大庆市给水排水管网信息管理系统的开发
摘要：传统的图纸和图表管理方式难以对管网信息进行有效的管理和利用，如用地理信息系统组件技术建立的管网信息管理系统可以实现管网的自动化管理。以大庆市给水排水管网信息管理系统为例，介绍了该系统开发的方法，以及基于组件技术给水排水管网信息管理系统开发的过程、系统功能、系统特点及数据库的设计。
关键词：地理信息系统(GIS)；组件技术；给水排水管网；信息管理系统
城市给水排水管网是城市的重要基础设施之一，具有分布集中不可见性，管理难度较大。应用传统的图纸和图表管理方式难以对大量的管网信息进行有效的管理和利用。大庆市是一个中等城市，其给水排水管网基础设施的管理也存在上述问题。因此，探讨一种建立中小城市给水排水管网信息管理系统有效的开发模式具有重大的经济和科学意义，而利用地理信息系统(GIS)组件技术建立城市给水排水管网信息管理系统，可实现城市给水排水管网的自动化管理，提高城市管理水平、优化城市管线布局、减少资金浪费。基于上述原因，建立了大庆市给水排水管网信息管理系统。
1 系统数据库的设计
城市给水排水管网基础信息是一种典型的空间信息，包括空间数据和属性数据两大类。空间数据主要确定管线的位置和相互间的关系，属性数据用来表示管线的性质特征。
1.1 空间数据库设计
空间数据库主要存储与各类管线有关的图形数据，包括道路图、给水管网图、排水管网图(污水、雨水)及其对应的附属物(检查井、阀门井等)以及各管线对应的注记图等。数据库设计时，通过图块结构、空间索引和数据分层设计，建立空间数据库。
1.1.1 图块结构设计
为了在计算机中对大容量的空间数据进行有效的组织，需要将所研究的地理区域分割成多块，然后对这些图块建立空间索引。在多数情况下，图块按照地图图幅大小来划分。由于分幅后会出现某一习空间实体跨越不同图幅，空间实体被分割成若干空间基本单元情况，因此需要在图幅、空间实体和空间基本单元之间建立关系。
1.1.2 空间索引的建立
连接关系主要通过空间索引表来实现，即建立：①图幅总索引表，记录每个图幅在整个区域的位置；②空间实体索引表，记录每个空间实体在各个图幅上的分布； ③基本单元索引表，记录每一基本单元与邻近8个图幅所连接的图幅号以及基本单元序号。通过建立空间索引表来保证空间数据库的无缝连接和有效空间查询。
1.1.3 图层信息组织
为提高地图中各个要素的检索速度，便于数据的灵活调用、更新及管理，在空间数据库中，往往将不同类不同级的图元要素进行分层存放，每一层存放一种专题或一类信息。按照用户的需要把某些相关元素组合在一起成为图层，它表示地理特征以及描述这些特征属性逻辑意义上的集合。城市给水排水管网信息系统按照专题可分为道路、给水、污水、雨水等许多层，每一层描述区域的一类特征。
1.2 属性数据库设计
属性数据库主要存储与空间信息密切相关的地理特征信息和描述信息。在属性数据库设计时，通过模型设计、逻辑设计和代码设计实现。
1.2.1 模型设计
通过多种途径（如调查、功能分析等）识别出给水排水管网基本数据，再进一步分类、抽象，形成与系统功能相对应的实体标示符、实体的属性和空间关系，最后建立属性数据库的模型结构（如图1所示）。
1.2.2 逻辑设计
主要任务是按照已选择的关系型数据库管理系统的特点，把模型结构转换为相应的数据库逻辑结构，进而用DBMS提供的数据描述语言DDL完成数据库结构的定义，将图1转换成关系数据库模式。在数据处理系统中，实体可用记录来表示，这是一种最简单的逻辑映像，属性则由字段或数据项来表示，表示关系可用不同的方式，这取决于DBMS的数据描述能力，例如可利用相互联系实体的公共字段方法表示关系，由此得到如下城市给水排水管线数据库的逻辑模式：①管线点(管线点号，X坐标，r坐标，管底高程，地面高程)；②管段(管段号，管线类型，管线材质，管径，埋设年代，埋设单位，埋设方式)；③附属物(附属物编号，附属物类别，附属物位置)；④道路(路段编号，路段宽度，路段长度，起点编号，终点编号)；⑤组成(管线点号，管段号，该点设施，检查井号，所在图幅等)；⑥附属(附属物编号，管段号，地面高程)；⑦隶属(管线段号，路段编号)。逻辑设计的日标是保证数据共享，消除冗余，实现数据的逻辑独立性，这样有利于数据的完糙性和保密性，并尽量降低数据库的开销。
1.2.3 代码设计
为了便于识别管线种类和数据分层处理，也为了使数据库结构具有较高的灵活性，使数据的查询和计算简便，对管线数据需要设计编码。编码时，要考虑到以下原则：代码应优先采用国家标准，其次选用企业标准，没用标准时，结合具体情况自行设计。代码设计要对编码的字段规定编号的方式，定义每位代码的意义，得出编号规则。
1.3 空间数据库与属性数据库的连接
在城市给水排水管网信息管理系统中，空间图形信息与非空间属性信息存在着有机的联系，为了建立这种联系，可通过空间数据库与属性数据库中的公共标识符实现两者的连接，并在空间数据处理系统与数据库管理系统之间建立统一的用户界面。
2 系统功能设计
基于组件GIS技术的巨大优势，通过充分的市场调查、分析，本系统选用北京慧图信息科技开发有限公司的GIS组件——TopMap作为组件平台，在VisualBasic 6.0的开发环境下进行二次开发。根据给水排水管网的管理内容和用户需求，系统主要分为7个功能模块(见图2)，分别是：数据采集模块，数据管理模块，数据浏览模块，空间查询模块，空间分析模块，统计分析模块，数据输出模块。
3 系统功能的实现
3.1 数据采集模块
对管线图上的各类管线进行分层采集建库，并为采集的给水排水管线添加属性信息。
3.2 数据管理模块
主要实现筲线数据和基本地形图数据的动态管理，以便于向用户提供数据和数据更新。如数据转换，实现不同数据格式的转换，以采用不同的方法更新管线系统并向不同的用户提供满足用户要求的数据，确保系统的开发性；数据更新，实现采集数据到系统管理的自动更新；数据安全，对不同用户设置不同权限，确保系统数据的安全性。
3.3 数据浏览模块
在此模块中包含视图控制、图层控制、图文互查、辅助工具等于模块。视图控制：实现视图的放大、缩小、漫游、全图、特定比例尺显示等功能；图层控制：实现添加图层、删除图层、显示控制、活动层设置等功能。通过此模块可以实现给水排水管网及其附属物和基础底图数据等多种信息的叠加显示，并可根据需要对各种信息进行显示，并可根据需要对各种信息进行显示方式设置，如线性、颜色、线宽、叠放次序等；图文互查：实现各类信息的图文互查功能。通过点击图形元素获取相关的属性信息，根据特定的属性信息快速定位到相应的图元并高亮显示；辅助工具：实现管理需要的一些辅助功能，如长度度量、面积量算、地理坐标的动态显示、绘制辅助线等。
3.4 空间查询
它主要针对各级管理人员对基础管网图和各种专题数据的查询需求而设计的，具有空间位置、属性、范围及关系等多种查询检索功能。查询方式有两种：从图形查询属性和从属性查询图形。能查询管线、基础地形图，可随意打开、关闭显示层、放大、缩小、屏幕漫游等，同时可查询管线的点坐标，查询管线的材质、管径等特征。
3.5 空间分析
空间分析通过检查与嘱牲相关的特征的位置，判断特征间是否存在一定的关系。在城市地理信息系统中，它有助于比较特征间的空间关系，以支持规划决策过程。在新区管线的规划与调整中，模拟各种管线分布，进行虚拟管线与实有管线的叠置分析，实现管线的优化分析与设计。断面分析，可生成纵、横断面图，以便分析地下管网的分布情况。事故分析，根据管线事故发生地点，及时确定事故处理办法。
3.6 统计分析
按照管线数据的各种特性对给水排水管网有关数据进行统计，生成各类统计报表。
3.7 输出模块
按照不同要求，生成用户所需的各种专题图，如路网图、专业管线图和综合管线图等。自动指定管线纵断面图和指定剖面的横断面图。输出时用户可以根据需要进行输出模式的制定，如颜色幅面、表现形式等。
4 系统的特点
本系统面向市政管理，能提供查询分析和决策支持。系统充分发挥地理信息系统技术特点，采用先进的图形处理技术和数据库管理技术，将地图空间信息和数据库属性信息结合起来，进行综合管理，系统与图形界面良好结合，分析结果可视，充分体现了GIS特点(如图3所示)。
系统的主要特点有：
①强大的信息支持和全方位管理：以大庆市为背景的可视化场景，支持相关工程多重关联复杂信息(9理，包招各种信息数据浑、关联数据库地理图层，支持各类信息(地理图形、属性、数据库、文本、图片、声音及影像等多媒体信息），进行全方位管理。
②开放的体系结构，GIS和MIS(Management information system，管理信息系统)一体化，功能模块控件化，操作直观简单、可扩展性好。
③面向功能管理，查询方式灵活多样，地图与属性双向查询、交叉查询。
④方便的多媒体资料浏览和播放，以直观或二维的形式展示给用户。
⑤快捷的信息跟踪和定位：及时翻译、信息浏览轻松自如，属性定位方便快捷。
⑥强有力的决策支持：信息专题、区域对象的统计分析、渲染，快速定位搜索，形象直观。
⑦快捷的给水排水管网事故情况分析，可迅速给出最优的事故处理方案，准确地输出应该关闭的阀门和检修的检查井，用以指导抢修和维护。
⑧方便管断面图的生成，可以很好地显示管网状况和相关位置，使管网的隐蔽特性变成公开，实现管网的可视化管理。
5 结束语
大庆市给水排水管网信息管理系统经过两年多的开发，现已完成，经运行能够满足市政管理部门在给排水管网信息的数据采集、存储、处理、查询检索、分析等方面的需求。系统结构合理、功能先进、界面友好，并且具有很好的扩展性。
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