黃宇陽 韓德宏

　　摘要：本文對計算機管理閥門的方法進行了一般性的介紹，對在通用GIS平臺上，利用二次開發的方法開發爆管關閥分析系統進行了重點論述。并在此基礎上，介紹了利用AUTOMAP3.0開發閥門管理系統的步驟、方法，重點論述了爆管分析功能模塊程序的開發。最后，通過一個實例說明了該系統在實際工作中的應用。

　　閥門管理是給水管網管理的重要內容之一，閥門的啟閉，是管網局部停水檢修的唯一方法，同時也對用戶的水量、水壓造成直接的影響。閥門管理工作中還存在許多問題，如：閥門的位置在現場難以確認；閥門的運行狀況難以確定，不知是否能正常啟閉；管網中的某一點停水時，需關閉哪些閥門；關閉這些閥門后對哪些用戶會產生影響難以估計；這些問題靠人工進行閥門管理是難以解決的。隨著計算機技術的發展，利用計算機技術進行管網閥門的管理已經成了一種必然。

　　1. 計算機進行閥門管理方法簡介

　　計算機進行閥門管理最簡便的方法是建立閥門的數據庫，并在數據庫的基礎上建立MIS系統。這種方法是最初步的方法。其程序編制簡單，利用通用的數據庫管理系統如FOXPRO、ORACLE等就能達到要求。但由此建立的MIS系統只能對閥門的數據進行查詢、統計等操作，而不能進行圖形的查詢，更不能進行爆管關閥等專業分析。
　　隨著GIS技術的發展，利用GIS系統進行閥門的管理已成為可能。GIS系統將圖形數據與屬性數據鏈接在一起，統一進行管理。建立系統后使用者可以進行由圖查數、由數查圖的雙向查詢操作，標有閥門精確位置的圖形、閥門的屬性數據能同時顯示在同一屏幕上，方便、直觀。GIS系統最初是利用FORTRAN、C++等專用語言進行開發的，由于開發的難度較大，所以系統的應用一直都不很成熟。后來，出現了商品化的通用GIS軟件平臺，如：ARCINFO、MAPINFO、AUTOMAP等，系統開發人員在這些軟件平臺的基礎上，按照自己的需要進行二次開發，形成專業的GIS系統。這種方法由于開發工作量小，開發效率高而被廣泛采用。
　　隨著用戶要求的不斷增加，GIS系統功能也不斷得到完善。除了通用的圖數雙向查詢功能外，多媒體技術，網絡拓撲分析技術等不斷應用于GIS系統。如：AUTOMAP中的網絡拓撲分析模塊具有最短路徑分析，洪水淹沒分析及緩沖區分析等功能，按照用戶的應用要求不同，開發人員可以利用系統提供的功能函數開發自己的專業程序。

　　2. 爆管關閥分析系統的建立

　　深圳市自來水公司一直在進行利用GIS系統管理閥門的嘗試，最后，在AUTOMAP的基礎上，利用二次開發的方法，我們建立了閥門管理的GIS系統，并在此基礎上開發了爆管分析的子程序。該系統包括8000多條市政管線，3000多個市政管線上的閥門，3000多個大用戶數據。現將系統的開發方法說明如下：
　　2.1 原始數據收集、整理
　　要建立閥門管理的GIS系統，應首先繪制給水管網圖形。公司在對全市管網竣工圖調查的基礎上，繪制了全市的1：10000市政給水管網圖，并在圖上精確繪制了市政管線上的閥門。后經幾年的不斷修改、完善，市政管線、閥門的位置及精度基本能滿足現場作業的要求。其后，我們又發動各分公司對全市的閥門情況進行了大規模的普查，共收集了全市5000多閥門（包括市政及預留口閥門）的位置及型號等屬性數據，并對每一閥門定制了閥門卡片，編號存檔，基本查清了閥門的數據。
　　2.2對閥門按路名編號，將閥門基礎數據輸入計算機，建立閥門數據庫，同時建立用戶及管線數據庫
　　為了查詢、統計及現場查找的方便，閥門的編號是按各條道路進行的，對于每條路，按從東至西或從南至北的方向對閥門按順序依次進行編號。這樣編號便于現場的查找，也便于按道路進行統計。閥門編號并整理成卡片后，輸入計算機，考慮到數據庫的通用性及AUTOMAP外掛數據庫的能力，我們選用FOXPRO的數據庫格式建立了有5000多條紀錄的閥門屬性數據庫。
　　為了能分析爆管時所影響的管段、用戶等數據，必須將管線及用戶的屬性數據建立數據庫。我們同樣利用FOXPRO的數據格式，建立了8000多條管線，3000多個大用戶的屬性數據庫。
　　2.3 利用AUTOMAP提供的整飾功能，對圖形進行整飾，建立正確的拓撲關系
　　AUTOMAP是通用的GIS開發平臺，其具有圖形整飾的功能。圖形整飾是將AUTOCAD等格式的電子地圖，整理成為具有正確拓撲關系的地圖。具體在閥門管理系統中，就是要建立正確的節點、管線、閥門的連接關系。如：在繪制電子圖形中，管線在節點或閥門處有時沒有斷開，系統自動生成拓撲關系時就會出現管線與節點的錯誤連接，要避免此種錯誤，在建立拓撲關系前就必須用圖形整飾的功能，手動或自動地將管線在該節點處斷開。類似的，在電子圖形中還存在偽節點、重復管線、節點，懸掛節點等錯誤，這些錯誤都要利用圖形整飾功能一一進行消除。在消除這些錯誤后，利用系統的自動生成拓撲結構的功能自動生成表示管段、閥門、節點正確拓撲關系的拓撲結構。
　　2.4 將管網圖形上的閥門、管線等圖形與數據庫中的閥門數據、用戶數據建立鏈接關系
　　該步驟的工作是建立圖形中的管線、閥門與外部數據庫中的閥門、管線及用戶數據的鏈接關系，以便進行圖數的雙向查詢或進行爆管關閥分析時，搜索相關的閥門、管段用戶等屬性信息。ＧＩＳ技術中圖形與屬性數據的鏈接方法有許多種，一種方法是將鏈接的屬性數據保存在圖形中，圖形與屬性的鏈接關系也保存在圖形中。一種方法是將屬性數據保存在外部數據庫，而鏈接關系保存在圖形中。還有一種方法是屬性數據保存于外部數據庫中，鏈接關系也保存于外部數據庫中。這三種方法各有優缺點，AUTOMAP中提供了前兩種鏈接方法。考慮到圖形鏈接的屬性數據較多，如果屬性數據按第一種方法存取，將會使圖形文件過于龐大，因此，閥門等屬性數據的存取是按第二種方法進行的，即屬性數據存儲于外部數據庫，而圖形與屬性的鏈接關系存儲于圖形中。
　　2.5 利用拓撲分析功能函數編制關閥分析程序
　　上述的四步都是進行的圖形和數據的整理，完畢后就要進行爆管關閥分析系統的二次開發工作。該系統是以AUTOMAP的內嵌開發語言AUTOLISP進行二次開發而成。包括閥門、管線、用戶等圖數的雙向查詢、編輯功能、數據統計功能及爆管分析功能等，現以爆管分析功能為例，說明開發的方法。
　　爆管分析功能模塊應具有管網中某一點出現故障后，計算管網停水應關閥門及影響管段、用戶的能力，經分析，該模塊包括以下子程序：
　　①初始化
　　初始化的功能是將拓撲關系裝入內存，并建立與外部數據庫的鏈接關系。為計算關閥方案作準備。
　　②指定故障點
　　管網中的故障點可以是管段、節點或者閥門，使用者可以在圖上用鼠標指定。程序返回故障點的拓撲ID號。
　　③關閥方案計算
　　進行關閥策略計算。該子程序主要利用AUTOMAP3.0提供的拓撲分析函數（FLOOD TRACE函數）完成。這些函數提供了網絡拓撲追蹤的功能，能從點、線建立的網絡拓撲中的某一點出發，自動追蹤該點的所有連線及相應的下游點，直到所經過路徑的阻力值之和大于指定值為止。這些函數能返回所有追蹤到的點、線的拓撲ID號，從而得到相應的屬性數據。子程序利用這些函數，生成受影響管段、節點及應關閥門的數據，并在圖上用不同的顏色表示。可以做連續的關閥方案計算。
　　④關閥方案數據查詢及報告生成
　　可以查詢受影響管段、節點、用戶及應關閥門的屬性數據，并可以生成文本報告，以便編輯、打印。
　　⑤圖形打印
　　利用AUTOMAP3.0的打印命令打印圖形。
　　⑥復位
　　刪除關閥方案計算后的結果數據標注及將顏色換為原來的顏色，以備再一次做關閥策略計算。
　　⑦結束
　　先將拓撲數據從內存中卸下，并斷開與外部數據庫的鏈接關系。然后退出子系統。

　　3. 應用實例

　　該系統已建成，應用于深圳市自來水公司，效果良好。例如，如圖所示的局部管網，閥門LHZSE005發生故障，需要停水維修，利用系統進行關閥分析，所得結果如圖所示。
　　其中，停水管段用粗線表示，應關閥門已做了標記，相應編號也已標注在圖上。系統自動生成停水報表，包括故障點編號，應關閥門數據，停水管段數據及影響用戶數據等內容，如附表所示。
　　綜上所述，利用GIS的二次開發技術，建立閥門管理系統，進而建立爆管關閥分析系統是可行的。系統建立后，將會對閥門及停水的管理大有幫助，使閥門管理工作上一個新臺階。

深圳市某局部地區停水關閥分析結果表
管網故障部件編號:LHZSE005

參考文獻：
1.深圳市自來水公司 “城市供水管網計算機圖形管理系統” 鑒定材料 1994
2.姜乃昌、韓德宏 “計算機技術在供水管網中的應用綜述” 給水委員會交流材料 1995
3.孫文深、韓德宏“城市供水管網爆管搶修關閥的計算機策略”《給水排水》1998.8.
4.黃宇陽、許仕榮 “給水管網圖形信息系統的研究” 《給水排水》 1998
5.AUTODESK公司 《AutoCAD Map User’s Guide》 1998年

作者單位：黃宇陽, 韓德宏, 深圳市自來水公司