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GIS供水管理信息系統(一)
發布時間:2011/7/14 14:21:11 字體:[ ]

    隨著我國經濟建設的高速發展,各地的水資源缺乏現象日益嚴重,尤其是大城市的缺水問題更是迫在眉睫,而現行的配水管網系統則由于管理手段、管理方式的陳舊,對水資源的分配無法實現及時、合理的優化配置,造成極大的浪費。為了合理地利用水資源就必須采用科學先進的管理手段來提高水資源的利用率和管理水平。鑒于自來水公司在管網管理與維護上存在著查詢檢索不方便,資料利用率低,信息傳輸渠道老化,對決策者、信息咨詢者不能提供及時、準確的決策依據等問題,作者為D市開發了自來水管網管理信息系統。
    一、系統設計思想
    由于管網信息與地理信息密切相關,信息的分散存放對于信息的獲取和分析構成很大障礙,作者將管理系統建立在GIS基礎上,使地圖和數據有機地聯系在一起,選擇的開發平臺為MapInfo.為了方便和規范設計人員的工作,對MapInfo進行了功能擴充,開發出了計算機輔助設計(CAD)工具。在此基礎上根據管網的特點設計并自動完成了設備拓撲關系.考慮到用戶對獲取管線壓力信息的需求,加入了實時監測功能。
    針對MapInfo的有限功能,作者使用VC++作為系統的前臺開發工具,采用模塊化的設計方法,通過OLE自動化將GIS、CAD和實時監測有機地融合在一起,以便滿足自來水管網管理的特殊要求。
    二、系統設計
   (一)系統結構
    根據自來水管理的特點及用戶要求,將自來水綜合管理系統分為以下幾個子系統。
    (1)用戶管理系統:管理用戶數據.供用戶管理人員使用。
    (2)管網大樣系統:管理管網大樣數據,具有輔助設計功能.供管網設計人員使用。
    (3)基礎資料管理:管理除大樣系統和用戶數據外的其他數據,供基礎資料管理人員使用。
    (4)地理信息系統:綜合利用所有數據,主要功能是數據的查詢、統計、分析.供管理決策人員使用。
    (5)實時壓力監測:實現壓力點的定位及壓力監測。
      另外還為緊急事故處理、水源調度管理、管網水質分析預留了軟件接口。
    (二)系統功能模塊
    根據用戶的功能要求,經過系統分析,將系統需要完成的功能劃分為各個模塊,下面對各功能模塊進行逐一說明。
    (1)視圖控制模塊:包括圖層控制、地圖顯示樣式、地圖比例、顯示關閉標注等所有與視圖顯示狀態有關的操作功能。
    (2)打印功能模塊:實現圖形及報表的輸出。
    (3)瀏覽功能模塊:通過瀏覽功能,用戶可以調出圖層的屬性數據庫,進而可以定位到所需的地理對象。如果此圖層是可編輯的,用戶可以直接對屬性數據庫進行編輯修改,通過對用戶瀏覽權限的限制,加強了數據的保密性和安全性。
    (4)編輯功能模塊:提供標準編輯工具(直線、折線、多邊形等)、專業繪制工具(如特定閥門類型、消火栓、水表)、圖形變換工具和輔助設計工具。
    (5)查詢定位模塊:實現了雙向查詢功能。即空間數據到屬性數據的查詢和屬性數據到空間數據的查詢。
    (6)統計功能模塊:用戶可以劃定范圍對管線及其他設備進行統計。統計結果用列表和統計圖形表示。
    (7)壓力顯示模塊:實時檢測并動態顯示各壓力測試點的壓力,以便隨時跟蹤其壓力變化,對于現場的壓力檢測使用傳感器將壓力信號轉換為電流信號,傳送給A/D智能接口板形成計算機可以直接讀取的數字信號,讀取智能接口板端口的數據,經過數據處理顯示其壓力值。
    (8)壓力點定位模塊:用戶可以根據壓力監測點的名稱或與其對應的A/D智能接口板端口號來定位壓力監測點。
    (9)測量功能模塊:此模塊主要是為使用戶對諸如長度、距離等管網設備的地理參數有所了解而設置的系統所有的圖層均配備了大地坐標系,用戶可以利用給定的測量工具(測量標尺)進行測量。
    (三)數據結構
    為了方便管理,同時考慮到用戶需求,經過詳盡的系統分析,將系統數據劃分為15個專題圖層.總體可分為4類。
    (1)基礎圖:包括單位庫、街道庫、注釋層、地理層、建筑物庫。
   
建筑物庫是一個比較特殊的庫,它的記錄有兩種情況:一種記錄有相應的地理對象,另一種記錄沒有相應的地理對象。這是因為一幢建筑物只對應一個地理對象,但卻對應著很多住戶,而每一個住戶都對應著一條記錄。它的空間數據和屬性數據應滿足一對多的關系,因此規定在同一建筑物內的用戶具有相同的編號,即建筑物在整個建筑物庫中的惟一編號。
    (2)專業圖:包括管線庫、閥門庫、水表庫、消防栓庫、大樣系統、大樣表格、測試點層。
   
自來水管網的設備具有特殊的連接關系,主要表現為方向性和級別性;GIS的空間拓撲關系不能直接滿足管理的需要,因此在屬性數據庫中建立了設備拓撲關系。結構如下:每個設備都具有惟一的編號;閥門具有進線號、出線號兩個字段,分別保存與它相連的兩條管線的編號;管線起點、終點兩個字段保存與它相連的閥門編號;其他設備類同.通過對MapInfo的功能擴充實現了拓撲關系的自動建立。
    (3)背景圖:包括分區層、底色層。
    將整個地圖范圍劃分為若干小區,每個區與自來水公司提供的原有圖紙相對應,方便了用戶的維護和查詢.
    (4)輔助層:包括圖層分類。
    圖層分類存放系統中各圖層的名稱和有關設置,主要目的是增加系統的靈活性。
    三、系統實現
    系統使用模塊化設計方法。各個子系統相互獨立,只需增加接口就可以實現系統的擴展。這種方法使系統結構簡單,性能穩定,具有很高的靈活性和安全性。
    各子系統分別利用OLE自動化嵌入MapInfo,并運行與之相應的MapBasic程序。系統中與地理信息無關的功能由前臺VC++直接實現,如壓力監測;有關的功能則通過控制后臺的MapInfo實現,如大樣圖輔助設計工具。
    本文根據MapInfo的OLE自動化模型,為前臺程序設計了三種對MapInfo的控制方法。
    ( 1)直接調用MapInfo命令或執行MapBasic語句。如視圖的放大、縮小為直接調用命令;圖層控制則是先獲得各圖層狀態,由前臺VC++展現給用戶,然后根據用戶的選擇進行設置。
    (2)執行MapBasic程序。對MapInfo擴充的一些GIS功能,基本上是由MapBasic程序實現的,如大樣圖的輔助設計工具,因此本文通過OLE自動化直接對MapBasic程序進行控制。
    (3)首先設置運行狀態下的MapBasic程序中的全局變量,然后由MapBasic根據全局變量的值執行相應過程和功能函數。此時,全局變量在前后臺通訊中起到了一個參數的作用。
    四、結語
    本系統是以D市自來水公司的自來水管網為基礎,以MapInfo為GIS開發平臺,以VC++為開發前臺建立起來的自來水管網管理系統。該系統的建立,為科學高效地管理自來水系統作出了創造性的嘗試,具有明顯的經濟效益和社會效益.具體表現在以下幾個方面:
    (1)提高城市供水系統的安全可靠性,保證服務質量;
    
(2)實時監控各個壓力測試點的壓力,以合理調整負荷分割;
   
(3)準確、高效地為用戶提供有關數據,使用戶及時作出科學決策;
    (4)使用戶從繁重的檔案查詢中徹底解脫出來。
    只要配以相應的電子地圖,本系統可以直接應用于其他地區的自來水管理;本系統提出的管理模式和方法、建立的系統結構同樣適用于郵電通訊、市政規劃、石油化工等各個部門和行業.各專業在信息可視化系統的開發必將對我國城市基礎建設起到推動作用。
    本系統將CAD、實時監測技術有機地融于GIS中,是一種非常有益的嘗試,同時也為這三種技術的融合提供了一種有效的途經。

(本文節選江崇禮、劉春雨、董明教授《G I S供水管理信息系統》一文,特此鳴謝)

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