供水管网地理信息系统

前言

需求：近年来，随着城市规模不断的扩大和生活水平的日益提高，城市供水管网系统越来越庞大。如何应对社会的发展，更好地服务于社会，作为城市供水系统的重要组成部分，供水管网将面临管理上的更高要求和严峻考验。在传统的供水管网管理中，管网数据基本上采用图纸方式进行管理的，存在许多弊端，对错综复杂的管线网络管理起来非常被动。地图以图纸的形式存放，不便于查询和保存，导致日后维护工作难度加大，有些管线甚至仅凭当时施工人员的记忆去寻找，导致很难及时地发现和处理事故，给供水企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，使用计算机，借助地理信息系统技术对供水管网的规划、设计、建设及运行维护进行科学管理，实现管网基础信息管理与业务管理的同步发展，提高供水企业整体水平和服务质量。这是供水企业发展的必然趋势，是科学管理的必然选择。

现状：目前，供水管网系统在国内部分大中城市已经应用起来，中部地区也在加紧步伐。

平台：北京超图地理信息技术有限公司作为我国较早研究GIS 技术的公司之一，其自主研发的SuperMap GIS 平台采用全组件式开发方法，扬长避短，吸取了国内外各大GIS 软件的优点，同时弥补了其他GIS平台的不足。SuperMap GIS 已连续多年获得国家级的殊荣，在国内外各个行业得到广泛的应用，市场占有率稳居国内GIS行业榜首。更令人振奋的是SuperMap GIS 是我国第一个走向国际社会胡GIS 产品，发布了多种语言版本港、台湾等国家或地区出现蓬勃发展的势头。因此，经过多个GIS 软件平台综合评估对比，我公司选用SuperMap GIS 为本系统GIS平台，能让本系统架构更灵活，功能更强大，性能更稳定、服务更到位。

产品：在供水管网地理信息系统产品研发与项目实施的过程中，我公司不断加强和提高系统核心技术、工程质量以及服务水平，不断完善软件产品功能，力求创新，将先进的软件设计思想与管理理念相结合并应用于实际工作中，使用户得到最好的应用效果。

第 1 章系统概述

eMap供水管网地理信息系统基于北京超图公司研发的国内最优秀的GIS平台SuperMap GIS 开发，采用了先进的体系架构技术、空间数据建库技术、网络技术，具有可扩展性强、运行效率高、容易使用和维护等特点，能够满足国内大中型供水企业信息化的需求。

图1.1 系统主界面

eMap供水管网地理信息系统是建立在以动态和静态的供水管网电子地图基础上，对管线及各种设施进行属性查询、定位、分析、统计；对各类统计结果进行输出；管网发生事故后，能在短时间内提供关阀方案、用户停水通知单，发生新情况后能迅速调整方案；实现了供水管网图文一体化的现代化管理，提供了管网数据动态更新机制，准确高效，为供水规划、设计、调度、抢修和图籍资料管理提供强有力的科学决策依据，实现分析决策的全计算机操作过程，从而提高自来水公司的生产效率和社会服务水平

eMap供水管网地理信息系统具有超强的先进性、扩展性和开放性，在满足当前需求的同时充分考虑今后业务需求变化和软件技术的发展趋势。全组件式设计思想、插件式开发方法和可装配式体系架构的应用，使系统能面对公司业务需求不断变化的情况下及时动态的调整和升级系统。

第2章系统特点

eMap供水管网地理信息系统能在多个大中型项目中得到成功的应用，将先进的软件设计技术和管理理念相结合，其优势在于系统的创新与特色。本系统在研发过程中以成熟的技术为基础，力求创新，强调系统的特点。在项目实施过程中，不断积累经验和丰富系统功能，并将系统加以升级改进。

蓝图供水管网地理信息系统具有以下创新与特点：

2.1 可装配式系统架构

系统采用全组件式设计思想，插件式开发方法，模块化程度高。当用户需要增加系功能时只需要根据实际需求开发相应的功能，以安装插件的形式即可实现系统的自动升级，不需要重新开发新的系统，以最小的代价来扩充系统功能。

2.2 可视化系统定制功能

系统基于先进的框架软件设计理念，提供了在可视化环境中动态定制菜单、地图配置、符号配置、输出配置、规则定义、爆管参数、风格配置等的工具。用户可根据自己的需要定制系统，隐藏那些与自己工作无关的系统功能而不需要编写任何程序。系统设计从实用方便的角度出发，使工作人员在最精简的个性化系统中工作，从而提高工作效率，如图 2.1 功能菜单管理界面。

图2.1 功能菜单管理

2.3 灵活的系统扩展和维护

系统具有较强的可扩展性和易维护性，对由于业务管理内容和工作流程变化造成的系统

需求的变化具有很强的自适应能力。系统的可扩展性主要表现在：功能扩展性：为了满足用户今后系统扩容和扩大应用范围的需求，系统充分考虑从系统结构、功能设计、管理对象等各方面的功能扩展。系统还提供其他系统集成的工具，可方便地与供水客户协调连接。软硬件平滑升级：系统充分考虑软硬件平台的可扩展性及软、硬件的负载平衡机制。随着关键软件和硬件的发展以及管理功能的增加，系统具有灵活和平滑的扩展能力。系统采用集中的、智能化的维护方式，尽可能减少手工维护工作量，确保系统的正常运行。

2.4 方便实用性强

最大程度地满足城市供水输配管网管理是系统建设的根本目标，是本系统制作的基本出发点。做到易于使用、便于系统管理、数据更新简便和系统升级容易，具有优化的系统结构和完善的数据库系统，以及友好的用户界面。系统从切实的必需的功能出发，不追求大而全的当前功能，而是实现切实的必要的功能，使每个实现的功能能用、好用、用户喜欢用，减少用户学习的时间。同时也为将来的扩展留下足够的接口，逐步完善，持续发展。

2.5 完善的数据更新机制

数据是地理信息系统最有价值的部分。缺少数据或数据更新困难的系统都是失败的主要原因。保持基础地理数据和管网数据的即时更新，一方面有利于实时保存管网数据，另一方面，可以充分发挥系统功能，真正使得计算机技术代替手工操作。

系统提供了完善的数据更新手段，可将CAD格式或其他格式的数据通过直接或间接的方式导入系统中进行更新，也可利用本系统直接在管网电子地图中进行设计更新。

第 3 章系统结构

3.1 系统逻辑结构

软件设计与实现将采用面向对象的方法，以软件对象（类）和逻辑相关的软件对象构成的应用组件为基础进行开发，利用系统分析与设计过程构造的UML 类图和类图基础上构造的UML 部件视图进行编程和组织。在具体实现上，将按业务职能和机构组成划分应用子系统，子系统实际上是应用类与部件的逻辑组合，各子系统通过共享类与部件实现数据的共享。

系统采用C/S的模式。

3.2 系统组织结构

系统的功能和业务可以分为地图管理子系统、管网设施管理子系统（查询、统计系统）、管网分析子系统、管网维护子系统、系统管理子系统。这种划分并不一定最优，但由于采用组件式开发和元数据、规则库技术。系统中子系统的功能与结构的调整只是一个重新组装或定义的过程。因此，系统具有较大的灵活性。

3.3 系统数据库结构

本系统的数据库构成如下图所示：

数据库的划分主要按功能划分，由基础地理数据库、管网数据库、工程图档数据库、系统管理数据库等构成。

第4章系统功能

4.1 地图管理子系统

4.1.1 地图数据管理

系统采用关系数据库统一管理地形图与管线专题数据库，地形图数据库采用表（table）存贮，以对象为单位对应表中一行（Row），包含图形与属性数据，在数据库中是连续的、物理上无缝的。地形图按专题要素组织与存贮，可以方便地从中提取部分数据并进行数据转换。具有地形图数据库的自动备份功能。

4.1.2 地形图的录入、修改和更新功能

可以进行地形图的扫描数字化、数字手扶跟踪数字化、电子外业测量数据的转入，系统具有较强的编辑功能，支持几何特征点的动态捕捉、精确坐标录入，属性与图形同时录入。支持数据库的局部更新和整体更新。管网数据可用坐标数据输入，利用一组坐标生成管道图。

4.1.3 调图与定位模块

地图定位可以由图号、地名、路名、行政区号、坐标或设施属性定位到空间对象所在的位置，并加以显示。地图定位有根据图幅号定位、地名管线编号定位、阀门编号定位、用户自定义视图定位、坐标定位等。

4.1.4 查询检索模块

可以进行图形与属性的双向查询，由图形查属性，可查询街道、小区，道路、图号、管段和设施等图形对象，支持点选、线选、圆选和任意多边形选择，并更出属性表。也可由属性或SQL 语句查询满足条件的图形对象，并高亮显示。

4.1.5 显示管网设施过滤

用于设置用户需要显示的管线或节点的过滤条件，如图 4.2。

4.1.6 测量与动态标注

可方便地测算坐标、任意两点间的距离、任意两条曲线的夹角和任意多边形的面积。如图4.3是对阀门口径进行标注。可随意选择颜色进行自由注释、标注任意点坐标、管点属性及两点的距离等。

4.1.7 图档管理模块

系统具备管网设施的图档管理功能，图档可以是任意格式的数据、文档或图片，可通过系统程序进行打开，或将CAD图档叠加到管网图中作为参考。

4.1.8 数据转换模块

支持多种数据格式的转入转出，如DWG、DXF、MIF、COVEAGE、SHAPE、SDB、DGN等。

4.1.9 符号库管理与定制

系统提供地图与管网设施管理所需的符号库的管理和定制功能，允许用户根据自己专业特点对系统提供的标准库内容进行扩充、修改、删除。使用者可自行设计自己需要的符号、填充图案、线型、颜色。

4.1.10 图形输出模块

系统提供了多种地图模板，可输出符合地图公开出版质量的图件，可以绘制标准和非标准图幅的管网图，可以在打印窗口中自定义打印管网设施的风格。可绘制任意方向矩形区域的管网图，并按任意比例输出，可绘制工改图、竣工图、原理图、设计图和绑定图，可绘制有对象属性表的阀门图

4.2 管网设施管理子系统

4.2.1 管网设施查询管理

本系统可以按使用者的需求对系统中的管网数据进行分层管理，便于查询、施工、决策。主要查询功能有：按地名查询，按视图查询，按图幅号查询，可选区域查询，空间关系查询，按管线或节点编号查询，条件查询，显示阀门普查路线……

4.2.2 管网设施统计管理

此模块可对系统中管网设施进行定性、定量的统计，对统计报表导入导出、打印等。

管线统计：

维修、维护统计

安装年份统计

材质统计

区域统计

条件统计

阀门统计：

维修、维护统计

爆漏统计，并打印统计信息

阀门检修统计，并打印统计信息

安装年份统计

材质统计

区域统计

条件统计

其他管网设施的统计：

报表生成：

管线统计表

阀门统计表

管网附属设施统计表

阀门跟踪记录卡

阀门维护工作单

维修工作单

管线设施信息表

4.3 管网分析子系统

本系统提供了丰富的管网分析手段和方式，包括爆管分析，连通性分析，管线碰撞分析、两点追踪分析。

4.3.1 爆管分析

鼠标点击爆管管线位置，显示受影响的管段区域，给出关阀方案，显示所有应关闭的阀门输出关阀报表，关阀图和因关阀影响停水的重要用户信息。

4.3.2 连通分析

对管网进行一定程度的模拟仿真分析，显示当前管网的连接情况和供水状态，可以制定管网中任意两节点，能计算出两节点是不是能连通，并可给出最短路径。可模拟开、关阀门。

4.3.3 管线碰撞分析

给出其他管线（如排水、电信、电力等）的走向、埋深和管径，系统能自动分析该管线与供水管线碰撞之处。

4.3.4 两点追踪分析

指定两个设备，分析出相连路径，追踪该路径中所有连接的设备。

4.4 管线维护子系统

4.4.1 属性数据录入

系统提供图形化的录入界面，处理管网属性数据输入、修改。包括：管线、管网节点属性数据阀门记录卡录入、编辑

4.4.2 辅助设计

设计人员根据系统的GIS 图形信息、相关设施的图形和属性，以及给定的条件、地理位置管网现状等，使用系统提供的设计功能，在本系统中对工程项目可进行辅助设计，在设计过程中，系统提供多种功能减小设计人员的工作强度：

图形绘制

定点功能

图形修改

4.5 系统管理子系统

系统提供灵活的用户管理机制，可创建、编辑、删除系统组和用户，并可定义用户权限。应用系统按功能分类，可定制各系统的使用用户。日志管理（用户登录、修改某些重要数据的记录）提供可靠的多级管理安全机制，对重要的数据进行自动备份。

4.5.1 安全管理

用户登录和用户合法性检查：用户输入用户名和密码后，在用户信息库中查找有无此用户及用户密码是否正确。用户权限检测：在系统中有一个用户功能权限检测模块，用户每进入一个界面前，系统会自动调用该功能模块，据用户权限数据库的内容对每个功能控件的状态进行设置(使能或不能)。

4.5.2 用户权限管理

增加用户

删除用户

设置用户权限

修改用户权限

4.5.3 数据的备份与恢复

能够方便地进行系统数据的备份，可选择手动备份和系统自动备份，同时能将系统备份的数据恢复到系统中。

第 5 章系统软硬件配置

5.1 GIS 平台软件选型

作为一个GIS系统，系统开发的关键是选择一个先进的GIS软件平台，GIS软件平台的选择决定了系统的性能。经过国内外多个GIS平台软件的参考与对比，我们认为SuperMap 能很好满足本系统要求，其性能价格比更高，能显著降低用户成本，可在源码级可为用户定制特殊的功能，技术支持及时。

GIS平台软件选型的原则：

（1）支持采用关系数据库管理空间数据，以解决海量数据一体化存贮管理和分析算的问题；

（2）支持多用户并发、支持长事务处理；

（3）具有完善的网络数据模型和较强的网络分析能力，以满足供水管网分析功能需要；

（4）基于组件技术，可以是COM 组件和ActiveX控件，可以其它应用一体化集成。

便于开发应用组件，便于独立发布；

（5）具有较强的符号库制作与管理功能，尤其是线型符号，能符合国内制图的标准；

（6）具有Web GIS的功能，可以通过Internet 实现空间数据的显示与查询；

（7）具有较好的稳定性和可靠性；

（8）国内有成功案例；

（9）软件价格合理。

5.2 软硬件配置

第 6 章项目实施与管理6.1 组织与管理

供水管网地理信息系统是一个多层次、多部门、大型的综合性工程，涉及到全公司各部门为此，项目的组织和管理非常重要，系统在开发和运行维护阶段都需要严格的管理体制。系统组织和管理的内容包括系统分析、规划、设计、机构人员配置、建设资金管理、工程进度管理、工程技术管理等方面。为了顺利地进行项目的开发，要求用户至少派一名主管业务或信息系统的处长成立项目开发领导小组，负责协调各部门工作和进行业务指导，从组织和管理上保证系统的统一规划、统一管理、统一标准。我公司将以项目组的形式进行开发，项目组中包括项目经理、系统分析员、系统开发人员系统测试人员、系统维护人员和培训人员，由项目领导小组进行协调和配合，拟定详细周密的开发计划、合理地调配人力、全权负责项目的开展。

6.2 质量保证

我公司一向以工程质量为本，每一个项目都有一个QA对项目过程进行跟踪，在项目立项阶段由QA制定《质量保证计划》，并根据该计划对项目各过程进行跟踪。在项目实施的各个阶段都有公司高层领导和项目领导小组按照ISO质量体系标准和《质量保证计划》进行严格质量把关，对开发过程进行评审，确保项目质量与项目进度的顺利进行。

6.3 测试与验收

测试是系统最后一个检验过程，也是非常重要的一个环节。我公司有独立于开发的项目测试组，由受过专业测试培训的人员组成，测试人员在项目需求阶段就参与到项目中，保证测试过程的相对独立性和有效性。直至双方合作研究开发完成的技术成果，达到了合同所要求的技术要求和性能要求，满足用户需求，根据经用户认可的设计文档由双方共同组织验收，并由用户出具项目验收证明。

第7 章系统服务计划7.1 售后服务

（1）服务保障体系

售后服务工作由我公司各部门密切配合、共同承担。

（2）对于系统整个的维护，采用以下几种方式：

对系统运行提供全年技术支持；

通过定期、不定期的系统检查发现潜在的问题并予以排除；

通过电话、传真、E-MAIL登记用户请求，提供解决方案；

7.2 培训计划

培训计划根据培训对象的不同，分为一般

如下：

1) 培训目标：熟悉供水GIS信息系统软件的操作

对系统能进行简单的日常维护

2) 培训内容：供水GIS信息系统操作方法

系统故障解决方法

3) 培训对象：领导干部

4) 培训人数：不限

5) 培训时间：

6) 培训地点：结合系统的运行现场培训