构建供水管网管理信息系统，实现城 市供水行业2 0 0 0 年技术进步发展规划提出的供水企业要达到“二个提高、三个降低”f 即 提高供水的安全可靠性、提高供水水质：降低能、药耗和漏耗) 的要求，是供水管网管理 现代化进程的关键步骤f 李峰林等，1 9 9 7 ) 。 利用g i s 技术存储、管理和更新城市供水管道网络的空闻数据库，辅助城市交通线 路规划、管理；通过与g p s 、无线通讯、因特网、虚拟现实等高新技术的有机结合，在 g i s 的数据操作及空间分析技术的辅助下，建立广泛的实时数字供水管道信息用户服务 体系实现全数字化供水管道信息的实时发布、存储与检索，为供水管道管理、智能导 航、调度及居民需求等提供有效的技术支持：实时地根据用户需求对供水管道网络的空 间、时序及属性特征对供水管道网络进行分析和描述，辅助地下管道路线选择、区位分 配分析等，并对供水管道网络进行实时优化，缓解供水管网输配调度的问题( 廖敏辉等， 2 0 0 2 ) 。 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t c m ，简称g i s ) 是国际上近几年来发展 起来的一门新兴边缘学科。它是利用现代计算机技术和数据库技术来输入、存储、处理、 显示和输出空问信息及其属性数据的计算机系统( 邬伦等，2 0 0 2 ) 。城市供水管网信息系 统就是利用地理信息系统( g i s ) 等计算机技术和供水技术采集、管理、更新、综合、分析 与处理城市供水管线信息的技术系统( 廖敏辉等2 0 0 2 ) 。借助计算机技术和g i s 理论 实现管网信息智能化管理，对管网输配调度和设计及事故处理，已是势在必行 g i s 所特有的空间分析功能和可视化表达方式正符合供水管网信息所具有的区域性 1 东北农业大学工学硕士学位论文 强、隐蔽、复杂、动态、数据量大等特点。同时g i s 也是把供水企业的各种信息有效聚 合的粘合剂，所有的信息通过和地理位置相关就可以达到有机结合的目标。通过将各 种信息在g i s 平台上的集成，从而为企业提供更深层次的信息化应用。 无论是动态信息还是静态信息，它们都和其实体所在的地理位置密切相关。因此构 建以g i s 为平台的信息综合、分析和决策的信息系统是一种最佳选择( 李项珠，2 0 0 1 ) 。 1 3 国内外的研究现状 供水管网基础设施管理和辅助决策计算机化是供水行业所关心的课题。国外供水行 业采用计算机信息管理己比较普遍( c l a r k , 1 9 8 6 ；b r a g i e l a , 1 9 8 9 ) 。一些发达国家在g i s 的发 展上已取得很大进展，许多城市已建立地下管网g i s ( a n g l i a n ，1 9 9 4 ) ，且己进入专业化应 用与商品化生产阶段，但一般都在小型机或工作站上完成，系统的投入较大( b c o u l b e c k , 1 9 8 8 1 九十年代后，g i s 在我国各领域逐步发展和应用，但起步较晚，技术上相对落后( 樊 宜宾，1 9 9 7 ) 。随着我国经济的快速发展，许多城市开始引用国外的g i s 系统。例如上海 自来水集团公司在世界银行投资2 0 0 多万美元支持下建成的建模g i s 系统。在功能上包 括了供水管网的图形数据的录入、修改及查询、统计、抢修决策、日常事务管理等功能。 受到当时条件限制，存在着投资大、开发周期长的问题( 吴信才，2 0 0 2 ) 。 g i s 在国内供水系统中的应用集中在城市的输配水管网的日常管理中，例如上海、 南京等城市的供水系统的管理。天津大学环境工程系也曾根据供水企业的要求，先后以 北京大学的c i t y s t a r 和中国地质大学( 武汉) 的m a p g i s 为软件开发平台，建立了城市供 水管网管理系统，实现了供水管网图形数据和属性数据的计算机录入、修改；对管线及 各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析；对各类图形( 包括管线 的横断面图和纵断面图) 及统计分析报表显示和输出；除此之外，还为爆管、漏水事故的 抢修、维修提供关闸方案及相关信息，从而基本实现了供水管网的信息化管理。通过g i s 的集成，使管嗣图形库、属性数据库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效， 而且易于动态更新，从而大大提高了管网管理工作的效率和质量( 张兰芬等，2 0 0 2 ) 。 g i s 在我国供水系统中的应用，仅仅作为一个图形库和数据库，只是停留在管网日 常管理的水平上( 廖敏辉等。2 0 0 2 ) 。利用g i s 分析、模拟与预测的强大功能，与专业理 论、方法相结台，进行深度开发，为管网规划设计、建设施工、各种运行状态下的优化 调度以及事故抢修等提供决策支持。 1 4 存在的问题 在供水管网信息系统开发应用过程中，突出的问题( 孙广平，2 0 0 1 ) 集中表现在以下 几个方面： i 管网基础资料整理难度很大，主要原因有： 1 ) 管网档案资料数量大一几乎每条管线都有一套档案。 2 ) 管网档案资料年代长，管网档案资料冗余 3 ) 管网档案资料现势性差不能反映其环境的最新状况。 2 前言 2 城市地形图供应问题 供水管网图形是建立在城市地形图基础上的，而近2 0 年来城市建设变化的节奏加 快，所以需要经常测绘城市地形图。但修订和测绘地形图投入大，费用高。因此出现了 城市地形图供应的质量难如人意。 3 管网管理手段落后 目前，城市的供水管网的管理几乎还是采用传统的人工采集和手工管理管网资料。 4 开发与管理脱节 g i s 应用于管网管理，其核心在于管理，应建立与此相适应的新型管理模式。目前， 各地基本上是依赖计算机专业人员进行设计开发，导致开发与管理及运用脱节，或开发 者一味地照搬了现行落后的管理模式，效能低下。 1 5 关键技术 1 5 1 数据处理技术 本信息系统对属性数据通过键盘录入，属性数据库是存放描述管网、管线和设施属 性的数据库，可利用g i s 软件系统自带的数据库或调用其它外部数据库作为图形图素的 属性库来存储诸如编号、名称、型号、高程等属性。而地图数据用地图数字化仪录入， 所处理的地图幅面大，而数字仪处理的幅面有限，因而对每张地图数字化后，必须进行 接边处理，m a p l n f o 远远胜任不了这一复杂的工作，而流行的a u t o c a d 软件具有这一方 面的优势。m a p l n f o 具有强大的数据兼容性，以直接转换的方式接收d x f 文件，a u t o c a d 可以很方便地提供d x f 文件。因此本系统采用a u t o c a d 与手扶跟踪数字化仪相结合来 获取原图数据，然后再转换至m a p i n f o 中去，实现了a u t o c a d 与m a p i n f o 的数据交换。 1 5 2 数据库设计技术 数据库设计和建立的好坏直接决定信息系统的成败，在国外，g i s 中硬件、软件和 数据库的投资比例一般为1 ：2 ：1 0 ，其中数据库占7 7 。因此，数据库设计和建立的好 坏是供水管网信息系统建立过程中最关键的一步( 吴信才，2 0 0 2 ) 。 m a p l n f o 提供了面向对象的空间数据管理功能( 张剑平等，1 9 9 9 ) ，在其支持下，本系 统设计了空间数据库和属性数据库。 空间数据库管理两类信息对象，一类是面向供水专业的水源、水厂泵站、输配管线、 阀门、节点等若干种专业信息对象；另一类是生活区、道路、建筑物、河流等若干种背 景性信息对象，这此对象都由点要素、线要素、面要素或其组合构成。背景信息对象主 要用作专业信息的背景，重在显示其图形，反映其间环境和位置关系。用几何形体和图 示符号将其数字化为图形数据。建立拓扑关系，输入空间数据库管理( 彭仪善，1 9 9 7 ) 。 属性数据库管理文本数据，由各信息对象的属性数据构成。对上述的信息对象依据 其专业性质和使用要求设计了若干个属性数据项其中专业信息对象的属性设计必须满 足建设性维护和网络分析两方面需要。全面而详细。例如供水管线的属性项有管径、管 长、管材、管道接口类型、铺设时间等维护工作中不可缺少的信息管段编码则是网络 3 东北农业大学工学硕士学位论文 分析要用到的。考虑到信息对象的专业性，把数据库划分为若干层次，与m a p l n f o 的图 层相对应，分层建立相应的空间数据库和属性数据库，使其具有查找迅速、层次清晰、使 用方便的特点。尽管属性数据的输入可在图形数字化的同时输入，但数据量较大时，可 与空间数据分开存储，本系统是输入s q l s e r v e r 2 0 0 0 关系数据库中。空间数据和属性数 据通过共同的识别符d 联结起来。 1 5 3 管网建模技术 供水管网应用模型主要应用于信息管理、现状分析( 供水路径、管道负荷、供水区 域) 、事故处理分析、优化改扩建工程。供水管网应用模型可以模拟供水管网系统的静态、 动态信息，包括图形、属性、参数以及状态信息，从而提供有力的数据支持。 建立供 图1 1 供水管网应用模型的技术流程图 f i g u r e1 - 1t e c h n i c a lp r o c e s sc h a r to f a p p l i c a t i o nm o d e l o f w a t e r s u p p l yp i p e l i n en e t w o r k 4 前言 城市供水管网的应用模型大致有供水管网宏观模型、供水管网微观模型、供水管网 集结模型( 赵洪宾，2 0 0 0 ) 。 1 5 4 集成图编程技术 集成图编程技术又称集成二次开发技术，是使用d e l p i l i 或其它编程语言和m a p l n f o 技术开发集成图应用程序，可以将地图集成到程序中，构成一个真实的m a p l n f o 地图窗 口。允许用户与地图进行交互( 曲波等，1 9 9 8 ) 。 集成地图开发是在程序中通过调用语句来在后台启动m a p l n f o 应用程序。首先构造 代表m a p b a s i c 语句的字符串，然后使用o l e ( 动态链接与嵌入) 自动化技术或d d e ( 动 态数据交换) 技术将该字符串发送给m a p l n f o ，从而控制m a p l n f o 的运行。构成一个集成 图应用程序的主要部分如图i - 2 示。 图1 2 集成图应用程序的主要部分 f i g u r ei - 2m a i np a r t so f i n t e g r a t e dm a pa p p l i c a t i o np r o g r a m 集成图编程技术的运用，可快速开发出具有强大的地图处理能力和数据处理能力的 应用程序，使数据库中繁杂抽象的数据快速准确的显示于电子地图上。 1 5 5 查询技术 空间查询与分析是g i s 最重要的功能，也是g i s 区别于其他信息系统的本质特征， 它使地图图形信息以及各种专业信息的利用深度和广度大大增强，用户可以从中获取很 多派生信息和新知识，可用来实现经济建设、环境和资源调查中的综合评价、规划、决 策、预测等任务( 程吉宽等，1 9 9 7 ) 。 本研究中的供水管网查询子系统是通过一些有效的方法快速对目前的供水管网信息 进行全面了解和详细分析，从而能够指导管理人员进行高效而正确的查找和分析。另外 通过提供的查询工具中各种查询方法可以方便地得到想要的数据和信息。主要是通过地 址查询地图对象和通过位置查询地图对象的过程实现查询技术 2 供水管网信息系统的总体设计 2 1 系统目标 供水管网信息管理系统选用m a p l n f o 为地理信息系统平台，利用先进的计算机网络 技术、地理信息系统( g i s ) 技术，在建立管网基础信息库的基础上，紧密结合供水管理的 业务流程，使系统能够处理以供水管网为核心内容的空间信息和其它相关信息，对供水 规划、设计、调度、抢修和图形资料的档案管理提供强有力的科学决策，实现供水管网 的科学化和自动化管理。其系统目标如下： 1 ) 系统应全面实现供水管网信息管理的自动化，即系统的功能要涵盖供水公司各有 关的业务职能；通过公司网络系统能实现管网信息资源共享和部门间的信息交换；系统 具有较高的实用性。 2 ) 系统应全面、完整地管理全部的基础信息，具有海量图库管理能力，基础信息精 度高，图库管理能力强，信息更新方便，系统安全可靠。 3 ) 系统不但具有快速、方便地城市管网进行查询、检索、统计等功能，还应该能够 随着供水公司管理水平的提高，逐步实现管网等水压计算、管网压力平差、水力调度、 水质监控等功能，也就是使管网信息由静态g i s 管理转变为动态g i s 管理，最终实现管 网信息的实时g i s 管理：系统应达到国内外同类软件的先进水平。 4 ) 系统具有好的性能价格比，有稳定可靠的后续技术支持。 为使系统尽早发挥其社会和经济效益，可以分阶段设立系统的近期目标和中远期目 标。经过调查研究后，供水管网信息管理系统的近期目标和中远期目标分别为： 1 近期目标 1 ) 管网信息管理的标准化和规划化。 2 ) 联网形成分布式管网信息系统，实现中心与工作站的信息联络。 3 ) 实现对管网利用现状变化的动态监测。 2 中远期目标 1 ) 扩展和完善管网信息系统的网络化，实现中心与工作站的信息联络。 2 ) 建立和完善基础数据库和专题数据库、方法库和模型库。 3 ) 实时有效的管网动态监测分析，建立面向管网全程管理的决策支持系统。 2 2 系统设计的基本原则 根据软件工程的设计思想，供水管网信息系统应满足实用性、可靠性、完备性、科学 性、规范性、经济性、可扩展性和开放性等设计原则，具备数据采集、管理、图形处理、 信息查询、编辑、转换、分析和输出等功能。 1 ) 实用性原则 系统应满足供水管网管理的需要，真正实现管理科学化。 2 ) 可靠性原则 数据库可靠性：数据库中的所有数据应是准确可靠的。系统可靠性：系统应有很强 6 的容错能力和处理突发事件的能力， 和系统瘫痪。 3 ) 完备性原则 效据库中的各种数据应是全面、 4 ) 科学性和规范性原则 不致于因某个动作或某个突发事件而导致数据丢失 完整的，能够满足系统各项功能的需要。 系统应以软件工程的思想和方法来建立，保证系统结构的科学性和合理性，同时。 系统的各项功能应符合供水管网管理的要求，信息编码应遵循行业或地方规范。 5 1 经济性和可操作性原则 在保证各项功能完满实现的基础上，应以最好的性能价格化配置系统的软件、硬件： 系统应有良好的用户界面，用户易学易懂，操作简便、灵活。 6 河扩展性和开放性原则 系统应具有良好的接口，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。 2 3 系统设计的内容和实现过程 供水管网信息系统是根据用户的器求和应用目的而设计的一种解决为类或多类实际 供水应用问题的地理信息系统( 李俊策，2 0 0 0 ) 。除了具有地理信息系统基本功能外，还 具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和 方法。此系统一般说来，目标明确，专业性强，系统开销小。 供水管网信息系统设计的内容与过程： 为了使供水管网信息系统开发达到预期目标。根据软件工程思想，采用科学的开发 系统分析 需求分析可行性分析 + 系统设计 总体设计详细设计 + 系统实篪 编程i 调试l 培训 运行维护 运行和维护系统评价 图2 - 1 供水管网信息系统开发的阶段 f i g u r e2 - 1d e v e l o p m e n ts t a g eo f t h e i n f o r m a t i o ns y s t e m 东北农业大学工学硬士学位论文 表2 - 1 供水管网信息系统开发过程的具体内容 t a b l e2 - 1t h ec o n c r e t ec o n t e n to f d e v e l o p m e n tp r o c e s so f t h ei n f o r m a t i o ns y s t e m 内用 管理 开发 容户 人员 需求提出要解决的问题和组织开发队伍 分析所器的信息提供各种进行必要培训 资料 人员 了解用户要求及问 题，搜集资料和数据， 总结与分析 可行性评价现行系统，并从审查可行性报告并决提出多种方案，估计 研究各种方案选择定是否开发 开发费用、时间 总体 设计 详细 设计 编程 讨论子系统模块的合鼓励用户参加系统设说明系统目标和功能 理性及看法 计 讨论设计和用户界面听取用户有关系统界软件设计和功能设计 并进行修改面的反映 随时准备回答具体的监督编程进度进行编程和调试 业务问题 调试总体评价系统，检查监督调试的进度 模块调试、总调 用户界面。 培训接受培训组织培训编写用户手册 运行按系统的要求输入数监督用户严格操作规按系统要求进行数据 与据和输出，并提出修程，准备对系统全面处理工作并进行维护 维护改和扩充评价 系统参加系统评价 组织系统评价 评价 参加系统评价并总结 经验教训 2 4 子系统的设计 子系统设计应采用由下而上的方法，先从实际调查出发，研究其可能涉及的资料， 确定其实体的属性，然后逐级向上综合，并且尽可能地由一些相对独立、功能单一的模 块( 子系统) 按照层次结构组成。 根据系统总体目标及设计原则，以及系统所要具备的项目技术内容，结合m a p i n f o 的二次开发平台的特点，将整个系统分成6 大功能子系统。分别是地形图库管理子系统、 管网输入编辑子系统、管网管理子系统、管网w e b 发布子系统、管网运行调度子系统、 事故处理子系统，每个子系统由数个模块组成。 图2 2 供水管网信息系统的子系统 f i g u r e2 - 2s u b s y s t e m so f t h ei n f o r m a t i o ns y s t e m 1 地形图库管理子系统 本系统的地形图库管理子系统能够分别对点、线、面三种图元的空间数据和图形属 性数据进行编辑，同时集成了矢量化和图形输出功能，可以对地形图库进行灵活管理和 数据转换，是一个功能强大的图形编辑管理系统，包括图形输入、图形编辑、图形输出、 图库管理、数据转换等功能。 2 管网输入编辑子系统 本系统的管网输入编辑子系统提供了多种输入方式。建立与管网元素相关的属性数 据库和提供供水管网的图形属性编辑工具，除了直接的手动输入外，还对大批量的数据 采取了外挂数据库的方式输入，大大方便了信息的录入。该子系统具备供水管网各组成 成分属性数据输入、空间资料转入、管阿编辑、设计以及各种操作。 3 管网管理子系统 本系统的管网管理子系统是通过查询检索的方法快速对耳前的管网信息进行全面的 了解和详细的分析，通过系统提供的各种查询方法能够方便地得到所需的数据和信息。 9 东北农业大学工学硕士学位论文 本子系统主要包括信息浏览、条件检索、查询、分类统计、打印输出等功能。 4 管网运行调度子系统 本系统的管网运行调度子系统可以根据对系统本身的各类数据的计算和分析比较， 找到最优的水源调度方案，并以报表的开工输出，供管理调度服务。 5 管网w e b 发布子系统 不同的用户根据其权限通过网页浏览器可以直接访问管网系统的主页。浏览图形， 查询信息，获取所需的数据和信息( 伍玉琴等，2 0 0 2 ) 。 6 事故处理子系统 事故处理子系统包括爆管事故处理和火灾事故处理两个模块，爆管事故是指管弼中 突发的爆管等漏水事故，用户只需指定漏水处，系统将能够制定出合理的处理方案( 郑苏 娟等，2 0 0 1 ) 。以便及时排除故障。当需检修某个或某些阀门时，则需利用扩大关闸搜索 寻找需关哪些阀门，以便进行抢修：火灾事故处理，是指在城市中突发火灾时，用户只 需指定失火处，并给定搜索条件，系统将能够根据搜索条件，找出可用的消防栓，提供 给消防部门进行灭火( 孙广平，2 0 0 1 ) 。 2 5 系统中信息的流向分析 供水管网中所有的信息通过和其地理位置相关，便可以利用g i s 将供水管网中的各 种信息有效聚合，达到将各种信息在g i s 平台上有机结合的目标。以g i s 为平台的供水 管网信息系统的信息流向如图2 - 3 示。 图2 - 3 信息系统的信息流向图 f i g u r e2 - 3f l o wd i r e c t i o no f i n f o r m a t i o ni nt h ei n f o r m a t i o ns y s t e m 1o 3 供水管网信息系统数据库详细设计 3 1 系统数据库设计的目标 供水管网信息系统数据库设计是对于供水企业管理和用户查询的应用环境，建立一 个性能良好的、能满足不同用户使用要求的数据库模式。按照该数据库模式建立的数据 库，能够反映供水管网信息系统中的信息及信息之间的联系；能够有效地进行数据存储： 能够方便地执行各种数据检索和查询操作，并且有利于进行数据维护和数据控制管理的 工作。 3 2 系统数据库设计 按性质划分，供水管网信息管理的数据库可分为空间数据库和属性数据库，前者由 地形图空间数据( x ，y 坐标等) 和供水管网各组成成分( 如水表、阀门等) 的空间数据( ) ( ，y 坐标等) 组成：后者由地形图属性数据( 如建筑物层数) 和供水管网各组成成分( 如水表、阀 门等) 的属性数据( 如阀门1 2 1 径等) 组成。 按类型划分，本系统的数据库包括地形图数据、管段数据、管网阀门数据、管网水 源数据、管网用户数据、排气阀数据、排泥阀数据、消火栓数据、水表井数据、管网节 点( 如三通、四通、堵头等) 数据和其他( 杂类管点) 数据( 廖敏辉等，2 0 0 2 ) 。 1 空间数据库 空间数据主要是由地理底图数据、点文件( w t ) 、线文件( w 1 ) 、网文件( 呻组成，其 中地理底图数据包括一些最基本的信息，如街道、建筑物等；阀门、消防栓、测压点等 的空间数据形成的点文件：管段和管线的空间数据分别形成的线文件和网文件。 图3 - 1 供水管网信息系统的空间数据库结构 f i g u r e3 - 1s p a t i a ld a t a b a s es t r u c t u r eo f t h ei n f o r m a t i o ns y s t e m 东北农业大学工学硕士学位论文 2 属性数据库 根据目前供水工作的实际情况，本系统属性数据库主要包括管线、管段、阀门、节 点、排气阀、排污口、消防栓、水表、水表井、用户、水源、水池、其他管点及测压点 等数据类型( 吴信才，2 0 0 2 ) 。其属性数据库结构如表3 1 一表3 1 1 示。 1 ) 管线的属性主要有：管径、管材质地、接1 3 形式、所在路名、埋设地土质、埋设 时间、施工单位、管内防腐、检修记录、控制点高程、控制点坐标、控制点坡度。 表3 - 1 管线数据库结构 t a b l e3 - 1d a t a b a s es t n l e t u r eo f p i p e l i n e 2 ) 管段的属性主要有：序号、管段号、起点图号、终点图号、所在位置、管径、管 材质地、埋设时间、管内防腐、用户类型。 表3 - 2 管段数据库结构 t a b l e 3 - 2d a t a b a s es t r u c t u r eo f s e g m e n t o f p i p e l i n e 字段名称字段类型字段长度小数位 3 ) 节点的属性主要有：节点编号、配件名称、配件材质、接1 2 1 形式、埋设时间、节 12 点坐标、节点高程、配件规格、检修记录。 表3 - 3 节点数据库结构 t 曲l e3 - 3d a t a b a s es t r u c t u r eo f n o d e 4 ) 管阀的属性主要有：管阀编号、管阀名称、管阀型号、管阀规格、生产厂家、出 厂日期、所在点坐标、所在点高程、开启方式、开启方向、埋设时间、所在地点、阀门 直径、阀门材料。 表3 4 管阀数据库结构 t 曲1 e3 4d a t a b a s es t r u c t u r eo f v a l v e 5 ) 消防栓的属性主要有：消防栓编号、消防拴名称、消防栓型号、生产厂家、所在 点坐标、所在点高程、所在地点、埋设时间、检修记录。 表3 - 5 消防栓数据库结构 t a b l e3 - 5d a t a b a s es t r u c t u r eo f f i r e h y d r a n t 13 6 ) 排泥阀的属性主要有：排泥阀编号、所在地点、排泥阀口径、所在点坐标、所在 点高程、排放形式、排放记录、控制阀门编号。 表3 - 6 排泥阀数据库结构 t 曲i e3 6d a t a b a s es t r u c t u r eo f m u dv a l v e 7 ) 水表的属性主要有：水表编号、水表型号、水表规格、生产厂家、所在地点、故 障记录、所属单位、检修时期、大表编号。 表3 7 水表数据库结构 t 出l e3 7d a t a b a s es t r u c t u r eo f w a t e rm e t e r 供水管两信息系统数据库详细设计 8 ) 用户的属性主要有：用户编号、用户名称、用户类型、联系电话、用水性质、立 户时间、接管管径、接管地点、接出点坐标、接出点高程、接出管径、接出管材、接出 形式、水表口径、水表编号、变动记录。 表3 - 8 用户数据库结构 t 曲l e3 - 8d a t a b es t r u c t u r eo f u s e r 9 1 杂类管点的属性主要有：杂类管点编号、杂类管点规格、杂类管点型号、所在点 坐标、生产厂家、安装时间、所在管径、检修记录。 表3 - 9 杂类管点数据库结构 t a b l e3 - 9d a m b m es t r u c t u r eo f e q u i p m e n t o f o t i l e r t y p e s 字段名称字段类型字段长度小数位 l 水源、水池的属性主要有：水源编号、图幅号、管段号、所在地点、地点高程、 水源名称、水源编号、最高水位、最低水位、水池容积、地面标高、水泵数、泵组数。 表3 1 0 水源、水池数据库结构 t a b l e3 1 0d a t a b a s es t r u c t u r eo f w e l l h e a da n dc i s t e r n 1 1 ) 管网测点的属性主要有：测点编号、测点参数、测点所在地点、测点建立时间、 测点接出管径、测点坐标。 表3 - 1 1 管网测点数据库结构 t a b l e3 - 1 1d a t a b a s e s t r u c t u r e o f m e t r i c a l p o 纽t o f p i p e l i n e n e t w o r k 16 4 供水管网信息系统应用模型 4 1 应用模型的作用 供水管网应用模型是供水管网信息系统走向实用化的关键，供水管网应用模型主要 应用于信息管理、现状分析( 供水路径、管道负荷、供水区域) 、事故处理分析、优化改 扩建工程。供水管网应用模型可以模拟供水管网系统的静态、动态信息。包括图形、属 性、参数以及状态信息，从而提供有力的数据支持。供水管网的信息系统是否具有实用 价值取决于正确的应用模型建立( 赵洪宾，2 0 0 0 ) 。 供水管网应用模型主要有四个作用： 1 ) 供水管网应用模型是联系g i s 应用系统与供水管网专业研究的纽带。 2 ) 供水管网应用模型是综合利用g i s 应用系统中大量数据的工具。 3 ) 供水管网应用模型是g i s 应用系统解决各种实际问题的武器。 4 ) 供水管网应用模型利于使用者与系统设计者之间的信息交流。 4 2 供水管网应用模型建立的过程 模型的建立过程( 赵洪宾。2 0 0 0 ) 可由下式表示： x o y = m 其中，x 表示供水管网体系：y 表示某种介体，具体讲就是某种模型化的方法：o 代表y 对x 产生的作用；m 是体系x 通过介体y 产生的作用o 所建立的模型。 运用综合方法建立供水管网应用模型的过程可采用以下步骤： 1 ) 系统描述与数据分析 对所要分析的供水管网系统，选择可以描述供水管网状态、与外部关系相关及随时 间变化等方面的数据，构造系统的数据体系。 2 ) 理论推导 根据地理规律和供水管网系统的特点，进行理论推导。 3 ) 简化表达 根据理论分析和具体应用要求，筛选去除相对影响较小和不重要的要素，简化表达 形式，使模型接近实用。 4 ) 参数确定 模型参数的确定可采用参数试验方法，模型可以在应用中进行完善。 4 3 供水管网应用模型 供水系统的管网建模，近年来在国内外引起了不少专家学者的注意和研究 ( w o r b o y s ，1 9 9 0 ；f a i r f i e l d ，1 9 9 1 ；k u r t c h i n a m a n ，1 9 9 3 ；d i n g y u e m i n , 1 9 9 6 ；赵洪宾2 0 0 0 ) ： 归纳起来，城市供水系统管网的应用模型，大致可分为以下三种： 1 ) 供水系统管网宏观模型 供水系统管网宏观模型的建模思想主要是：利用获取的若干类重要的管网参数( 如 】7 东北农业大学工学硕士学位论文 管网测压点压力、泵站出口水压力、泵站出口水流量、水池水位及管网系统用水量等) ， 以统计分析理论为基础，建立系统网络的( 结构性) 分析模型。其数学表达式为： q r ( t ) = 疗( x ( 1 ) ，v ( t ) ，g ( t ) ，h ( t ) ) q p ( t ) = f p ( ) c ( t ) 。v ( t ) ，g ( c ) ，h ( t ) ) ( 4 1 ) h p ( t ) = g p 阻t ) ，v ( t ) ，g ( t ) ，h ( t ) ) h j ( t ) = 舀( x ( 0 ，v ( 1 ) ，g ( 0 ，h ( 1 ) ) 式( 4 1 ) 中： q r ( t 卜一水库流量向量 q p ( t 卜一泵站出口水流向量 h p ( t 卜一泵站出口压力向量 h j ( t ) 一管网测压点压力向量 t 调度时段 x ( 0 调节水池蓄水量向量 v ( t ) 系统中阀门控制向量 甙t ) 系统节点流量向量 1 1 ( 0 系统节点水头向量 式( 4 1 ) 中的右