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

　　摘要：傳統(tǒng)的圖紙和圖表管理方式難以對管網(wǎng)信息進(jìn)行有效的管理和利用，如用地理信息系統(tǒng)組件技術(shù)建立的管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)管網(wǎng)的自動化管理。以大慶市給水排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)為例，介紹了該系統(tǒng)開發(fā)的方法，以及基于組件技術(shù)給水排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)開發(fā)的過程、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)特點及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。
　　關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)(GIS)；組件技術(shù)；給水排水管網(wǎng)；信息管理系統(tǒng)
　　中圖分類號：TP319　　 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B　　 文章編號：1009—24占5(2004)01—0050—04

　　城市給水排水管網(wǎng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，具有分布集中不可見性，管理難度較大。應(yīng)用傳統(tǒng)的圖紙和圖表管理方式難以對大量的管網(wǎng)信息進(jìn)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(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)信息管理系統(tǒng)有效的開發(fā)模式具有重大的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)意義，而利用地理信息系統(tǒng)(GIS)組件技術(shù)建立城市給水排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)城市給水排水管網(wǎng)的自動化管理，提高城市管理水平、優(yōu)化城市管線布局、減少資金浪費?；谏鲜鲈?，建立了大慶市給水排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

　　城市給水排水管網(wǎng)基礎(chǔ)信息是一種典型的空間信息，包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類?？臻g數(shù)據(jù)主要確定管線的位置和相互間的關(guān)系，屬性數(shù)據(jù)用來表示管線的性質(zhì)特征。
1.1 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計
　　空間數(shù)據(jù)庫主要存儲與各類管線有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)，包括道路圖、給水管網(wǎng)圖、排水管網(wǎng)圖(污水、雨水)及其對應(yīng)的附屬物(檢查井、閥門井等)以及各管線對應(yīng)的注記圖等。數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，通過圖塊結(jié)構(gòu)、空間索引和數(shù)據(jù)分層設(shè)計，建立空間數(shù)據(jù)庫。
1.1.1 圖塊結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　為了在計算機(jī)中對大容量的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織，需要將所研究的地理區(qū)域分割成多塊，然后對這些圖塊建立空間索引。在多數(shù)情況下，圖塊按照地圖圖幅大小來劃分。由于分幅后會出現(xiàn)某一習(xí)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(guān)系。
1.1.2 空間索引的建立
　　連接關(guān)系主要通過空間索引表來實現(xiàn)，即建立：①圖幅總索引表，記錄每個圖幅在整個區(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的靈活調(diào)用、更新及管理，在空間數(shù)據(jù)庫中，往往將不同類不同級的圖元要素進(jìn)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(guān)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(wǎng)信息系統(tǒng)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(qū)域的一類特征。
1.2 屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計
　　屬性數(shù)據(jù)庫主要存儲與空間信息密切相關(guān)的地理特征信息和描述信息。在屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，通過模型設(shè)計、邏輯設(shè)計和代碼設(shè)計實現(xiàn)。
1.2.1 模型設(shè)計
　　通過多種途徑（如調(diào)查、功能分析等）識別出給水排水管網(wǎng)基本數(shù)據(jù)，再進(jìn)一步分類、抽象，形成與系統(tǒng)功能相對應(yīng)的實體標(biāo)示符、實體的屬性和空間關(guān)系，最后建立屬性數(shù)據(jù)庫的模型結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

1.2.2 邏輯設(shè)計
　　主要任務(wù)是按照已選擇的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特點，把模型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，進(jìn)而用DBMS提供的數(shù)據(jù)描述語言DDL完成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的定義，將圖1轉(zhuǎn)換成關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式。在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)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(shù)據(jù)項來表示，表示關(guān)系可用不同的方式，這取決于DBMS的數(shù)據(jù)描述能力，例如可利用相互聯(lián)系實體的公共字段方法表示關(guān)系，由此得到如下城市給水排水管線數(shù)據(jù)庫的邏輯模式：①管線點(管線點號，X坐標(biāo)，r坐標(biāo)，管底高程，地面高程)；②管段(管段號，管線類型，管線材質(zhì)，管徑，埋設(shè)年代，埋設(shè)單位，埋設(shè)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(shè)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(shè)計的日標(biāo)是保證數(shù)據(jù)共享，消除冗余，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯獨立性，這樣有利于數(shù)據(jù)的完糙性和保密性，并盡量降低數(shù)據(jù)庫的開銷。
1.2.3 代碼設(shè)計
　　為了便于識別管線種類和數(shù)據(jù)分層處理，也為了使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)具有較高的靈活性，使數(shù)據(jù)的查詢和計算簡便，對管線數(shù)據(jù)需要設(shè)計編碼。編碼時，要考慮到以下原則：代碼應(yīng)優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)，其次選用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，沒用標(biāo)準(zhǔn)時，結(jié)合具體情況自行設(shè)計。代碼設(shè)計要對編碼的字段規(guī)定編號的方式，定義每位代碼的意義，得出編號規(guī)則。
1.3 空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的連接
　　在城市給水排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)中，空間圖形信息與非空間屬性信息存在著有機(jī)的聯(lián)系，為了建立這種聯(lián)系，可通過空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫中的公共標(biāo)識符實現(xiàn)兩者的連接，并在空間數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間建立統(tǒng)一的用戶界面。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

　　基于組件GIS技術(shù)的巨大優(yōu)勢，通過充分的市場調(diào)查、分析，本系統(tǒng)選用北京慧圖信息科技開發(fā)有限公司的GIS組件——TopMap作為組件平臺，在VisualBasic 6.0的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行二次開發(fā)。根據(jù)給水排水管網(wǎng)的管理內(nèi)容和用戶需求，系統(tǒng)主要分為7個功能模塊(見圖2)，分別是：數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，數(shù)據(jù)瀏覽模塊，空間查詢模塊，空間分析模塊，統(tǒng)計分析模塊，數(shù)據(jù)輸出模塊。

3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊
　　對管線圖上的各類管線進(jìn)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(shù)據(jù)管理模塊
　　主要實現(xiàn)筲線數(shù)據(jù)和基本地形圖數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，以便于向用戶提供數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)更新。如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，以采用不同的方法更新管線系統(tǒng)并向不同的用戶提供滿足用戶要求的數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)的開發(fā)性；數(shù)據(jù)更新，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)到系統(tǒng)管理的自動更新；數(shù)據(jù)安全，對不同用戶設(shè)置不同權(quán)限，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。
3.3 數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)添加圖層、刪除圖層、顯示控制、活動層設(shè)置等功能。通過此模塊可以實現(xiàn)給水排水管網(wǎng)及其附屬物和基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)等多種信息的疊加顯示，并可根據(jù)需要對各種信息進(jìn)行顯示，并可根據(jù)需要對各種信息進(jìn)行顯示方式設(shè)置，如線性、顏色、線寬、疊放次序等；圖文互查：實現(xiàn)各類信息的圖文互查功能。通過點擊圖形元素獲取相關(guān)的屬性信息，根據(jù)特定的屬性信息快速定位到相應(yīng)的圖元并高亮顯示；輔助工具：實現(xiàn)管理需要的一些輔助功能，如長度度量、面積量算、地理坐標(biāo)的動態(tài)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(chǔ)管網(wǎng)圖和各種專題數(shù)據(jù)的查詢需求而設(shè)計的，具有空間位置、屬性、范圍及關(guān)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(chǔ)地形圖，可隨意打開、關(guān)閉顯示層、放大、縮小、屏幕漫游等，同時可查詢管線的點坐標(biāo)，查詢管線的材質(zhì)、管徑等特征。
3.5 空間分析
　　空間分析通過檢查與囑牲相關(guān)的特征的位置，判斷特征間是否存在一定的關(guān)系。在城市地理信息系統(tǒng)中，它有助于比較特征間的空間關(guān)系，以支持規(guī)劃決策過程。在新區(qū)管線的規(guī)劃與調(diào)整中，模擬各種管線分布，進(jìn)行虛擬管線與實有管線的疊置分析，實現(xiàn)管線的優(yōu)化分析與設(shè)計。斷面分析，可生成縱、橫斷面圖，以便分析地下管網(wǎng)的分布情況。事故分析，根據(jù)管線事故發(fā)生地點，及時確定事故處理辦法。
3.6 統(tǒng)計分析
　　按照管線數(shù)據(jù)的各種特性對給水排水管網(wǎng)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，生成各類統(tǒng)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(wǎng)圖、專業(yè)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(jù)需要進(jìn)行輸出模式的制定，如顏色幅面、表現(xiàn)形式等。

4 系統(tǒng)的特點

　　本系統(tǒng)面向市政管理，能提供查詢分析和決策支持。系統(tǒng)充分發(fā)揮地理信息系統(tǒng)技術(shù)特點，采用先進(jìn)的圖形處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，將地圖空間信息和數(shù)據(jù)庫屬性信息結(jié)合起來，進(jìn)行綜合管理，系統(tǒng)與圖形界面良好結(jié)合，分析結(jié)果可視，充分體現(xiàn)了GIS特點(如圖3所示)。

　　系統(tǒng)的主要特點有：
　?、購?qiáng)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(guān)工程多重關(guān)聯(lián)復(fù)雜信息(9理，包招各種信息數(shù)據(jù)渾、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫地理圖層，支持各類信息(地理圖形、屬性、數(shù)據(jù)庫、文本、圖片、聲音及影像等多媒體信息），進(jìn)行全方位管理。
　?、陂_放的體系結(jié)構(gòu)，GIS和MIS(Management information system，管理信息系統(tǒng))一體化，功能模塊控件化，操作直觀簡單、可擴(kuò)展性好。
　?、勖嫦蚬δ芄芾恚樵兎绞届`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。
　?、菘旖莸男畔⒏櫤投ㄎ唬杭皶r翻譯、信息瀏覽輕松自如，屬性定位方便快捷。
　　⑥強(qiáng)有力的決策支持：信息專題、區(qū)域?qū)ο蟮慕y(tǒng)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(wǎng)事故情況分析，可迅速給出最優(yōu)的事故處理方案，準(zhǔn)確地輸出應(yīng)該關(guān)閉的閥門和檢修的檢查井，用以指導(dǎo)搶修和維護(hù)。
　?、喾奖愎軘嗝鎴D的生成，可以很好地顯示管網(wǎng)狀況和相關(guān)位置，使管網(wǎng)的隱蔽特性變成公開，實現(xiàn)管網(wǎng)的可視化管理。

5 結(jié)束語

　　大慶市給水排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)經(jīng)過兩年多的開發(fā)，現(xiàn)已完成，經(jīng)運行能夠滿足市政管理部門在給排水管網(wǎng)信息的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、查詢檢索、分析等方面的需求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、功能先進(jìn)、界面友好，并且具有很好的擴(kuò)展性。

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