排水管网地理信息系统的设计与实现

炒5 哕, , n U l 螋l I I H II lJ l l 11111缈Il J l Y 37 3 9 2 8 川 分类号：T P 3 1 1 密级： 夕 y ， S H A N D 单位代码：1 0 4 2 2 学号：2 0 1 6 2 2 0 8 9 6 办季 U N 【V E R S I T Y 硕士学位论文 T 1f cM a s t e rD e g h e s l st o rM a s t e rD e g r e e上 ( 专业学位) 论文题目： 排水管网地理信息系统的设计与实现 T h eD e s i g na n dI m p l e m e n t a t i o no ft h eD r a i n a g e N e t w o r k 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 作者姓名 培养单位 刘易霖 软件学院 专业学位名称 软件工程 指导教师 合作导师 潘荣江教授 2 0 1 9 每三0 5 周2 0 因 万方数据 分类号：T P 3 1 1 密级： 单位代码：1 0 4 2 2 学号：2 0 1 6 2 2 0 8 9 6 0 篓办孑 硕士学位论文 ( 专业学位) 论文题目：排水管网地理信息系统的设计与实现 T h eD e s i g na n dI m p l e m e n t a t i o no ft h eD r a i n a g eN e t w o r k 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 作者姓名刘易霖 学院名称软件学院 专业学位名称软件工程 指导教师 合作导师 潘荣江教授 2 0 19 年0 5 月2 0 日 8咖29川3眦万删53Y 万方数据 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： 期：2 0 1 9 5 2 0 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，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：刨星基 导师签名： 论文作者签名：刭益器 导师签名：日期：幽二三二垫 万方数据 山东大学硕士学位论文 目录 摘要I A B S T I 认C T I I I 第1 章绪论1 l - l 系统开发背景1 1 2 国内外研究现状2 1 3 系统解决的问题3 1 4 本文主要工作5 1 5 论文组织结构5 第2 章需求分析7 2 1 系统概述7 2 2 排水管网数据转换系统功能性需求8 2 3 排水管网地理信息系统功能性需求9 2 3 1 基本G I S 功能1 0 2 3 2 排水管网数据维护与管理1 2 2 3 3 排水管网数据查询统计1 4 2 3 4 排水管网分析1 7 2 3 5 排水管网规划辅助1 8 2 3 6 出图打印2 0 2 4 非功能性需求2 1 第3 章系统架构设计2 3 3 1 总体架构设计2 3 3 2 技术架构设计2 4 3 3 网络架构设计2 6 3 4 系统数据架构2 6 3 5 系统功能架构2 7 3 5 1 排水管网数据转换系统2 7 3 5 2 排水管网地理信息系统2 8 万方数据 山东大学硕士学位论文 第4 章系统详细设计3 0 4 1 系统建模3 0 4 1 1 静态结构图3 0 4 1 2 动态结构图3 2 4 2 数据库设计3 4 4 2 1 数据库概念模型设计3 4 4 2 2 数据库表设计3 7 4 2 3 空间数据库的构成3 8 第5 章系统实现与测试4 2 5 1 系统开发运行环境4 2 5 1 1G I S 平台4 2 5 1 2 数据库4 3 5 1 3 开发工具4 3 5 1 4 系统开发模式4 3 5 2 核心技术实现4 4 5 3 系统功能模块实现4 6 5 3 1 基本G I S 功能实现4 7 5 3 2 排水管网数据维护与管理实现4 8 5 3 3 排水管网数据查询统计实现4 9 5 3 4 排水管网分析实现5 2 5 3 5 排水管网规划辅助实现5 3 5 3 6 出图打印实现5 4 5 4 系统测试5 5 5 4 1 测试环境与方案5 5 5 4 2 测试数据与过程5 7 5 4 3 测试结果与分析5 8 第6 章总结与展望6 3 参考文献6 5 致谢6 8 万方数据 山东大学硕士学位论文 C O N T E N T S C h i n e s eA b s t r a c t I E n g l i s h A b s t r a c t ，I I I C h a p t e r1 I n t r o d u c t i o n 1 1 1S y s t e md e v e l o p m e n t b a c k g r o u n d 1 1 2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ，2 1 3S y s t e ms o l v e dp r o b l e m s 3 1 4M a i nw o r ko f t h i st h e s i s 5 1 5O r g a n i z a t i o n a ls 仃u c n l r eo f t h i st h e s i s 一5 C h a p t e r2D e m a n da n a l y s i s 7 2 1 S y s t e mo v e r v i e w ，7 2 2D r a i n a g en e t w o r kd a t ac o n v e r s i o ns y s t e mf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s 8 2 3D r a i n a g en e t w o r kG I Sf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，9 2 3 1B a s i cG I Sf u n c t i o n 1 0 2 3 2D r a i n a g en e t w o r kd a t am a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n t 1 2 2 3 3D r a i n a g en e t w o r kd a t aq u e r ys t a t i s t i c s 1 4 2 3 4D r a i n a g en e t w o r ka n a l y s i s 1 7 2 3 5D r a i n a g en e t w o r kp l a n n i n ga s s i s t a n c e 18 2 3 6F i g u r ep r i n t 2 0 2 4N o n f u n c t i o n a ld e m a n d 2 1 C h a p t e r3S y s t e ma r c h i t e c t u r ed e s i g n ，2 3 3 1O v e r a l la r c h i t e c t u r ed e s i g n 2 3 3 2T e c h n i c a la r c h i t e c t u r ed e s i g n 2 4 3 3N e t w o r ka r c h i t e c t u r ed e s i g n ，2 6 3 4S y s t e md a t aa r c h i t e c t u r e 2 6 3 5S y s t e mf u n c t i o n a la r c h i t e c t u r e 2 7 3 5 1 D r a i n a g ep i p en e t w o r kd a t ac o n v e r s i o ns y s t e m 2 7 万方数据 山东大学硕士学位论文 3 5 2D r a i n a g en e t w o r kg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 2 8 C h a p t e r 4S y s t e md e t a i ld e s i g n 3 0 4 I S y s t e mm o d e l i n g 3 0 4 1 1S t a t i cs t r u c t u r ed i a g r a m 3 0 4 1 2D y n a m i cs 仃u c t u r ed i a g r a m 3 2 4 2D a t a b a s ed e s i g n ，3 4 4 2 1D a t a b a s ec o n c e p t u a lm o d e ld e s i g n 3 4 4 2 2D a t a b a s et a b l ed e s i g n 3 7 4 2 3C o m p o s i t i o no f s p a t i a ld a t a b a s e 3 8 C h a p t e r5S y s t e mi m p l e m e n t a t i o na n dt e s t 4 2 5 1 S y s t e md e v e l o p m e n ta n do p e r a t i o ne n v i r o n m e n t 4 2 5 1 1G I Sp l a t f o r m 4 2 5 1 2D a t a b a s e ，4 3 5 1 3D e v e l o p m e n t t o o l s 4 3 5 1 4S y s t e md e v e l o p m e n tm o d e l 4 3 5 2C o r et e c h n o l o g yi m p l e m e n t a t i o n 4 4 5 3S y s t e mf u n c t i o nm o d u l ei m p l e m e n t a t i o n ，4 6 5 3 1B a s i cG I Sf u n c t i o ni m p l e m e n t a t i o n 。4 7 5 3 2 D r a i n a g e n e t w o r kd a t am a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n t i m p l e m e n t a t i o n ，4 8 5 3 3D r a i n a g en e t w o r kd a t aq u e r ys t a t i s t i c si m p l e m e n t a t i o n 4 9 5 3 4D r a i n a g en e t w o r ka n a l y s i si m p l e m e n t a t i o n 5 2 5 3 5D r a i n a g en e t w o r kp l a n n i n ga s s i s t a n c ei m p l e m e n t a t i o n 5 3 5 3 6F i g u r ep r i n t i m p l e m e n t a t i o n 5 4 5 4 S y s t e mt e s t 5 5 5 4 1T e s te n v i r o n m e n ta n ds o l u t i o n 5 5 5 4 2T e s td a t aa n d p r o c e s s 5 7 5 4 3T e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s ，5 8 万方数据 山东大学硕士学位论文 C h a p t e r6S u m m a r ya n do u t l o o k ，6 3 R e f e r e n c e s 6 5 A c k n o w l e d g e m e n t ，6 8 V 万方数据 山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，城市的发展速度逐步提升，在城市核心支撑设施的排水管网行业 也更加繁琐和密集，现在的管线管理方式和数据情况已经不能满足城市快速进 步的需要。面临的当前现象需要研究排水管网地理信息系统，此系统是在全面 普查城市排水管网空间分布和属性情况的基础上，结合城市规划，建立的具有 高度全面性、现势性的排水管网数据库。该系统将排水管网信息以数字形式存 储在数据库中，从而实现对城市内排水管网数据的管理、审批、分析、查询、 输出和实时更新等。 系统选择了A r c E n g i n e 、A r c S D E 及O r a c l e1 1 9 数据库的技术方案，围绕空 间信息的思想采集并处理资料，利用不同办法把空间资料、属性资料保存至数 据库内，让基础空间数据库变成排水地理信息系统的核心支撑，转变成不同领 域的软件空间定位来源，进而达到精准、迅速与高度共享空间数据库的效果。 选择了A r c G I S 进行资料存储的技术，通过V i s u a lC f j 编程语言和A r c E n g i n e 给 予的C O M 接口进行搭建，构造系统资料维护层的操作，利用A r c S D E 完成资 料的获取，满足数据库的加载及搜索汇总操作，完成资料的变动，达到网上服 务等资料对外共享的需要。 排水管网地理信息系统的开发主要包括排水管网地理信息系统( c s ) 、排水 管网数据转换系统( C A D ) 。此课题搜集了城市排水管网、排水管点、排水设 施及排水户等排水数据，将其与城市基础地理数据进行整合，通过系统展示出 来。基于实际工作需求对系统功能进行定向开发，使系统能够实现综合管网数 据与专业排水管网数据的无损转换，满足日常工作中的查询统计需要，并基于 空间数据信息完成联通分析、上下游分析、横纵断面分析等空间分析。针对现 实中排水管网数据的新建、改造及废弃等情况，制定的一整套管线更新维护机 制，保证了软件生命周期内的数据现势性。 排水管网地理信息系统的建设能够进行地下排水管网信息数据的采集、更 新、转换、扩展、整合等常见场景，确保所有资源的准确程度和完整性。还能 万方数据 山东大学硕士学位论文 够借助本系统生成符合归档需要及条件的图件文件，给地下管线工程文件创建 不同时段地下排水管网资料的历史资源及必备资源。 关键字：排水管网地理；软件生命周期：G I S ；计算机科学与技术 万方数据 山东大学硕士学位论文 A B S T R A C T I nr e c e n ty e a r s ，a st h ec i t yc o n t i n u e st od e v e l o pa n dd e v e l o p ，t h ed r a i n a g e n e t w o r ka Sa ni m p o r t a n ti n f r a s t r u c t u r eo ft h ec i t yi sb e c o m i n gl a r g e ra n dd e n s e r T h e c u r r e n tp i p e l i n em a n a g e m e n tm e t h o d sa n dd a t ac o n d i t i o n sC a nn ol o n g e rm e e tt h e r e q u i r e m e n t so fr a p i du r b a nd e v e l o p m e n t I nr e s p o n s et ot h e s ep r o b l e m s ，ad r a i n a g e n e t w o r kG I Sw a se s t a b l i s h e d B a s e do nac o m p r e h e n s i v es u r v e yo ft h es p a t i a l d i s t r i b u t i o na n da t t r i b u t e so fu r b a nd r a i n a g en e t w o r k s ，c o m b i n e dw i t hu r b a n p l a n n i n g ，t h es y s t e me s t a b l i s h e sah i g h l yc o m p r e h e n s i v ea n dc u r r e n td r a i n a g e n e t w o r kd a t a b a s e T h es y s t e ms t o r e st h ed r a i n a g en e t w o r ki n f o r m a t i o ni nad i g i t a l f o r mi nt h ed a t a b a s e ，t h e r e b yr e a l i z i n gt h em a n a g e m e n t ，a p p r o v a l ，a n a l y s i s ，q u e r y , o u t p u t ，a n dr e a l - t i m eu p d a t i n go ft h ed r a i n a g en e t w o r kd a t ai nt h ec i t y T h es y s t e mu s e sac o m b i n a t i o no fA r c E n g i n e + A r c S D E + O r a c l e1lg t e c h n o l o g y T h ec o n c e p to fs p a t i a ld a t ao r g a n i z e sa n dm a n a g e sd a t a ，a n ds t o r e s s p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t ai nad a t a b a s ei nv a r i o u sw a y s ，m a k i n gt h eb a s i cs p a t i a l d a t a b a s eb e c o m et h ei n f r a s t r u c t u r eo ft h ed r a i n a g eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m I t h a sb e c o m et h eb a s i sf o rs p a t i a l p o s i t i o n i n go fi n f o r m a t i o ns y s t e m si nv a r i o u s i n d u s t r i e s ，t h e r e b ya c h i e v i n gt h eg o a lo fa c c u r a t e ，e f f i c i e n ta n dh i g h l ys h a r e ds p a t i a l d a t a b a s e s I tu s e sA r c G I Sa sap l a t f o r mf o rd a t ac r e a t i o n I tc o m b i n e st h eV i s u a lC d e v e l o p m e n tl a n g u a g ew i t ht h eC O M i n t e r f a c ep r o v i d e db yA r c E n g i n et oe s t a b l i s h t h e a p p l i c a t i o no ft h es y s t e m d a t a m a n a g e m e n tl a y e r T h r o u g hA r c S D E ，i t i m p l e m e n t se x t e r n a ls e r v i c ef u n c t i o n ss u c ha sd a t aa c c e s s ，i n v o c a t i o n ，q u e r y , a n a l y s i s ，u p d a t e ，a n do n l i n es e r v i c e s T h ed r a i n a g en e t w o r kG I Sm a i n l yi n c l u d e st h ed r a i n a g en e t w o r kg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ( C S ) a n dt h ed r a i n a g en e t w o r kd a t ac o n v e r s i o ns y s t e m ( C A D ) T h i st o p i cc o l l e c t sd r a i n a g ed a t as u c ha su r b a nd r a i n a g ep i p en e t w o r k ，d r a i n a g ep i p e p o i n t s ，d r a i n a g ef a c i l i t i e sa n dd r a i n a g eh o u s e h o l d s ，a n di n t e g r a t e st h e mw i t hu r b a n I I I 万方数据 山东大学硕士学位论文 b a s i cg e o g r a p h i cd a t aa n dd i s p l a y st h e mt h r o u g ht h es y s t e m T h es y s t e mf u n c t i o ni s o r i e n t e dd e v e l o p m e n tb a s e do na c t u a lw o r kr e q u i r e m e n t s ，S Ot h a tt h es y s t e mc a n r e a l i z et h en o n - d e s t r u c t i v ec o n v e r s i o no fi n t e g r a t e d p i p e n e t w o r kd a t aa n d p r o f e s s i o n a ld r a i n a g ep i p en e t w o r kd a t a T h e r e f o r e ，i ts a t i s f i e st h en e e d so fq u e r y s t a t i s t i c si nd a i l yw o r k ，a n dc o m p l e t e ss p a t i a la n a l y s i ss u c ha sc o m m u n i c a t i o n a n a l y s i s ，u p s t r e a ma n dd o w n s t r e a ma n a l y s i s ，a n dh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ls e c t i o n a n a l y s i s b a s e do ns p a t i a ld a t ai n f o r m a t i o n A i m i n ga tt h en e wc o n s t r u c t i o n ， t r a n s f o r m a t i o na n da b a n d o n m e n to ft h ed r a i n a g ep i p en e t w o r kd a t ai nr e a l i t y , a c o m p l e t er e p a i ra n dm a i n t e n a n c em e c h a n i s mo ft h ec a s i n gl i n ei se s t a b l i s h e dt o e n s u r et h ed a t ap r e s e n t i t yw i t h i nt h es o f t w a r el i f ec y c l e T h ec o n s t r u c t i o no ft h ed r a i n a g en e t w o r kG I Sc a nc a r r yo u tt h ed a i l yw o r ko f c o l l e c t i n g ，u p d a t i n g ，t r a n s f o r m i n g ，e x p a n d i n ga n di n t e g r a t i n gt h ei n f o r m a t i o no f t h e u n d e r g r o u n dd r a i n a g en e t w o r kt oe n s u r et h ec u r r e n ts i t u a t i o n ，a c c u r a c ya n di n t e g r i t y o ft h ee n t i r es y s t e md a t a T h es y s t e mC a na l s ob eu s e dt oc r e a t em a pr e p o r t st h a t m e e ta r c h i v i n gr e q u i r e m e n t sa n ds t a n d a r d s ，a n dp r o v i d eh i s t o r i c a lb a c k t r a c k i n ga n d m a n d a t o r yd a t af o ru n d e r g r o u n dp i p e l i n en e t w o r ki n f o r m a t i o nf o re a c ht i m ep e r i o d K e y w o r d s ：D r a i n a g eN e t w o r k ；S o f t w a r el i f e c y c l e ；G I S ；C o m p u t e rs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y I V 万方数据 山东大学硕士学位论文 1 1 系统开发背景 第1 章绪论 国内各城市的发展较为迅速，对于城市市政的建设比较多，特别是城市排 水管网的应用速度更新较快、规模广泛，通过原有的传统维护方式很难适应社 会的进步与更新需要。政府对排水管网数据的管理存在诸多问题：一是竣工 数据不完整，用于维护基础的文字资源和图形资源均保存至纸质介质内，不易 存储且保存精度低，信息检索不方便，管理效率低，需要对排水管网数据进行 数字化，切实了解排水管网数据情况；二是排水管网需要与滇池投资有限公司 的排水管网数据实现数据对接；三是新建污水处理厂流量无法达到标准，应该 找出问题所在，及时对管道进行改造，使污水处理厂发挥最大功效【2 1 。针对需 要改变的这些现象，搭建的排水管网地理信息系统，进行应用过程中慢慢发掘 了自身的应用意义。 城市排水管网作为城市核心支撑建设的主要构成因素，成为确保城市生产 与生活正常运转的关键问题，成为城市安全以及繁荣的根本原因，也给城市建 设、规划、维护提供基础数据与公众共享的数据【3 】。最近几年，城市的发展建 设步伐在加快，在城市核心支撑设施的排水管网行业也更加繁琐和密集，现在 的管线管理方式和数据情况已经不能满足城市快速发展的要求【4 1 。针对这些问 题，需要建立排水管网地理信息系统，该系统是在全面普查城市排水管网空间 分布和属性情况的基础上，结合城市规划，建立的具有高度全面性、现势性的 排水管网数据库【5 1 。该系统将排水管网信息以数字形式存储在数据库中，从而 实现对城市内排水管网数据的管理、审批、分析、查询、输出和实时更新等【6 1 。 在传统的手工管理模式与现代化排水管网的发展不相适应时，研究一套功 能全面的排水管网管理信息系统，成为排水管网管理进步的标志。G I S 能够把 地理位置与对应的属性进行有机整合，按照具体情况真实、准确、图文并茂的 展现在客户页面，符合市政部门在排水管网运行、数据获取、变动、搜索、汇 万方数据 山东大学硕士学位论文 总、辅助设计与科学调度等部分的要求，而且利用其独特的空间分析操作与可 视化手段，完成对各类资料的辅助决策与分析【7 1 。 1 2 国内外研究现状 发达国家极为重视城市排水管网的管理，西方国家都建立了大城市详细的 排水管网地理信息系统，他们利用丰富的G I S 技术，将空间和属性资料保存至 空间数据库内，借助G I S 细致的空间分析手段，通过排水管网地理信息系统进 行地下管线的管理及决策【8 1 。一般情况类似的排水管网地理信息系统可应用之 所有城市，排水管网仅仅是大系统内其中的子操作。国外排水管网地理信息系 统还结合自动制图系统、设施管理系统等，给城市的建设及规划带来了精度较 高、可靠性较好的趋势【9 1 。而且西方国家开始着手建设更为领先的排水管网地 理信息系统。总体而言，集成网络通讯手段、遥感数据处理技术与专业模型成 为现在国外排水管网地理信息系统的发展趋势。 在国内，针对城市排水管网地理信息系统信息化管理的研究较晚，从上个 世纪八，九十年代起，还投入了大量的人力物力研究开发排水管网地理信息系 统。伴随这些年的调查和了解，现在排水管网地理信息系统的研究重点己从管 线数据入库与管理转向了管线的空间分析及辅助设计。我国城市排水行业已经 迈进了信息化建设和管理的时代，专业性应用软件的开发和应用是信息化建设 的首要任务。各级政府机关均在实践中，不断的摸索和开发适合我国地方特色 的国产排水管网地理信息系统，例如东方新图排水管网地理信息系统、江苏启 飞排水管网G I S 系统、齐鲁石化排水管网地理信息系统等【1 0 】。 东方新图排水管网地理信息系统通过排水管网数据标准化及数据库管理软 件，开发了B S 、C S 、移动端等不同的版本，可以合理的保存地下排水管网现 状内容，迅速完成管线资料的动态变换与资料搜索，满足管线信息的数字化及 信息化建设，提升了地下排水管网维护中的科学性以及规范性】。 江苏启飞排水管网G I S 系统应用了G I S 三维引擎技术建立了地下排水管网 准确、现势的数据库，可以展示二维、三维的地理模型数据，可以迅速给排水 管网规划工作带来决策的依据；而且，利用管线信息系统提供的排水管网资源 万方数据 山东大学硕士学位论文 库，可以合理的避免管线工程与交通出现盲目施工导致地下管线断裂的情况出 现，改善规划审批的效能，而且有效避免城市的各类现象与投资环境出现的问 题【1 2 】。 齐鲁石化排水管网地理信息系统通过Z G I S 平台进行建设，搭建了地下排 水管网辅助决策支持的信息平台遵循科学发展理念与创造社会主义和谐社会、 资源节约社会、环境友好社会的思想，管线信息化阶段为能够随时满足精确的 管线理论，生成应急抢险办法，适应防灾、应付突发性重大事故等情况带来方 便，为确保城市地下管线的安全使用提供了深远的效果 1 3 】。 地下排水管网与政府行政管理和人民大众生产生活密切相关，根据住房与 城乡建设部下发的城市排水防涝设施普查数据采集与管理技术导则( 试行) 和地方行业标准的相关要求，建立了排水管线探测数据标准排水设施数据标准， 以确保所用数据的准确性、标准化和统一性。为了统一规范管理已有的和将来 探测产生的排水成果数据，需建立一套对排水管线数据采集、转换、加工处理 和动态管理的排水管网地理信息系统，并按照新标准的要求，整合原有的排水 管线