王曉蓮1，彭永臻1，馬勇2，高守有2
(1.北京工業大學 環境與能源工程學院，北京 100022；2.哈爾濱工業大學 市政與環境工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090）

　　摘要：傳統的圖紙和圖表管理方式難以對管網信息進行有效的管理和利用，如用地理信息系統組件技術建立的管網信息管理系統可以實現管網的自動化管理。以大慶市給水排水管網信息管理系統為例，介紹了該系統開發的方法，以及基于組件技術給水排水管網信息管理系統開發的過程、系統功能、系統特點及數據庫的設計。
　　關鍵詞：地理信息系統(GIS)；組件技術；給水排水管網；信息管理系統
　　中圖分類號：TP319　　 文獻標識碼：B　　 文章編號：1009—24占5(2004)01—0050—04

　　城市給水排水管網是城市的重要基礎設施之一，具有分布集中不可見性，管理難度較大。應用傳統的圖紙和圖表管理方式難以對大量的管網信息進行有效的管理和利用。大慶市是一個中等城市，其給水排水管網基礎設施的管理也存在上述問題。因此，探討一種建立中小城市給水排水管網信息管理系統有效的開發模式具有重大的經濟和科學意義，而利用地理信息系統(GIS)組件技術建立城市給水排水管網信息管理系統，可實現城市給水排水管網的自動化管理，提高城市管理水平、優化城市管線布局、減少資金浪費。基于上述原因，建立了大慶市給水排水管網信息管理系統。

1 系統數據庫的設計

　　城市給水排水管網基礎信息是一種典型的空間信息，包括空間數據和屬性數據兩大類。空間數據主要確定管線的位置和相互間的關系，屬性數據用來表示管線的性質特征。
1.1 空間數據庫設計
　　空間數據庫主要存儲與各類管線有關的圖形數據，包括道路圖、給水管網圖、排水管網圖(污水、雨水)及其對應的附屬物(檢查井、閥門井等)以及各管線對應的注記圖等。數據庫設計時，通過圖塊結構、空間索引和數據分層設計，建立空間數據庫。
1.1.1 圖塊結構設計
　　為了在計算機中對大容量的空間數據進行有效的組織，需要將所研究的地理區域分割成多塊，然后對這些圖塊建立空間索引。在多數情況下，圖塊按照地圖圖幅大小來劃分。由于分幅后會出現某一習空間實體跨越不同圖幅，空間實體被分割成若干空間基本單元情況，因此需要在圖幅、空間實體和空間基本單元之間建立關系。
1.1.2 空間索引的建立
　　連接關系主要通過空間索引表來實現，即建立：①圖幅總索引表，記錄每個圖幅在整個區域的位置；②空間實體索引表，記錄每個空間實體在各個圖幅上的分布；③基本單元索引表，記錄每一基本單元與鄰近8個圖幅所連接的圖幅號以及基本單元序號。通過建立空間索引表來保證空間數據庫的無縫連接和有效空間查詢。
1.1.3 圖層信息組織
　　為提高地圖中各個要素的檢索速度，便于數據的靈活調用、更新及管理，在空間數據庫中，往往將不同類不同級的圖元要素進行分層存放，每一層存放一種專題或一類信息。按照用戶的需要把某些相關元素組合在一起成為圖層，它表示地理特征以及描述這些特征屬性邏輯意義上的集合。城市給水排水管網信息系統按照專題可分為道路、給水、污水、雨水等許多層，每一層描述區域的一類特征。
1.2 屬性數據庫設計
　　屬性數據庫主要存儲與空間信息密切相關的地理特征信息和描述信息。在屬性數據庫設計時，通過模型設計、邏輯設計和代碼設計實現。
1.2.1 模型設計
　　通過多種途徑（如調查、功能分析等）識別出給水排水管網基本數據，再進一步分類、抽象，形成與系統功能相對應的實體標示符、實體的屬性和空間關系，最后建立屬性數據庫的模型結構（如圖1所示）。

1.2.2 邏輯設計
　　主要任務是按照已選擇的關系型數據庫管理系統的特點，把模型結構轉換為相應的數據庫邏輯結構，進而用DBMS提供的數據描述語言DDL完成數據庫結構的定義，將圖1轉換成關系數據庫模式。在數據處理系統中，實體可用記錄來表示，這是一種最簡單的邏輯映像，屬性則由字段或數據項來表示，表示關系可用不同的方式，這取決于DBMS的數據描述能力，例如可利用相互聯系實體的公共字段方法表示關系，由此得到如下城市給水排水管線數據庫的邏輯模式：①管線點(管線點號，X坐標，r坐標，管底高程，地面高程)；②管段(管段號，管線類型，管線材質，管徑，埋設年代，埋設單位，埋設方式)；③附屬物(附屬物編號，附屬物類別，附屬物位置)；④道路(路段編號，路段寬度，路段長度，起點編號，終點編號)；⑤組成(管線點號，管段號，該點設施，檢查井號，所在圖幅等)；⑥附屬(附屬物編號，管段號，地面高程)；⑦隸屬(管線段號，路段編號)。邏輯設計的日標是保證數據共享，消除冗余，實現數據的邏輯獨立性，這樣有利于數據的完糙性和保密性，并盡量降低數據庫的開銷。
1.2.3 代碼設計
　　為了便于識別管線種類和數據分層處理，也為了使數據庫結構具有較高的靈活性，使數據的查詢和計算簡便，對管線數據需要設計編碼。編碼時，要考慮到以下原則：代碼應優先采用國家標準，其次選用企業標準，沒用標準時，結合具體情況自行設計。代碼設計要對編碼的字段規定編號的方式，定義每位代碼的意義，得出編號規則。
1.3 空間數據庫與屬性數據庫的連接
　　在城市給水排水管網信息管理系統中，空間圖形信息與非空間屬性信息存在著有機的聯系，為了建立這種聯系，可通過空間數據庫與屬性數據庫中的公共標識符實現兩者的連接，并在空間數據處理系統與數據庫管理系統之間建立統一的用戶界面。

2 系統功能設計

　　基于組件GIS技術的巨大優勢，通過充分的市場調查、分析，本系統選用北京慧圖信息科技開發有限公司的GIS組件——TopMap作為組件平臺，在VisualBasic 6.0的開發環境下進行二次開發。根據給水排水管網的管理內容和用戶需求，系統主要分為7個功能模塊(見圖2)，分別是：數據采集模塊，數據管理模塊，數據瀏覽模塊，空間查詢模塊，空間分析模塊，統計分析模塊，數據輸出模塊。

3 系統功能的實現

3.1 數據采集模塊
　　對管線圖上的各類管線進行分層采集建庫，并為采集的給水排水管線添加屬性信息。
3.2 數據管理模塊
　　主要實現筲線數據和基本地形圖數據的動態管理，以便于向用戶提供數據和數據更新。如數據轉換，實現不同數據格式的轉換，以采用不同的方法更新管線系統并向不同的用戶提供滿足用戶要求的數據，確保系統的開發性；數據更新，實現采集數據到系統管理的自動更新；數據安全，對不同用戶設置不同權限，確保系統數據的安全性。
3.3 數據瀏覽模塊
　　在此模塊中包含視圖控制、圖層控制、圖文互查、輔助工具等于模塊。視圖控制：實現視圖的放大、縮小、漫游、全圖、特定比例尺顯示等功能；圖層控制：實現添加圖層、刪除圖層、顯示控制、活動層設置等功能。通過此模塊可以實現給水排水管網及其附屬物和基礎底圖數據等多種信息的疊加顯示，并可根據需要對各種信息進行顯示，并可根據需要對各種信息進行顯示方式設置，如線性、顏色、線寬、疊放次序等；圖文互查：實現各類信息的圖文互查功能。通過點擊圖形元素獲取相關的屬性信息，根據特定的屬性信息快速定位到相應的圖元并高亮顯示；輔助工具：實現管理需要的一些輔助功能，如長度度量、面積量算、地理坐標的動態顯示、繪制輔助線等。
3.4 空間查詢
　　它主要針對各級管理人員對基礎管網圖和各種專題數據的查詢需求而設計的，具有空間位置、屬性、范圍及關系等多種查詢檢索功能。查詢方式有兩種：從圖形查詢屬性和從屬性查詢圖形。能查詢管線、基礎地形圖，可隨意打開、關閉顯示層、放大、縮小、屏幕漫游等，同時可查詢管線的點坐標，查詢管線的材質、管徑等特征。
3.5 空間分析
　　空間分析通過檢查與囑牲相關的特征的位置，判斷特征間是否存在一定的關系。在城市地理信息系統中，它有助于比較特征間的空間關系，以支持規劃決策過程。在新區管線的規劃與調整中，模擬各種管線分布，進行虛擬管線與實有管線的疊置分析，實現管線的優化分析與設計。斷面分析，可生成縱、橫斷面圖，以便分析地下管網的分布情況。事故分析，根據管線事故發生地點，及時確定事故處理辦法。
3.6 統計分析
　　按照管線數據的各種特性對給水排水管網有關數據進行統計，生成各類統計報表。
3.7 輸出模塊
　　按照不同要求，生成用戶所需的各種專題圖，如路網圖、專業管線圖和綜合管線圖等。自動指定管線縱斷面圖和指定剖面的橫斷面圖。輸出時用戶可以根據需要進行輸出模式的制定，如顏色幅面、表現形式等。

4 系統的特點

　　本系統面向市政管理，能提供查詢分析和決策支持。系統充分發揮地理信息系統技術特點，采用先進的圖形處理技術和數據庫管理技術，將地圖空間信息和數據庫屬性信息結合起來，進行綜合管理，系統與圖形界面良好結合，分析結果可視，充分體現了GIS特點(如圖3所示)。

　　系統的主要特點有：
　　①強大的信息支持和全方位管理：以大慶市為背景的可視化場景，支持相關工程多重關聯復雜信息(9理，包招各種信息數據渾、關聯數據庫地理圖層，支持各類信息(地理圖形、屬性、數據庫、文本、圖片、聲音及影像等多媒體信息），進行全方位管理。
　　②開放的體系結構，GIS和MIS(Management information system，管理信息系統)一體化，功能模塊控件化，操作直觀簡單、可擴展性好。
　　③面向功能管理，查詢方式靈活多樣，地圖與屬性雙向查詢、交叉查詢。
　　④方便的多媒體資料瀏覽和播放，以直觀或二維的形式展示給用戶。
　　⑤快捷的信息跟蹤和定位：及時翻譯、信息瀏覽輕松自如，屬性定位方便快捷。
　　⑥強有力的決策支持：信息專題、區域對象的統計分析、渲染，快速定位搜索，形象直觀。
　　⑦快捷的給水排水管網事故情況分析，可迅速給出最優的事故處理方案，準確地輸出應該關閉的閥門和檢修的檢查井，用以指導搶修和維護。
　　⑧方便管斷面圖的生成，可以很好地顯示管網狀況和相關位置，使管網的隱蔽特性變成公開，實現管網的可視化管理。

5 結束語

　　大慶市給水排水管網信息管理系統經過兩年多的開發，現已完成，經運行能夠滿足市政管理部門在給排水管網信息的數據采集、存儲、處理、查詢檢索、分析等方面的需求。系統結構合理、功能先進、界面友好，并且具有很好的擴展性。

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作者簡介：王曉蓮(1977—)，女，河北唐山人，北京工業大學在讀博士生，研究城市污水生物處理及地理信息系統應用，哈爾濱工業大學二校區2607信箱，wxlxiaolian@sina.com。