陶建科 陳義春

　　摘要：文中闡述了建立鎮江市供水管網信息管理軟件系統的必要性、闡述了地理信息系統與供水管網信息管理系統的關系及鎮江市供水管網信息管理軟件系統研制思路。由于軟件設計的過程中采用了分層建立 GIS 的思想，開發一層應用一層，使得研究成果可以及時應用，產生效益。鎮江市供水管網信息管理軟件系統成功的研制，在我國供水行業中建立該系統，具有借鑒意義。
　　關鍵詞： 鎮江市供水管網 信息管理軟件系統 GIS 必要性 分層　功能需求分析 總體設計 代碼實現 調試與應用

1 建立鎮江市供水管網信息管理軟件系統的必要性

　　隨著鎮江市城市建設迅速的發展，地下管線的鋪設量越來越大，由于多方面的原因，城市管線資料不全或者是資料的精度不夠，經常會發生施工人員挖壞地下管線，造成重大的經濟損失。另一方面，城市管網系統中經常需要斷水（如：接水、工程、爆管、維修等），關水時主要是依靠經驗豐富的師父來完成，如果他們不在現場，節假日休息，其它的人就沒有辦法將水關死。提供準確可靠的地下管線的空間和屬性信息已經成為城市建設有關部門、施工建設單位及自來水公司高度重視和迫切需要解決的問題。
　　傳統的地下管線資料管理都是手工作業，工作強度大，工作效率低，紙質圖紙不便于保存和管理。為了提高管網管理工作的質量，減少工作強度，提高工作效率，用現代化的計算機技術和方法來管理地下管網，代替傳統的人工管理方式就成為十分緊迫的任務。
　　建立鎮江市供水管網信息管理系統也是建立數字化水司、數字化城市的一個重要的組成部分，是體現城市供水科技進步和時代發展的要求。

2 地理信息系統與城市供水管網信息管理系統的關系

　　地理信息系統是 20 世紀 60 年代開始迅速發展起來的一門新技術，屬跨學科的技術系統，主要有四部分組成：信息獲取與輸入、數據存儲與管理、數據轉換與分析、成果生成與輸出。它是以地理空間數據庫為基礎，在計算機硬、軟件環境的支持下，對空間相關數據進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，采用地理模型分析方法，為地理研究、綜合評價、管理、定量分析和決策服務而建立起來的一類計算機應用系統，具有地理圖形和空間定位功能的空間型數據管理系統。
　　城市供水管網信息管理系統具備地理信息系統的一般特征，同時由于供水管網系統的特殊性，專業性強，城市供水管網信息管理系統具有與一般地理信息系統的不同之處：
　　*　管網 GIS 的研究對象為供水管網中相應組件，包括泵站、輸配水管道、管道閥門井、水表井、減壓閥、瀉水閥、排氣閥、用戶水表等。因此管網 GIS 處理對象較為單純。
　　*　管網系統及相應設施與市政道路、工商業、居民住宅區規劃密切相關，管網 GIS 的建立需要豐富、翔實的相關數據和信息。
　　*　管網 GIS 以服務于自來水公司管理、提高自來水公司管理水平為目標，系統的設計應以契合并優化自來水公司業務管理為宗旨，因而管網 GIS 不應該是單純的地理信息系統，而是一個管理信息系統（ MIS ）。
　　*　供水管網 GIS 作為針對供水管網的專業軟件系統，應該考慮與該專業領域內相關軟件系統或管理目標（例如管網建模軟件、管網優化調度、 SCADA 系統等）的鑲嵌或整合，不單是一個相對獨立的系統，而且應該是一個開放的系統。
　　城市供水管網信息管理系統的功能主要體現在：
　　*　全面實現管網系統檔案的數字化管理，形成科學、高效、豐富、翔實的供水管網檔案管理體系，建立管網系統中央數據庫。
　　*　高效、生動地定位管道、閥門、水表等管網組件，為實際生產運行提供可靠的依據。
　　*　為管網系統規劃、改建、擴建提供圖紙及數據依據，對管網的改擴建的規劃、改擴建后的運行進行計算機模擬，輔助管網規劃方案的優選。
　　*　為管網施工提供圖紙依據。準確定位管道的埋設位置、埋設深度、閥門井的位置、供水管道與其他地下管線的布置和相對位置等，以減少由于開挖位置不正確造成的施工浪費和開挖時對通訊、電力、煤氣等地下管道的損壞帶來的經濟損失甚至嚴重后果。
　　*　科學高效地進行爆管搶修等事故處理。
　　*　用于自來水公司日常運行的水表業務管理，包括增設水表、水表定位、抄表數據等，提供與自來水公司運行管理軟件的接口。
　　*　提供供水管網優化規劃設計、實時運行模擬、狀態參數校核、管網系統優化調度等技術性功能的軟件接口，實現供水管網系統的優化、科學運行、降低運行成本。
　　城市供水管網系統的特殊性和專業性決定了城市供水管網信息管理系統的建立需要由給排水專業性的公司來完成，只有這樣，建立起來的系統實用性才會強。

3 鎮江市供水管網信息管理軟件系統研制

3.1 用戶需求分析
　　建立鎮江市供水管網信息管理系統是為了提高鎮江市自來水公司的供水管網系統信息管理水平，它將原來需要手工完成的圖檔管理、上圖、爆管搶修方案制定、維護臺帳等工作由計算機輔助完成，提高公司內相關部門的辦公效率和辦公質量，對供水管網系統圖檔資料實現電子化、科學化管理。系統應具備如下功能：
　　*　地圖基本操作功能： 地圖顯示（放大、縮小、漫游、多種圖層切換、要素閃爍等）；在不同的比例尺下，能顯示出該比例下最有效的信息，既保持了圖面的整潔，又能有效利用平面；空間距離量算；專題圖標與符號顯示；圖層控制等。
　　*　數據錄入 ：要求圖形數據與屬性數據嚴格一致， 圖形與屬性數據通過約定的記錄字段保持著緊密的聯系，系統內部自動維護。
　　*　圖形編輯 ：能編輯各種圖元的幾何信息，還要維護拓撲信息，通過編程自動調整。例如當刪除節點時，與該節點相連的管段同時被刪除（拓撲關系的維護）等。
　　*　屬性編輯 ：對 地理特征的各屬性數據進行編輯，如節點編號、節點其它相關信息的變更輸入等。
　　*　檢索查詢 ： 圖形和數據之間的互相查詢。
　　*　管網運行數據管理： 與水力模型、優化調度、 SCADA系統實現接口設計，對運行數據進行動態管理。
　　*　事故處理 ：自來水管網爆管搶修決策方案制定。內容包括：應關閉的上下游閥門，影響的重要用戶，停水范圍等信息。
　　*　輸出管理 ： 根據用戶要求，計算機可以通過各種外部設備輸出多種形式的數據、表格、圖表或地圖等。
　　*　性能需求 。安全性和穩定性原則 ：不同用戶擁有不同的權限，保證系統的安全。 開放性和可擴展性原則 ：體現對其它相關軟件系統（包括財務管理系統、 SCADA 系統、規劃設計、優化調度系統）的友好接口。 數據保密性原則 ：數據是一個系統的核心，數據保密是每一個系統建設必須考慮的問題，在開發鎮江市供水管網地理信息系統時將對數據進行加密。
3.2 系統總體設計方案
3.2.1 設計原則
　　鎮江市供水管網信息管理軟件系統作為一個實際應用產品，應滿足以下幾個原則：
　　*　實用性原則 ：實用性是鎮江市供水管網信息管理軟件系統建設的根本目標，也是程序設計的基本出發點。
　　*　界面美觀友好原則 ：界面的美觀友好可以展示鎮江信息化建設的新面貌，面向的是多種層次的用戶。
　　*　標準性和前瞻性原則 ：信息技術發展非常之快，硬件的更新換代也非常迅速，性能價格比不斷躍升，軟件版本升級也非常快，在 GIS 的設計中要有超前性，必須充分考慮技術的發展趨勢，在系統設計中充分考慮系統的發展和升級，使系統具有較強的擴展能力，不斷地進行發展和更新。
　　*　經濟性原則 ：鎮江市供水管網地理信息系統的建設應在實用的基礎上做到最經濟，以最小的投入獲得最大的效益。經濟性必須以實用性和發展性為原則。
　　*　安全性和穩定性原則
　　*　開放性和可擴展性原則
　　*　數據保密性原則 ：數據是一個系統的核心，數據保密是每一個系統建設必須考慮的問題，尤其是這種多媒體光盤，其使用對象數量眾多。
3.2.2系統設計
　　系統模塊結構圖 ：
　　圖形管理模塊： 包括圖形的導入、圖形導出、圖形矢量化、圖形編輯、圖形查看、輔助施工圖等。
　　*　圖形導入：導入流行格式的矢量圖形（ WXF （ AutoCAD ）、 MIF(MapInfo) 、 TAB （ MapInfo ）、 E00(Arc/Info) 、 SHP(ArcView) ， WNP （宏揚建模軟件）等。
　　*　圖形導出：將圖形文件導出為矢量圖形（ WXF （ AutoCAD ）、 MIF(MapInfo) 、 TAB （ MapInfo ）、 E00(Arc/Info) 、 SHP(ArcView) ， WNP （宏揚建模軟件）等。
　　*　圖形矢量化：將 BMP 、 tiff 、 JPG 等流行格式的光柵圖形進行矢量化。
　　*　圖形編輯：包括節點、管道、閥門、等各種圖形元素的增加、刪除、移動。
　　*　圖形查看：圖形的放大、縮小、移動、局部查看、還原。
　　*　輔助施工圖：管道、閥門井等管網組件的縱剖面、橫端面、三維示意圖。
　　管網管理模塊： 包括管網查詢、統計分析、幾何量算、精確定位、事故處理等 。
　　*　管網查詢：進行管網組件的條件查詢、模糊查詢、區域查詢等。
　　*　統計分析：進行管網組件的空間幾何數據及屬性數據的統計分析。
　　*　精確定位：迅速準確地定位某一管道、某一閥門、某一水表的位置和與其他建筑物或設施的相對位置。
　　*　事故處理：對爆管事故進行事故定位、關閥策略、影響分析、報表打印等處理。
　　用戶管理模塊 ： 包括水表查詢、水表讀數、用戶帳務分析。
　　*　水表查詢：定位區域內的水表數，精確定位某一水表的位置。
　　*　水表讀數：根據抄表數據庫的數據讀出指定水表的抄表數據。
　　*　用戶帳務分析：連接自來水公司財務管理系統。
　　數據庫管理模塊 ： 包括數據庫導入和導出、與 SCADA 數據庫的連接、連接抄表數據庫。
　　*　數據庫導入：將數據庫數據轉換為當前系統的圖形數據。
　　*　數據庫導出：將當前圖形數據導出到數據庫。
　　*　連接 SCADA數據庫，連接抄表數據庫。
　　事故處理模塊： 包括爆管分析、工程計劃斷水，制定關水方案。
3.2.3系統開發邏輯結構

　　系統開發采用三層（ Three-Layer ）模型，數據層存貯鎮江市供水管網信息管理系統的圖形數據庫及屬性數據庫。用戶對數據的訪問請求，通過表現層提供的用戶界面輸入，并經表現層、應用邏輯層中的各種應用服務器轉換為對數據層的數據服務器的請求，數據層的服務器處理完請求后，將結果通過應用邏輯層，返回給表現層，由表現層顯示和輸出用戶所需的結果。應用邏輯層主要是由各種組件及應用服務器構成，它們包含了針對各種業務處理與分析的邏輯。應用邏輯層將表現層提出的請求轉換為對數據服務層的請求，并將數據服務層返回的結果提交表現層。對系統功能的擴展主要在應用邏輯層中增加實現各種業務處理與分析邏輯的應用服務器（可以是一些控件或其它一些應用程序），并通過表現層系統調用。
3.2.4開發及運行環境
　　硬件環境：
　　運行的硬件環境配置主要有三個部分： (1) 計算機局域網。為了提高統處理能力，保證數據的一致性，使用計算機局域網。系統采用目前較流行 WINDOWS-NT 計算機組網形式，并配備專用服務器。該局域網是整個計算管網信息共享的先決條件，網絡為百兆網。 (2) 用戶終端。所以終端設備均選用最新奔騰計算機。 (3) 系統外設。外設主要包括： A0 幅面灰度掃描儀，用于將竣工圖掃描錄入； A0 幅面彩色墨繪圖儀，用于輸出管線竣工圖；黑白噴墨打印機，用于輸出決策結果。
　　軟件環境：
　　軟件分為操作系統軟件、 GIS 軟件平臺、開發軟件和其它軟件。操作系統 :采用微軟公司的Windows系列軟件。服務器采用Windows2000 Server。用戶終端采用Windows2000 Professional。開發軟件 ：開發軟件采用Visual Studio 6.0。數據庫軟件的選擇本著經濟性和實用性的原則，選用微軟的Access數據庫。其它軟件 ：主要是一些輔助性的軟件工具，如Ms Office 2000、Acrobat 4.0以及PhotoShop、Multimedia Flash、Premier等圖形處理軟件。
3.3 軟件代碼實現
　　文中將就主要功能的實現過程進行闡述，包括：管網編輯功能，管網構件定位功能，管網構件 SQL 查詢功能，應急搶修或爆管功能。
　　管網編輯功能
　　流程圖：
　　管網構件定位
　　流程圖：
　　管網構件SQL查詢統計
　　流程圖：
　　制定應急搶修或爆管分析功能
　　流程圖：

三層模型圖

4 系統數據的整理、采集與輸入

4.1 基礎資料整理、采集
　　基礎數據的完整性、準確性、時效性直接影響到系統的成敗。因此對基礎數據的整理進行集中有序的管理是系統中不可缺少的一項工作。
4.1.1 基礎地形圖
　　鎮江市測繪勘測研究院具備了基本的數字地形圖。我們從供水行業的實際需要出發，確定以道路層、建筑層、注記層等七層地理信息數字地圖作為開發鎮江市供水管網信息管理軟件系統的底圖。
4.1.2 供水管網資料
4.1.2.1 管線竣工圖檔資料的電子化
　　鎮江市自來水公司資料室里保存有 1:500 的城市供水管線施工竣工圖，為我們建立供水管網信息管理系統提供了第一手資料（數據來源），對所有能夠得到的圖紙進行了電子化，由于圖紙的繪制非標準化，無法應用該電子化了的圖紙進行拼接，圖紙經過掃描后，建立了鎮江市供水管網竣工圖查詢系統。
4.1.2.2 供水管網信息資料的采集
　　供水管網信息資料的采集對象主要包括節點、管道（ DN200 或上）、閥門、消防栓、水表（口徑在 DN50 或以上）。對以上對象采集信息要素如下：
4.2 圖形、數據的錄入
　　圖形數據的工作按照如下流程圖完成的：
　　錄入流程圖
　　按照 1:500 竣工圖上管網等供水設施按比例重新修繪至測繪院提供的電子地圖上，經過矢量化后地供水設施圖形與采集地數據進行勾連，完成采集數據的錄入工作。
4.3 圖形數據和屬性數據的校核
　　數據整理錄入后的檢驗工作也是必要的。項目組在數據整理的各階段進行了數據準確性的檢驗工作。包括管網圖繪制和拼接的核對、管段、節點編號和屬性核對、錄入圖形和數據的核對、現場核對；錄入部門自查與校核人員核對、驗收相結合；人工校核與程序檢查相結合，保證了數據的準確和可靠。事實證明，當系統的所有數據合并后，有 173 條數據記錄中產生了錯誤。

5 系統的安裝、調試與應用

5.1 系統運行環境：
　　系統硬件結構圖
5.2 系統安裝、調試及試運行：
　　2003 年 4 月份系統在單機上（鎮江市自來水公司管線所）試運行。試運行一邊完善管網的基礎資料，一邊驗證該系統的穩定性，功能的完備性等。單機上試運行的成功。
　　2003 年 8 月通過鎮江市自來水公司企業局域網進行了試運行。把管線所，公司中心機房以及其它部門進行了連接，數據庫放在鎮江市自來水公司中心機房，管線所可以進行管網資料的輸入和更新，其它部門可以瀏覽管網資料，實現了鎮江市自來水公司內部數據共享。在網絡連通后，我們進行了現在的運行環境下，系統的穩定性等各方面的測試，系統穩定性良好。
　　鎮江市供水管網信息管理軟件系統經過軟硬件系統的安裝、調試和試運行分析，測試結果表明該系統在鎮江市自來水公司企業局域網環境下運行穩定可靠，管線所更新管網資料，其他各部門可瀏覽管網資料的操作模式是可行的，說明項目研究工作是成功的。

6 開發所采用的關鍵技術

　　在軟件系統開發過程中，采用了分層建立 GIS 的思想，首先將不同的供水設施或科目進行分層，后又將同一類供水設施根據關鍵的屬性（如：管道的口徑）不同進行分層，在收集資料時，可以開發一層應用一層，使得研究成果可以及時應用，產生效益。
　　由于采用了組件式 GIS 技術，系統顯著的特點是便于和其它系統集成（無縫連接），真正地實現圖形數據和屬性數據一體化集成。

7 結論

　　本文從分析地理信息系統與供水管網信息管理系統的關系入手，很好地把握了建立城市供水管網信息管理軟件系統的特點，闡述了建立鎮江市供水管網信息管理軟件系統的研制思路。結合實踐經驗和實用性的原則，提出了在軟件設計的過程中采用了分層建立 GIS 的思想，開發一層應用一層，使得研究成果可以及時應用，產生效益。
　　鎮江市供水管網信息管理軟件系統成功的研制和應用，在我國供水行業中建立該系統，具有借鑒意義。

參考文獻

【 1 】鄔倫，張晶，趙偉編著，地理信息系統，北京電子工業出版社， 2002 年 7 月。
【 2 】中國市政工程華北設計院主編，給水排水設計手冊，中國建筑出版社， 1986 年 12 月。
【 3 】中華人民共和國標準（ 1:500,1:1000,1:2000 ）地形圖圖式 (GB7929-87) ，測繪出版社出版， 1988 年 1 月。
【 4 】鄭人杰編著，實用軟件工程，清華大學出版社， 1991 年 7 月。

《城鎮二次供水技術和管理》2003.12這篇文章在發表在《城鎮二次供水技術和管理》論文集上，中國水協科學技術委員會管道技術部、中國土木學會給水委員會管網研究會 2003年12月。