耿為民　　劉遂慶
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)

　　摘　要：簡(jiǎn)要描述地理信息系統(tǒng)的發(fā)展、定義和建立基于GIS的供水管理系統(tǒng)的必要性，對(duì)供水管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型、功能需求和開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行了分析。
　　關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng) 空間信息 屬性信息 供水管網(wǎng) 水力模型水質(zhì)模型

Development and Application of Water Supply Network
Management Information System
GENG Wei-min　　　LIU Sui-qing
(School of Environment Science & Engineering, Tongji Univercity, Shanghai 200092, China)

　　Abstract: This paper describes the development and definition of Geographic Information System (GIS), and discusses the necessity of Water Supply Network Management Information System based on GIS in modern cities. The data model, function requirement and development method of Water Supply Network Management
Information System was analyzed.
　　Keywords: GIS, Spatial Data, Attribute Informatin, Watar Supply Network, Hydraulic Model, Water Quality Model

1 前言

　　目前我國(guó)城市建設(shè)迅速發(fā)展，各個(gè)城市對(duì)市政建設(shè)日益重視。隨著城市供水設(shè)施的不斷完善和供水管網(wǎng)模型的智能化、圖形化，建立一套完整、準(zhǔn)確的供水管網(wǎng)管理系統(tǒng)，提高供水系統(tǒng)管理的效率、質(zhì)量和水平，是現(xiàn)代城市發(fā)展的需求。城市供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)是融計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體，儲(chǔ)存和處理空間信息的高新技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，根據(jù)實(shí)際需要準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶(hù)。滿(mǎn)足市政部門(mén)對(duì)供水系統(tǒng)的運(yùn)行管理、設(shè)計(jì)和信息查詢(xún)的需要，借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)，進(jìn)行各項(xiàng)管理和決策。

2 地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)簡(jiǎn)稱(chēng)GIS。廣義來(lái)說(shuō)，它是存儲(chǔ)和處理與地理空間分布有關(guān)信息的集合，主要由以下四部分組成：信息獲取與輸入：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與分析；成果生成與輸出。
　　地理信息系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)管理等多學(xué)科的知識(shí)，屬跨學(xué)科的技術(shù)系統(tǒng)。從1962年起，在加拿大政府的土地資源調(diào)查機(jī)構(gòu)中開(kāi)始地圖數(shù)字化的試驗(yàn)，利用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備和軟件開(kāi)發(fā)出世界上第一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)^[1]。進(jìn)入80年代后，隨著和地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科、技術(shù)，如計(jì)算機(jī)地圖制圖、攝影測(cè)量與遙痞、數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、軟件工程等的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用，在發(fā)展中國(guó)家也正在得到重視和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

3 基于GIS的供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)

　　供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，具備上述地理信息系統(tǒng)的—般特征，同時(shí)由于供水管網(wǎng)特殊性，所以也具有與一般地理信息系統(tǒng)的不同之處：
　　1)要處理對(duì)象為供水管網(wǎng)的相應(yīng)組件，包括泵站、輸配水管道、管道閥門(mén)井、水表井、減壓閥、瀉水閥、排氣閥、用戶(hù)水表等。因此管網(wǎng)G賜處理對(duì)象較為純粹。
　　2)水管網(wǎng)系統(tǒng)及相應(yīng)設(shè)施與市政道路、工商業(yè)、居民住宅區(qū)規(guī)劃密切相關(guān)。因此，系統(tǒng)的建立需要豐富、翔實(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。
　　3) 以服務(wù)于自來(lái)水公司管理、提高自來(lái)水公司管理水平為目標(biāo)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)以契合并優(yōu)化自來(lái)水公司業(yè)務(wù)管理為宗旨。
　　4) 作為針對(duì)供水管網(wǎng)的專(zhuān)業(yè)軟件系統(tǒng)，應(yīng)該考慮與該專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)軟件系統(tǒng)或管理目標(biāo)(例如管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度等)的鑲嵌或整合，不但是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，而且應(yīng)該是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)。
　　供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在：
　　1)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)檔案的數(shù)字化管理，形成科學(xué)、高效、豐富、翔實(shí)的供水管網(wǎng)檔案管理體系，建立管網(wǎng)系統(tǒng)中央數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　2)有效、生動(dòng)地定位管道、閥門(mén)、水表等管網(wǎng)組件，為實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。
　　3)管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃、改建、擴(kuò)建提供圖紙及數(shù)據(jù)依據(jù)，對(duì)管網(wǎng)的改擴(kuò)建的規(guī)劃、改擴(kuò)建后的運(yùn)行進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，輔助管網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)選。
　　4) 管網(wǎng)施工提供圖紙依據(jù)。準(zhǔn)確定位管道的埋設(shè)位置、埋設(shè)深度、管道井、閥門(mén)井的位置、供水管道與其它地下管線(xiàn)的布置和相對(duì)位置等，以減少由于開(kāi)挖位置不正確造成的施工浪費(fèi)和開(kāi)挖時(shí)對(duì)通訊、電力、煤氣等地下管道的損壞帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失甚至嚴(yán)重后果。
　　5)學(xué)高效地進(jìn)行爆管搶修等事故處理。
　　6)自來(lái)水公司日常運(yùn)行的水表業(yè)務(wù)管理，包括增設(shè)水表、水表定位、抄表數(shù)據(jù)等，提供與自來(lái)水公司運(yùn)行管理軟件的接口，管理自來(lái)水公司的水費(fèi)收取等日常業(yè)務(wù)。
　　7)供供水管網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)運(yùn)行模擬、狀態(tài)參數(shù)校核、管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度等技術(shù)性功能的軟件接口，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化、科學(xué)運(yùn)行，降低供水企業(yè)成本。

4 系統(tǒng)分析

　　從地理信息技術(shù)的角度可以將供水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩大類(lèi)：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)整體框架如圖l所示.

4.1 空間數(shù)據(jù)信息
　　空間數(shù)據(jù)是用來(lái)確定圖形和制圖特征的位置。主要反映以下兩方面的信息：1、在某個(gè)己知坐標(biāo)系中的位置，也稱(chēng)幾何坐標(biāo)；2、實(shí)體間的空間相關(guān)性，即拓?fù)潢P(guān)系。
　　供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)信息主要包括與供水系統(tǒng)有關(guān)的各種基礎(chǔ)地理特征信息(如：地形、地表特征等)和供水系統(tǒng)的本身的各地理特征信息(如水表、管道、泵站、閥門(mén)、水廠(chǎng)等)。空間數(shù)據(jù)信息主要通過(guò)GIS的空間數(shù)據(jù)處理功能，表達(dá)地球上象點(diǎn)、線(xiàn)或多邊形的地理特征。

4.2 屬性數(shù)據(jù)信息
　　屬性數(shù)據(jù)信息是用來(lái)反映與幾何位置無(wú)關(guān)的屬性，它是與地理實(shí)體相聯(lián)系的地理變量或地理意義，一般是經(jīng)過(guò)抽象的概念，通過(guò)分類(lèi)、命名、量算、統(tǒng)計(jì)等方法得到。
　　以供水系統(tǒng)為例，按實(shí)體類(lèi)型分為：節(jié)點(diǎn)屬性、管道屬性、閥門(mén)屬性、水表屬性、水泵屬性、消火栓屬性等。
　　節(jié)點(diǎn)屬性主要包括節(jié)點(diǎn)編號(hào)、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(X、Y、Z)、節(jié)點(diǎn)流量、地理位置等。
　　管道屬性包括管道編號(hào)、起始節(jié)點(diǎn)號(hào)、終止節(jié)點(diǎn)號(hào)、管徑、管長(zhǎng)、管材、管道流量、流速、壓降、水力坡度、管道粗糙系數(shù)、敷設(shè)日期、維修記錄、所在道路名等。
4.3 GIS與水力、水質(zhì)模型的聯(lián)接
　　目前GIS和水力、水質(zhì)模型都有相對(duì)比較成熟的軟件可以運(yùn)用(如GIS系統(tǒng)有ArcView、ArcInfo、MapObject等，水力水質(zhì)模型有Stoner、EPANET、8M、TJW1.0等)。開(kāi)發(fā)供水管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于將GIS系統(tǒng)和水力水質(zhì)模型相聯(lián)接。通常采用的方式是集成二次開(kāi)發(fā)。
　　集成二次開(kāi)發(fā)是指利用GIS工具軟件(如ArcView、MapInfo等)實(shí)現(xiàn)GIS的基本功能，以通用編程軟件尤其是面向?qū)ο蟮目梢暬_(kāi)發(fā)工具(如VisualC什，VisualBasic，Delphi等)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分發(fā)揮GIS工具軟件在空間數(shù)據(jù)處理上的優(yōu)勢(shì)及可視化開(kāi)發(fā)工具在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)上的強(qiáng)大功能，進(jìn)行二者的二次開(kāi)發(fā)。
　　GIS和聯(lián)接的水力水質(zhì)模型組成供水管理信息系統(tǒng)的核心部分。輸入供水系統(tǒng)基礎(chǔ)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)，便可非常方便計(jì)算整個(gè)管網(wǎng)的流量和水力水質(zhì)條件。通過(guò)GIS的功能管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)形成一種互動(dòng)的關(guān)系。對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的編輯可以在同一步驟內(nèi)完成。GIS的這種基本特征使在數(shù)據(jù)經(jīng)常性發(fā)生改變的環(huán)境下數(shù)據(jù)管理變得容易。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變或者管線(xiàn)有新的信息需要編輯的時(shí)候，這些變化可以一次性進(jìn)行修改，自動(dòng)映射到數(shù)據(jù)庫(kù)和地圖，通過(guò)水力水質(zhì)模型對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行模擬計(jì)算。

5 結(jié)論

　　使用供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，通過(guò)圖形支持和水力水質(zhì)模型，用戶(hù)可以有效地對(duì)供水設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和分析。使用屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，可以定期更新工作部署，作好通知和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工作。建立管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)供水管網(wǎng)的全面動(dòng)態(tài)管理是市政設(shè)施信息化建設(shè)和管理的重要組成部分，也是城市市政設(shè)旆現(xiàn)代化管理水平的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：
　　[1]宋小東等，地理信息系統(tǒng)及其在城市規(guī)劃與管理中的應(yīng)用，科學(xué)出版社

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作者簡(jiǎn)介：
　　耿為民(1973-)，女，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院博士生