夏俊峰，李靜，樊亞東
（武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072）

　　摘要：本文介紹了以MapX組件為GIS開發(fā)平臺，PowerBuilder為系統(tǒng)前臺開發(fā)工具，集GIS、CAD、空間數(shù)據(jù)庫為一體的自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)。對系統(tǒng)各個功能模塊、數(shù)據(jù)管理、空間拓?fù)浞治黾翱臻g數(shù)據(jù)庫等的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)的說明。系統(tǒng)實(shí)際使用中運(yùn)行穩(wěn)定，能較好滿足自來水管網(wǎng)管理的要求，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；MapX；供水管網(wǎng)
　　中圖分類號：TP 79

Design and Implementation of InformationManagement System of Water Supply Pipeline Network Basedon MapX Groupware

XIA Jun-feng ,LI Jing , FAN Ya-dong
(School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072,China)

Abstract:A management system of the pipeline network of water supply is introduced, whichis integrated with the GIS, CAD, spatial database, using PowerBuilder as thedevelopment language and MapX groupware as the GIS platform. The design andimplementation of the function of each part of the system, data structure,spatial analyzing and spatial database are discussed in detail. The system runssteadily in the actual applications, and is well designed to meet the demand ofa management system of the pipeline network of water supply, and has obtainedbetter economy profits.
Keyword: Geographical Information System; MapX; Pipeline Network

1 前言

　　隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家基礎(chǔ)信息化工作的不斷發(fā)展，各個行業(yè)、單位自身的信息化工作也在逐步發(fā)展。自來水行業(yè)也不例外，但自來水行業(yè)的信息化工作有其自身的特點(diǎn)：水表、閥門數(shù)量龐大，地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，具有明顯的地理特征。隨著城市的建設(shè)和發(fā)展，這些管網(wǎng)不斷增加，覆蓋區(qū)域不斷擴(kuò)大，使系統(tǒng)越來越龐大，復(fù)雜程度越來越高。
　　對于這樣一個龐大系統(tǒng)的管理，如果仍采用手工管理方式，對管網(wǎng)這些具有明顯空間屬性的數(shù)據(jù)僅僅采用傳統(tǒng)的管理方式，龐大數(shù)據(jù)的管理和分析將非常不便且效率低下。
　　而GIS（地理信息系統(tǒng)）是融合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫于一體，用來存儲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)的結(jié)合起來，根據(jù)用戶的需要將空間信息及其屬性信息準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶，滿足我們對空間信息的要求，借助其獨(dú)有的空間分析和可視化表達(dá)功能，進(jìn)行各種輔助決策。
　　本自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)基于自來水營業(yè)收費(fèi)管理系統(tǒng)，針對目前自來水行業(yè)信息化建設(shè)中存在的問題，如供水管網(wǎng)圖紙檔案信息化管理不便，研究和開發(fā)的一個自來水管網(wǎng)管理的GIS模塊，實(shí)現(xiàn)了自來水管理系統(tǒng)供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視化管理，能極大提高自來水行業(yè)信息化管理水平和效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)由自來水管網(wǎng)信息輸入與修改，自來水管網(wǎng)輔助管理，自來水管網(wǎng)空間信息分析、報表與地圖輸出4個模塊組成。（如圖1）

2.2系統(tǒng)主要功能模塊
2.2.1自來水管網(wǎng)信息輸入與修改模塊
　　該模塊提供給用戶導(dǎo)入原有圖紙檔案數(shù)據(jù)并進(jìn)行地下管網(wǎng)信息編輯維護(hù)等功能。
　　長期以來各城市的自來水部門都累積了一大批供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工、竣工的圖件和表冊資料,這部分圖形數(shù)據(jù)需進(jìn)行矢量化并存儲到數(shù)據(jù)庫中。在系統(tǒng)中提供圖形窗口和掃描、圖形編輯工具方便用戶完成這部分工作。
　　通過GIS平臺的地圖窗口，對地圖上用戶水表、閥門、地下管道數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、修改和刪除非常方便，直接在地圖上進(jìn)行點(diǎn)選和拖動即可，并且對管網(wǎng)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的修改操作都能在地圖上直觀的反映出來。
2.2.2自來水管網(wǎng)輔助管理模塊
　　該模塊通過GIS平臺提供給用戶強(qiáng)大的地圖查詢功能，在地圖窗口進(jìn)行城鎮(zhèn)自來水地下管網(wǎng)的維護(hù)和輔助管理，并將查詢結(jié)果以可視化的形式在地圖上直觀的顯示出來，實(shí)現(xiàn)了圖形、屬性交互查詢。包括以下查詢功能：
　　(1) 分類查詢。在MapX組件中，地圖數(shù)據(jù)都是按圖層組織的，相同屬性的數(shù)據(jù)組織在同一層中，如用街道層、水表層、管道層等。用戶直接在地圖上選擇需查詢的地圖層或區(qū)域就可以將查詢結(jié)果在地圖上顯示出來，并且能夠?qū)崿F(xiàn)圖形、屬性的交互查詢。
　　(2) 業(yè)務(wù)查詢。自來水管網(wǎng)管理和維護(hù)有其自身的業(yè)務(wù)要求，如水表和管道使用一段時間需進(jìn)行檢驗(yàn)，查找故障點(diǎn)。系統(tǒng)提供相應(yīng)的到檢水表查詢，漏點(diǎn)查詢功能。
　　(3) 自定義查詢。鑒于自來水地下管網(wǎng)管理工作的復(fù)雜性及系統(tǒng)的易用性，為滿足用戶工作中不同的查詢要求，須提供給用戶自定義查詢條件窗口，按用戶要求進(jìn)行查詢工作。查詢結(jié)果也將在地圖上醒目的標(biāo)示出來。
2.2.3自來水管網(wǎng)空間信息分析模塊
　　空間信息分析的內(nèi)涵極為豐富。作為GIS的核心部分之一，空間信息分析在地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過空間信息分析能夠?yàn)橛脩籼峁┛臻g行為的決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自來水地下管網(wǎng)的科學(xué)高效管理。通過GIS平臺和空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，我們在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)以下幾種分析功能：
　　(1) 空間拓?fù)浞治觥Τ鞘谢A(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如供水管線、輸電線等）進(jìn)行地理分析和模型化，是地理信息系統(tǒng)中空間拓?fù)浞治龉δ艿闹饕康摹Ｔ谧詠硭芫W(wǎng)管理系統(tǒng)中，運(yùn)用空間拓?fù)浞治觯芯亢突I劃地下管網(wǎng)如何安排，并且使其運(yùn)行效果最好，達(dá)到資源最佳配置。
　　(2) 橫縱斷面分析。用戶能夠在二維平面上對三維空間中的目標(biāo)進(jìn)行直觀的查看。在地圖上任意畫一條線，系統(tǒng)即可顯示出沿此線的切面圖。系統(tǒng)還提供在地圖上顯示任意位置施工會影響到的地下管線。
　　(3) 爆管分析。當(dāng)管線上某點(diǎn)出現(xiàn)故障或需檢修時，計(jì)算最優(yōu)（影響范圍最小）方案，在管網(wǎng)中確定應(yīng)當(dāng)關(guān)閉的閥門，并且標(biāo)示關(guān)閉閥門后受影響的區(qū)域。
2.2.3報表與地圖輸出模塊
　　為方便用戶保存查詢結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析應(yīng)用，可以將查詢結(jié)果以自定義報表或圖形的方式打印輸出；同時考慮到不同應(yīng)用軟件間的數(shù)據(jù)共享，用戶能將查詢結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)通用文件格式輸出到文件中，其中報表采用.xls文件格式，圖形采用.dxf文件格式。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1開發(fā)模式
　　目前應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)的開發(fā)通常有3種模式：獨(dú)立開發(fā)、單純二次開發(fā)和集成二次開發(fā)。由于獨(dú)立開發(fā)難度太大，單獨(dú)二次開發(fā)受GIS工具提供的編程語言限制差強(qiáng)人意，因此結(jié)合GIS工具軟件與可視化開發(fā)語言的集成二次開發(fā)方式就成為目前GIS應(yīng)用開發(fā)的主流。其優(yōu)點(diǎn)是既可以充分利用GIS工具軟件對空間數(shù)據(jù)庫的管理、分析功能，又可以利用其他可視化開發(fā)語言具有的高效、方便等編程優(yōu)點(diǎn)，集二者之所長，不僅能大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應(yīng)用程序具有更好的用戶界面、更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，可靠性好、易于移植、便于維護(hù)。本自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)就采用這種GIS集成開發(fā)模式。
3.2開發(fā)工具、GIS平臺及數(shù)據(jù)庫選擇
　　PowerBuilder是目前非常流行的信息管理系統(tǒng)開發(fā)工具，全面支持面向?qū)ο缶幊蹋羌晒δ軓?qiáng)并易于使用的第四代編程語言，內(nèi)置包括數(shù)據(jù)窗口和OLE控件在內(nèi)的多種對象類型，方便連接和訪問多種數(shù)據(jù)庫。用它進(jìn)行管理信息系統(tǒng)開發(fā)速度快、功能強(qiáng)、效率高、成本低。本自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)基于自來水營業(yè)收費(fèi)管理系統(tǒng)，自來水營業(yè)收費(fèi)管理系統(tǒng)是采用PowerBuilder開發(fā)工具。考慮到開發(fā)工具的功能、用戶界面的一致性以及系統(tǒng)的集成我們也采用PowerBuilder作為開發(fā)工具。
　　MapX是MapInfo公司推出的基于ActiveX技術(shù)的可編程控件，為開發(fā)人員提供了一個快速、易用、功能強(qiáng)大的地圖化組件。在VB、VC、Delphi、PowerBuilder等可視化開發(fā)環(huán)境中，只需在設(shè)計(jì)階段將MapX控件放入窗體中，并對其運(yùn)行編程以設(shè)置屬性、調(diào)用方法或相應(yīng)事件，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、專題分析、地理查詢、地理編程等豐富的地圖信息系統(tǒng)功能。自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)屬于管理信息系統(tǒng)范疇，又必須具備地圖管理的特征，因此，綜合運(yùn)用PowerBuilder和MapX是一種順理成章的做法。
　　Oracle是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛、功能最強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具有完整的數(shù)據(jù)管理功能，它完善的備份恢復(fù)功能和安全機(jī)制等特點(diǎn)保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。同時，Oracle強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫功能便于空間信息的存儲管理。
　　所以，從開發(fā)效率、系統(tǒng)成熟度、投資回報等各個因素綜合考慮，我們采用PowerBuilder開發(fā)工具、MapX組件和Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)本自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)。
3.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中存儲和檢索數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。
　　在本應(yīng)用系統(tǒng)中，管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化的，而對空間數(shù)據(jù)的操作需要GIS軟件實(shí)現(xiàn)，同時還要充分利用用戶現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以利用空間數(shù)據(jù)庫存儲空間數(shù)據(jù)，而借助于已有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)。因此本系統(tǒng)采用空間數(shù)據(jù)庫結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫的方案，空間數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫通過關(guān)鍵字相關(guān)聯(lián)。（如圖2）

　　空間數(shù)據(jù)主要由地理底圖數(shù)據(jù)和網(wǎng)文件組成，各種空間數(shù)據(jù)按其特征分層進(jìn)行存儲。其中地理底圖數(shù)據(jù)劃分為一些最基本的地圖圖層，如居民區(qū)、建筑物、道路等，網(wǎng)文件則由用戶水表、閥門、管道等管網(wǎng)圖層組成。（如圖3）

3.4空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用
　　通過利用數(shù)據(jù)的內(nèi)在空間關(guān)系，空間數(shù)據(jù)庫能夠提高自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的決策、運(yùn)作能力。
　　MapInfo公司的Spatial Ware是一個在Oracle環(huán)境下基于SQL進(jìn)行空間查詢和分析的空間信息管理系統(tǒng)，它不僅實(shí)現(xiàn)了在Oracle中存儲空間數(shù)據(jù)的類型（如點(diǎn)、線、面等），而且建立了一套基于SQL查詢檢索機(jī)制的空間運(yùn)算符，使得空間查詢和分析能在服務(wù)器進(jìn)行，其高效的基于R-Tree的空間索引技術(shù)，保證了空間查詢的快速和準(zhǔn)確。
　　Spatial Ware將地圖對象作為一個單獨(dú)的列添加到Oracle數(shù)據(jù)庫中，使Oracle數(shù)據(jù)地圖化。現(xiàn)有的MapInfo地圖數(shù)據(jù)可通過MapInfo Professional上載到Spatial Ware中。應(yīng)用系統(tǒng)通過MapX組件對象訪問空間數(shù)據(jù)庫中的地圖數(shù)據(jù)，空間查詢、空間分析的結(jié)果也可在地圖中顯示出來。

4 結(jié)束語

　　自來水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)基于MapX組件平臺設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對城鎮(zhèn)自來水地下管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)管理與分析決策。它以電子地圖為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，針對自來水地下管網(wǎng)建立起一個能快速提供真實(shí)準(zhǔn)確地理信息、便于查詢及決策分析的管理系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)自來水信息管理系統(tǒng)的不足，提高了自來水行業(yè)信息化建設(shè)水平。雖然此系統(tǒng)是針對自來水管網(wǎng)開發(fā)的，但城市地下管網(wǎng)如排污、供熱、燃?xì)狻⑤斢汀⑤旊姷扰c供水管網(wǎng)極其相似，本系統(tǒng)稍加修改即可適用。

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作者簡介：夏俊峰（1979-），男，湖北 崇陽，碩士研究生，武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 測試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)；
　　　　　李　 靜（1979-），女，湖北 漢川，碩士研究生，武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 電力工程及其自動化；
　　　　　樊亞東（1967-），女，副教授，碩士生導(dǎo)師，武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院測試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)。

作者聯(lián)系方式：

　　　　 通信地址：武漢大學(xué)工學(xué)部電氣工程學(xué)院03研3班，夏俊峰，430072
　　　　 電話：027-87161251
　　　　 E-mail:jstormx@yeah.net