供水管网信息系统解决方案
前 言
城市自来水管网是一个纵横交错的巨大网络，具有十分复杂的空间和非空间属性。传统工作方式中，这些信息一般经图纸图表描述(例如，施工和竣工资料图表)，采用人工管理，长期以来，我们在管网资料的管理方面一直沿用这种做法。各种图档资料的不齐全使我们在管理这样一个庞大的管网时感到力不从心。自来水输配调度缺乏依据，遇到紧急情况无法及时得知有关信息采取相应措施。有关资料只存在一些有经验的技术人员的头脑里，因大规模市政建设而日益变化的参考建筑，使有些管网资料失去了其原有的价值，设备管理相当困难，管网设计也很难优化。为了彻底改变这一现状，必须引入计算机技术-地理信息系统来管理我们的管网资料。
利用GIS技术存储、管理和更新城市自来水管道网络的空间数据库，辅助城市交通线路规划、管理；通过与GPS、无线通讯、Internet、虚拟现实等高新技术的有机结合，在GIS的数据操作及空间分析技术的辅助下，建立广泛的实时数字自来水管道信息用户服务体系，实现全数字化自来水管道信息的实时发布、存储与检索，为自来水管道管理、智能导航、调度及居民需求等提供有效的技术支持；实时地根据用户需求对自来水管道网络的空间、时序及属性特征对自来水管道网络进行分析和描述，辅助煤气管道路线选择、区位分配分析等，并对自来水管道网络进行实时优化，缓解自来水管网输配调度的问题。
。 地理信息系统简介
从空间可视化、空间导向和空间思维三个方面重新认识地理信息系统。
· 空间可视化(Spatial Visualizaiton)
a、空间地物轮廓特征的可视化
信息系统是对现实世界的计算机模拟，而地理信息系统则突出了它对现实世界空间关系的模拟。使用我们对于在空间中各事物的状态有一个非常直观的感受。无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图，还是展现一幅三维的地形模型，都使我们对现实世界空间关系的认识更为直观、具体。或许我们可以用计算机科学中常用的“所见即所得”一词来解释这一点。
b、具有空间参照特点的地物专题属性信息的可视化
地理信息系统的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息的图形可视化，这一点是由地理信息系统的一个重要特征来保证的，即GIS实现了空间信息和属性信息的集成管理，并能够完善地建立二者之间的联系。这样空间地物的专题属性特征就可以通过地理信息系统工具实现具有空间参照信息的可视化。
· 空间导向(Spatial Navigation)
利用地理信息系统，我们不仅可以纵
览研究区域的全域，还可以利用缩放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。
一个完善的地理信息系统提供了空间数据库功能，使用我们可以以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看细部。在比例尺不断增大的同时，展现给用户的空间信息内容会不断更新。这些与地图学中强调的制图综合的概念是相似的。
地理信息系统的空间导向功能还可以从空间查询功能中得到体现。例如我们可以通过空间查询找到“城市中的公园”，并即时将地图的显示范围缩放到所有“公园”空间分布的范围内，这样同样是空间导向作用的体现。
· 空间思维(Spatial Thinking)
地理信息系统的空间数据库在存贮各地物的空间描述信息的同时，还存贮了地物之间的空间关系，这一特点为进行空间分析提供了基础。
地理信息系统的空间思维，就是要利用GIS数据库中已经存贮的信息，通过GIS的工具(例如缓冲区分析、叠置分析)，生成GIS空间数据库中并求存贮的信息。
地理信息系统将许多空间分析工具集成起来，并提供二次开发工具。在进行空间分析时，用户将各种分析工具按所研究领域的专业模型组织成一个程序(即计算机可以识别和操作的思路)，交由地理信息系统完成，最后提供空间可视化的分析结果。
地理信息系统的空间思维功能使我们能够揭示空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务.
技术选型
地理信息系统GIS是国际上近几年来发展起来的一门新兴边缘学科。它是一个利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、显示和输出地理图形及其属性数据的计算机系统。一些发达国家在GIS的发展上已取得很大进展，许多城市已建立地下管网GIS，且已进入专业化应用与商品化生产阶段。国内也开始了管线GIS应用的研究，有的已取得了重大的应用成果。邯郸高新供水管网信息系统是邯郸高新技术发展总公司与方正智绘经过多年的调研后，针对国内的自来水公司而开发的管网信息系统。它具有友好的、方便的操作界面，并且是开放性的应用地理信息系统，具有以下特点：
◆支持不同类型数据的集成(光栅数据、矢量数据、非图形数据)。
◆管网与地形图形数据及属性数据存储在同一大型标准关系数据库ORACLE中。
◆ 图形数据无缝存储，不存在图幅拼接问题，易于管理。
◆图形数据与属性数据的真接关联，使图形与属性数据具有一致性。
◆开放式的体系结构、模块化设计，用户可自由改变操作界面及增加系统功能，使系统具有强大的可扩
展性。
◆ 可以使用 COM 组件及Active文档技术。
◆结构化目标数据模型(拓扑结构)。
◆ 强大的制图及图形表示功能，用户可自定义打印图框格式及连接属性数据，使输出的管网图能带有属性数据报表。
理解方正智绘地理信息系统
方正智绘地理信息系统版（MirageGIS）是采用了业界领先的COM技术和UML设计方法，继承和发扬了方正智绘技术优势和地理信息系统的专业特点，推出的国内领先的地理信息系统软件。
方正智绘地理信息系统版继承了方正智绘彩色制图系统的强大数据编辑能力的优点，为用户提供了符合用户流程且简单快捷的点线面编辑工具，从而为用户对数据的编辑提供了极大方便，可使用户提高构建地理信息系统的效率。
地理信息系统的真正价值在于它是一个先进的工具，借助于它用户能够快速正确地解决地学中面临的空间分析问题，因此空间分析功能的强弱，是人们衡量地理信息系统软件的一个重要指标，方正智绘地理信息系统版提供了很强的空间分析功能，如具有动态拓扑功能的网络分析，拓扑叠加和缓冲区分析，以及邻域分析、穿越分析等，可充分满足用户解决空间分析问题的需要。
方正智绘地理信息系统提供了简单快捷的二次开发方法，系统提供的基于COM的对象模型库，用户可以采用通用的二次开发工具如VB、DELPHI、PB、VC等进行二次开发，使GIS应用走向通用化，可以为商业领域应用提供快速高效的解决方案。
系统的总体结构
采用方正智绘平台开发的供水管网信息系统，是在客户/服务器体系结构下运行的。服务器端采用UNIX（NT）操作系统及ORACLE数据库，客户端（PC机或工作站）采用WINDOWS NT操作系统，是方正智绘的应用系统端。应用系统结构如下：
“城市自来水管网管理系统”是一个以计算机、多媒体、网络等高新技术为支撑的对自来水络进行实时监控和综合管理的决策支持系统。该系统包括自来水监测、传输、分析、处理，借助数学模型进行合理的配置系统整体结构如下图所示：
数据结构
<1>、信息要素构成
GIS所管理的信息要素主要包括地理信息要素及供水专业信息要素：
① 、地理信息要素：区界线、区名标号、铁路、道路、道路名标号、街巷名标号、水体边界线、水体名标号、建筑物外廊、建筑物名标号、门牌号、房屋结构标号、篱笆、围墙、图根点、天文点、水准点、三角点、导线点等。
② 、供水专业信息要素：管段、阀门、消防栓、分支节点、水表、堵头封板、排气阀、排水阀、加压泵站、水厂、测压点、测流井、重点用户等。
<2>、数据组织
目前，供水企业管理的
管网资料主要是图纸资料，通常有现状图（蓝图）、设计图、竣工图、工程档案（工程归档资料）等，其中现状图可能是大多数供水企业管理地下供水管网的唯一依据。因此，它也是GIS系统重要的数据来源。怎样才能把纸图上的图形用GIS管理起来呢，方正智绘采用基于图形输入板的数字化技术和使用光栅背景图象的屏幕数字化技术，可以对图形进行处理，然后存入数据库。
供水管网GIS系统数据通常是由管网图形数据、地形背景图形数据、管线及管网设备属性数据、供水业务数据等构成，因此系统数据库也是依据系统数据结构来建立的。一般管网GIS数据库可由以下子库组成：
l 管网图形库。
l 背景地形库。
l 管网属性库。
l 地名数据库。
l 图幅号数据库。
l 其它信息库。
其中图形库（管网图形库与背景地形库）在方正智绘中是由GDB自动建立，其它子库即需根椐需求分析来设计：
① 、管网图形库的管网图形数据是GIS系统要管理的最主要部分。理想的数据来源是管网实测电子图。实测的管网数据其管线特性点都有Ｘ坐标，Ｙ坐标，地面标高，管顶标高等空间定位数据，能比较准确地表达现势的空间信息。对没有实测电子图的单位，可通过扫描蓝图（现状图）来建立栅格背景图象库，再在GIS系统中进行屏幕数字化，然后将数字化得到的管网图形数据存入数据库。
② 、理想的背景地形库数据来源也是实测的电子地形图。没有电子图时，一样可以通过数字化现有的工作蓝图组成栅格图象库作为管网地理背景图。
③ 、管网属性数据库是由管线和管线上的阀门、消防栓、堵头、渐缩管等附属设备的属性数据组成 。管线和附属设备的属性数据，可通过查阅相关档案资料得到。将管线和附属设备的对应属性数据录入数据库，可作为建立管网属性库的基础数据。
④ 、地名库是由道路、街巷、小区、单位等地名及属性数据组成，主要是用来进行索引及定位。图幅号库是由标准的1/500与1/2000的图幅号及属性数据组成，主要是用来调图及出图定位。
功能开发
在方正智绘平台上开发的供水管网信息系统，其功能的设计是以企业自身的需求为依据，其基本功能包括：
[1]、调图功能。可按本地区1：500、1:100及1：2000图幅号来调图，也可通过在本地背景图上快速查找地名找到相应的位置，再按需要用鼠标在图上画个方框，把方框范围内的管网图调出来。
[2]、任务管理功能。每个用户可以把每次调的图存入任务中。在任务中可以按不同的需要对图形作任意的操作（如编制规则、设计图）并储存，而不会影响数据库里的数据；也可以调用
以往的任务完成所需业务。
[3]、分层显示功能。系统将管线、管网设备及地理背景数据分别放于不同的层，可以按需要显示、关闭或设置这些层。主要功能有：显示操作目标、隐藏操作目标、显示地理背景目标、隐藏地理背景目标。操作目标有：不同口径范围的管线、各种管网设备、管网设施等；地理背景目标有：居民点建筑物、道路街道及建筑物识标名、主干道路、河流水系、行政区划、铁路等。
[4]、查询检索及报表功能。在GIS系统中可以按自定义条件对管网目标进行查询及产生报表。如：可按地名、年代、口径、材料、安装单位等单条件或组合条件来查询；也可以单击管网目标来快速查询；点击查询产生的报表还可反向显示目标的位置；可显示历史查询记录及产生管线纵剖面图。
[5]、统计及报表功能。可按条件或自定义条件对管理目标进行统计并产生统计图及报表。如：可对管线、阀门、消防栓、水表等按不同的条件进行统计，还可以进行用水情况统计、资料利用统计等等。
[6]、网络分析功能。包括：①爆漏分析。如果出现水管爆漏，只要用鼠标轻点管线上的爆漏点，系统就能显示出受影响的管段和地区，给出关闸方案，并显示出所有应关的阀门，输出关制报表和关制图和因关制影响停水的重要用户信息。如果应关的阀门不能关闭止水，还可以给出外围的扩大关闸方案，并向受影响的用户发出停水通知。对给出的关闸图，如果阀门位置比较难找或阀门卡表达不清，可以实时绘制阀门的绑点图；②连通分析。对管网进行模拟仿真分析，显示管线的连接情况和供水状态等； ③ 模拟开、关阀门。
[7]、栅格图象叠加显示功能。经过扫描的地形图、航摄照片等，进行坐标纠正编后，系统可以调用叠加显示，作为背景底图或作为屏幕数字化的底图。
[8]、标注和测量功能。可进行自由注释、标注任意点坐标、属性及两点的距离等，还可以进行坐标、距离及角度测量。
[9]、绘图功能。本系统可按用户的要求定制任意图框格式的管网图（包括附带属性报表），常用的功能有：①绘制标准或非标准图幅的1：500、1：1000、1：2000的管网图；②自由绘图，即绘制任意方向矩形区域（包括倾斜的带状区域）的区域管网图，并按任意比例输出；③绘工改、竣工或设计图；④绘附有对象属性表的阀门卡图（包括排水阀、排气阀、测流阀、消防栓等附属设备）。
[10]、数据更新维护及辅助设计功能。通过此功能可完成图形及属性数据的输入、编辑及管网图的设计。包括新建管线、编辑管线属性、删除管线、更改管线类型，新建设备、编辑设备属
性、删除设备、替换设备、插入设备及辅助设计功能等。
[11]、系统管理功能。包括用户管理（添加、删除用户、用户权限设置等），数据备份、资料利用管理等。
[12]、帮助功能。包括系统操作帮助、问题与解答等。
应用前景
随着社会的发展与进步，城市供水管网的建设和管理问题越来越突出，GIS技术在自来水公司中的应用，不仅仅能改变以往供水管网靠图纸来管理的局面，而且也以计算机取代了以往繁杂的手工操作，从而减轻工作人员劳动强度，方便业务办公，提高生产效率，及为社会服务的水平。
随着信息技术的发展和逐步完善，特别是INTERNET/ INTRANET技术的应用，供水管网信息系统将朝着信息集中管理、安全准确、智能分析和辅助决策的方向发展，系统将广泛应用C/S结构一体化技术、INTERNET技术，并与其它应用系统集成企业综合信息系统，从只为企业服务向大众服务发展。随着应用的不断深入，系统不但可为供水管理部门与大众提供辅助信息、支持与决策，也将为未来数字城市的实施打下坚实的基础。