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GIS供水管理信息系统(一)
发布时间:2011/7/14 14:21:11 字体:[ ]

    随着我国经济建设的高速发展,各地的水资源缺乏现象日益严重,尤其是大城市的缺水问题更是迫在眉睫,而现行的配水管网系统则由于管理手段、管理方式的陈旧,对水资源的分配无法实现及时、合理的优化配置,造成极大的浪费。为了合理地利用水资源就必须采用科学先进的管理手段来提高水资源的利用率和管理水平。鉴于自来水公司在管网管理与维护上存在着查询检索不方便,资料利用率低,信息传输渠道老化,对决策者、信息咨询者不能提供及时、准确的决策依据等问题,作者为D市开发了自来水管网管理信息系统。
    一、系统设计思想
    由于管网信息与地理信息密切相关,信息的分散存放对于信息的获取和分析构成很大障碍,作者将管理系统建立在GIS基础上,使地图和数据有机地联系在一起,选择的开发平台为MapInfo.为了方便和规范设计人员的工作,对MapInfo进行了功能扩充,开发出了计算机辅助设计(CAD)工具。在此基础上根据管网的特点设计并自动完成了设备拓扑关系.考虑到用户对获取管线压力信息的需求,加入了实时监测功能。
    针对MapInfo的有限功能,作者使用VC++作为系统的前台开发工具,采用模块化的设计方法,通过OLE自动化将GIS、CAD和实时监测有机地融合在一起,以便满足自来水管网管理的特殊要求。
    二、系统设计
   (一)系统结构
    根据自来水管理的特点及用户要求,将自来水综合管理系统分为以下几个子系统。
    (1)用户管理系统:管理用户数据.供用户管理人员使用。
    (2)管网大样系统:管理管网大样数据,具有辅助设计功能.供管网设计人员使用。
    (3)基础资料管理:管理除大样系统和用户数据外的其他数据,供基础资料管理人员使用。
    (4)地理信息系统:综合利用所有数据,主要功能是数据的查询、统计、分析.供管理决策人员使用。
    (5)实时压力监测:实现压力点的定位及压力监测。
      另外还为紧急事故处理、水源调度管理、管网水质分析预留了软件接口。
    (二)系统功能模块
    根据用户的功能要求,经过系统分析,将系统需要完成的功能划分为各个模块,下面对各功能模块进行逐一说明。
    (1)视图控制模块:包括图层控制、地图显示样式、地图比例、显示关闭标注等所有与视图显示状态有关的操作功能。
    (2)打印功能模块:实现图形及报表的输出。
    (3)浏览功能模块:通过浏览功能,用户可以调出图层的属性数据库,进而可以定位到所需的地理对象。如果此图层是可编辑的,用户可以直接对属性数据库进行编辑修改,通过对用户浏览权限的限制,加强了数据的保密性和安全性。
    (4)编辑功能模块:提供标准编辑工具(直线、折线、多边形等)、专业绘制工具(如特定阀门类型、消火栓、水表)、图形变换工具和辅助设计工具。
    (5)查询定位模块:实现了双向查询功能。即空间数据到属性数据的查询和属性数据到空间数据的查询。
    (6)统计功能模块:用户可以划定范围对管线及其他设备进行统计。统计结果用列表和统计图形表示。
    (7)压力显示模块:实时检测并动态显示各压力测试点的压力,以便随时跟踪其压力变化,对于现场的压力检测使用传感器将压力信号转换为电流信号,传送给A/D智能接口板形成计算机可以直接读取的数字信号,读取智能接口板端口的数据,经过数据处理显示其压力值。
    (8)压力点定位模块:用户可以根据压力监测点的名称或与其对应的A/D智能接口板端口号来定位压力监测点。
    (9)测量功能模块:此模块主要是为使用户对诸如长度、距离等管网设备的地理参数有所了解而设置的系统所有的图层均配备了大地坐标系,用户可以利用给定的测量工具(测量标尺)进行测量。
    (三)数据结构
    为了方便管理,同时考虑到用户需求,经过详尽的系统分析,将系统数据划分为15个专题图层.总体可分为4类。
    (1)基础图:包括单位库、街道库、注释层、地理层、建筑物库。
   
建筑物库是一个比较特殊的库,它的记录有两种情况:一种记录有相应的地理对象,另一种记录没有相应的地理对象。这是因为一幢建筑物只对应一个地理对象,但却对应着很多住户,而每一个住户都对应着一条记录。它的空间数据和属性数据应满足一对多的关系,因此规定在同一建筑物内的用户具有相同的编号,即建筑物在整个建筑物库中的惟一编号。
    (2)专业图:包括管线库、阀门库、水表库、消防栓库、大样系统、大样表格、测试点层。
   
自来水管网的设备具有特殊的连接关系,主要表现为方向性和级别性;GIS的空间拓扑关系不能直接满足管理的需要,因此在属性数据库中建立了设备拓扑关系。结构如下:每个设备都具有惟一的编号;阀门具有进线号、出线号两个字段,分别保存与它相连的两条管线的编号;管线起点、终点两个字段保存与它相连的阀门编号;其他设备类同.通过对MapInfo的功能扩充实现了拓扑关系的自动建立。
    (3)背景图:包括分区层、底色层。
    将整个地图范围划分为若干小区,每个区与自来水公司提供的原有图纸相对应,方便了用户的维护和查询.
    (4)辅助层:包括图层分类。
    图层分类存放系统中各图层的名称和有关设置,主要目的是增加系统的灵活性。
    三、系统实现
    系统使用模块化设计方法。各个子系统相互独立,只需增加接口就可以实现系统的扩展。这种方法使系统结构简单,性能稳定,具有很高的灵活性和安全性。
    各子系统分别利用OLE自动化嵌入MapInfo,并运行与之相应的MapBasic程序。系统中与地理信息无关的功能由前台VC++直接实现,如压力监测;有关的功能则通过控制后台的MapInfo实现,如大样图辅助设计工具。
    本文根据MapInfo的OLE自动化模型,为前台程序设计了三种对MapInfo的控制方法。
    ( 1)直接调用MapInfo命令或执行MapBasic语句。如视图的放大、缩小为直接调用命令;图层控制则是先获得各图层状态,由前台VC++展现给用户,然后根据用户的选择进行设置。
    (2)执行MapBasic程序。对MapInfo扩充的一些GIS功能,基本上是由MapBasic程序实现的,如大样图的辅助设计工具,因此本文通过OLE自动化直接对MapBasic程序进行控制。
    (3)首先设置运行状态下的MapBasic程序中的全局变量,然后由MapBasic根据全局变量的值执行相应过程和功能函数。此时,全局变量在前后台通讯中起到了一个参数的作用。
    四、结语
    本系统是以D市自来水公司的自来水管网为基础,以MapInfo为GIS开发平台,以VC++为开发前台建立起来的自来水管网管理系统。该系统的建立,为科学高效地管理自来水系统作出了创造性的尝试,具有明显的经济效益和社会效益.具体表现在以下几个方面:
    (1)提高城市供水系统的安全可靠性,保证服务质量;
    
(2)实时监控各个压力测试点的压力,以合理调整负荷分割;
   
(3)准确、高效地为用户提供有关数据,使用户及时作出科学决策;
    (4)使用户从繁重的档案查询中彻底解脱出来。
    只要配以相应的电子地图,本系统可以直接应用于其他地区的自来水管理;本系统提出的管理模式和方法、建立的系统结构同样适用于邮电通讯、市政规划、石油化工等各个部门和行业.各专业在信息可视化系统的开发必将对我国城市基础建设起到推动作用。
    本系统将CAD、实时监测技术有机地融于GIS中,是一种非常有益的尝试,同时也为这三种技术的融合提供了一种有效的途经。

(本文节选江崇礼、刘春雨、董明教授《G I S供水管理信息系统》一文,特此鸣谢)

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