吉安市城市供水管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉恩盛 李曉紅 黃玉花

摘要：本文根據(jù)吉安市的特點(diǎn)，從數(shù)據(jù)收集整理，數(shù)據(jù)庫建設(shè)入手，重點(diǎn)解決爆管分析和斷面顯示的問題，最終完善整個(gè)系統(tǒng)，以利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；數(shù)據(jù)庫；爆管分析；斷面顯示；廣度優(yōu)先

中圖分類號(hào)：TV674文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

城市供水管網(wǎng)是一個(gè)城市非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施,擔(dān)負(fù)著幾乎所有的供水輸送工作，隨著城市的迅速擴(kuò)張,城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、科學(xué)化管理、與和諧發(fā)展的矛盾日益突出。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和建設(shè)

管網(wǎng)資料的科學(xué)管理與信息資源的再挖掘是實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化運(yùn)行的基礎(chǔ),不僅能夠提高效率、增加管網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)、管理的科學(xué)性,還能夠提高計(jì)算及運(yùn)行的安全性和可靠性,為各種層次上的優(yōu)化管理和最佳決策提供強(qiáng)有力的保證,將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

我市現(xiàn)有地下供水管線的資料不全,有關(guān)資料精度不高或與現(xiàn)狀不符,設(shè)備資料采用人工方式管理,管理起來極不方便。許多埋在地下的管道信息依靠工作人員的記憶,隨著人員的退離或變更，造成管線資料不同程度的缺失。在施工中時(shí)常發(fā)生破壞其它地下管線,造成突發(fā)停水停暖、自來水四溢等嚴(yán)重影響生活生產(chǎn)的事故。在這里關(guān)鍵在于處理好邏輯網(wǎng)絡(luò)與幾何網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，如下表所示：

表1管線數(shù)據(jù)信息收集分類處理

作業(yè)標(biāo)段標(biāo)號(hào) 79655117 ? 平面坐標(biāo)（m） 高程（m） 埋深（m）

管線點(diǎn)號(hào) 連接點(diǎn)號(hào) 管類代碼 X Y Z H

QY01 QY102 SS 30009.541 5001.845 65.31 0.75

QY02 ? SS 30089.758 5079.658 74.59 0.75

邏輯網(wǎng)絡(luò)：包含了網(wǎng)絡(luò)的連通性．點(diǎn)QY102與管線（QY01，QY02）連接

QY102

在以上數(shù)據(jù)收集處理后，為對(duì)應(yīng)GIS的二次開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，采用 Geodatabase標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表現(xiàn)管網(wǎng)信息，并通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）來管理[1]。支持各種DBMS結(jié)構(gòu)和多用戶訪問，且大小可調(diào)整。它定義了在ArcGIS中可以被使用的數(shù)據(jù)類型，以及針對(duì)各類對(duì)象的顯示、訪問、存儲(chǔ)、管理和處理。Geodatabase能應(yīng)用復(fù)雜的規(guī)則和關(guān)系存取、處理各種類型的地理信息數(shù)據(jù)[2]。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）爆管分析

如何快速準(zhǔn)確的明確爆管位置以及利用現(xiàn)有的通信手段通知管理部門和受爆管影響導(dǎo)致用水供應(yīng)存在問題的用戶是個(gè)難點(diǎn)。一些學(xué)者首先對(duì)管網(wǎng)圖進(jìn)行簡化及轉(zhuǎn)換，其目的是為了尋求合適算法和以避免無限制循環(huán)，只取管網(wǎng)中部分結(jié)點(diǎn)，采用深度為2的樹，即只有根結(jié)點(diǎn)和葉子結(jié)點(diǎn)的樹，構(gòu)造完之后，設(shè)計(jì)算法進(jìn)行結(jié)點(diǎn)的遍歷[2]。此方法雖然計(jì)算效率高，數(shù)學(xué)模型簡單，但深度為2的樹與現(xiàn)實(shí)復(fù)雜的樹狀管網(wǎng)形態(tài)相去甚遠(yuǎn)。廣度優(yōu)先算法能更為接近于現(xiàn)實(shí)狀況，但同樣遇到無限循環(huán)的問題。為此，利用有向圖原理，對(duì)部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打斷。廣度優(yōu)先搜索算法會(huì)從第一個(gè)頂點(diǎn)開始嘗試訪問所有可能在第一個(gè)頂點(diǎn)附近的頂點(diǎn)。其核心思路，這種搜索是逐層進(jìn)行的，先檢查與第一個(gè)頂點(diǎn)相鄰的層，然后逐步向下檢查遠(yuǎn)離初始頂點(diǎn)的層。第1步：找到一個(gè)與當(dāng)前頂點(diǎn)相鄰的未訪問過的一個(gè)頂點(diǎn)，標(biāo)記為已訪問的，并把它添加到隊(duì)列中；第2步：若找不到一個(gè)未訪問過的相鄰頂點(diǎn)，則從隊(duì)列中移除一個(gè)頂點(diǎn)，并它作為當(dāng)前頂點(diǎn)，接著重新開始；第3步：如果隊(duì)列為空，那么就無法返還到第2步的操作，此時(shí)結(jié)束，終止運(yùn)行。其中關(guān)鍵程序有如下：while (PFeatureLayer != null)

{if (PFeatureLayer.Visible != false&(PFeatureLayer.Name.IndexOf("供水管線") >= 0))

{ int count = PFeatureLayer.FeatureClass.FeatureCount(PSF);

if (count > 0

{ pipeLineFClass = PFeatureLayer.FeatureClass; break; }

}

PFeatureLayer = PEnumLayer.Next() as IFeatureLayer; }

（二）斷面分析

對(duì)于橫斷面分析，在系統(tǒng)操作過程中，用戶只能大致的在圖上點(diǎn)取兩個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一條線段，這條線段實(shí)際上很難與圖層上道路中心線相交。關(guān)鍵是如何以用戶所作的“垂線段”，自動(dòng)獲得道路中心線的垂直線段。在獲得垂直線段后，參照所畫“垂線”，分別在道路中心線左右兩側(cè)，獲取等長線段。解決這個(gè)問題首先要添加數(shù)據(jù)包括調(diào)取所要分析的管線圖層和道路中心線層，并在道路中心線左右兩側(cè)分別單擊左鍵點(diǎn)取兩個(gè)點(diǎn)(a,b)，在單擊后兩點(diǎn)坐標(biāo)自動(dòng)獲取，構(gòu)成線段ab與道路中心線相交(交點(diǎn)為c)，此時(shí)c點(diǎn)坐標(biāo)即可以得到。如果兩條平行線構(gòu)成道路“面”，則在ArcToolboxData Management Tools里找到Features，再利用polygon to line將面轉(zhuǎn)化成線性要素。

而對(duì)于縱斷面分析，首先單擊左鍵確定某一條管線，該管線包括管徑、材料、生產(chǎn)廠家、埋設(shè)深度、鋪設(shè)年代或所屬管理片區(qū)，程序從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表中查詢與目標(biāo)相匹配管線，接著提取出管線的起止埋深、坡度、管線在水平方向的長度、所在道路名稱和高程等字段，從而生成剖面圖。在查找管線時(shí)，系統(tǒng)訪問空間數(shù)據(jù)庫，獲取管線圖層中與目標(biāo)管線編號(hào)字段一致的管線，并在用戶操作界面上閃爍。程序只需讀一次數(shù)據(jù)庫便可生成縱斷面圖，提高了斷面圖生成的效率。

三、系統(tǒng)其他功能

一個(gè)完整的系統(tǒng)還需要有系統(tǒng)管理功能，主要滿足不同用戶使用權(quán)限；圖層操作，包括初始化背景層及讀取圖層信息，并通過循環(huán)讀取圖層中各要素信息；通過用戶操作來改變地圖的位置和顯示范圍；屬性查詢；量算功能，包括距離量算和面積量算兩個(gè)方面內(nèi)容；工具欄添加，設(shè)置一些經(jīng)常用到的工具，提高效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zeiler, Michael，Modeling Our World: The ESRI Guide to Geodatabase Concepts，ESRI PR，2010，56.

[2] 李斌，基于MapObjects的管網(wǎng)關(guān)閥搜索算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[C].第六屆ArcGIS暨ERDAS中國用戶大全論文集（2004），北京：地震出版社，2004： 823-825.