基于WebGIS的城市供水管網信息系統設計

徐陽 周暉

摘 要：供水管網作為城市居民生活的命脈，在城市中扮演者舉足輕重的角色。隨著我國經濟的快速發展以及計算機網絡技術的飛躍進步，傳統的對供水管網管理的方法已經不能滿足各個部門的需求，迫切要求引入GIS技術特別是WebGIS進行供水管網的管理。該文使用了SuperMap IS .NET平臺進行城市供水管網信息系統的設計，結合Silverlight技術并以福州市為例證進行了實現。WebGIS的成功搭建實現了供水管網信息資源的共享，為城市居民獲得相關信息提供了一個方便快捷的平臺，同時系統還為用戶參與管網維護提供了通道，降低了管網維護的代價。

關健詞：供水管網 WebGIS SuperMapGIS NET Silverlight

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0045-05

The Design And Realize on Information System of Urban Water Supply Network Based on WebGIS

Xu Yang Zhou Hui

（Chengdu University of Technology，Chengdu，610059，China）

Abstract：Water supply network as the lifeblood of residents in the city plays pivotal roles. With the rapid development of economy and computer network technology， the traditional management method of water supply network can not satisfy all departments requirement. It requires we bring the technology of GIS especially WebGIS in the management of water supply network. This paper designed the information system of water supply network based on SuperMap IS .NET， and take Fuzhou as an example to realize using Silverlight technology. The successful construction of WebGIS leads this system to realize the sharing of the water supply network information resources， it provides a convenient platform for urban residents to access relevant informations. The system also provides channels in network maintenance， which can reduce the cost of network maintenance .

Key Words：Water Supply Network； WebGIS； SuperMap IS .NET； Silverlight

城市地下供水管網是城市基礎設施的重要組成部分，作為城市的血管，它帶來生活必需品，如水、天然氣；帶走生活廢物，如污水[1]，從而保證各種生產經營和社會活動的正常進行。地下供水管網布設的基礎資料是進行城市規劃、設計、施工建設和管理的重要依據，應妥善保管，并充分利用，發揮其應有的價值。

目前，我國許多城市地下供水管網的使用時間已相當長，如何科學合理地管理和利用管網信息，是長期以來困擾著各城市相應管理部門的一大難題，當前城市供水管網現狀如下：

（1）地下供水管網統一規劃，統一實施力度不夠。

（2）地下供水管網數據不全，無專門機構統一管理。

（3）地下管網密如蛛網，錯綜復雜。

（4）地下管線老化，供水體系混亂。

因此，盡快盡早查清城市地下管線的現狀，采用高新技術和方法來高效管理地下各類專業管線，滿足決策、管理部門和施工單位的需要已成為當務之急。城市供水管網是一個縱橫交錯的巨大網絡，是城市地下管網的重要組成部分，具有復雜的信息。近年來，隨著城市建設的迅猛發展，供水管網變更速度不斷加快，管網體系也越來越大，大量的管網資料急需處理，管理的復雜程度也逐年增加，傳統的供水管網的管理模式已經遠遠滿足不了城市供水的現代化管理要求，加強對它的管理十分重要[2]。

1 國內外研究和應用現狀

供水行業上國外已較普遍的采用計算機信息管理的方式，特別是一些發達國家更加重視這些基礎信息的建設和管理，較早的引入GIS到城市基礎建設，目前在理論和實踐上都取得了長足的進展。許多城市都已經建立了完善的地下管網GIS，并且已經進入專業化應用和商品化生產階段[4]。如Dulanly和Hewitt等處理管網的日常工作是通過運用GIS通用軟件實現的；Zick將Geo/SQL Server、GIS和AutoCAD與供水系統分析結合起來，使供水管網變化的影響能夠及時提供給用戶；1992年Moutaletal設計出了紐約市GIS的管線繪圖和數據庫管理系統，該系統包括 19000個消火栓、8000個閘閥、960Okm管線；1993年美國華盛頓環境工程委員會建立了GIS給排水管理系統，該系統是以GeoMap為開發平臺，實現了對該市給排水管網的成功管理[5]。

2 WebGIG概述與平臺簡介

2.1 WebGIS簡介

WebGIS是一種典型的基于Internet的網絡GIS，其在結構上采用分布式模型，通過WWW機制來進行信息處理，實現客戶端和服務器端的數據連接和交互操作[10]。WebGIS通過瀏覽器訪問服務器上的地理信息，WebGIS的發展依靠了WWW技術的快速發展進步，其實現技術的重點是加強瀏覽器顯示操作地理數據的功能，同時加強服務器讀取GIS數據庫的功能。

各瀏覽器廠家在瀏覽器軟件中內置了MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions，多功能Internet 郵件擴充服務）解釋器，還有第三方軟件開發商提供了開發MIME解釋器的預留開發接口，為WebGIS開發瀏覽器接受解釋專用GIS數據格式和執行特定功能提供了機會。目前發展較快的是Plug-IN技術，針對解釋特定GIS數據格式的Plug-IN程序整合到瀏覽器后，當瀏覽器接收到指定類型的GIS文檔時就交給這些插件處理，完成GIS數據的解譯。其工作原理如圖1所示。

2.2 RIAWebGIS簡介

隨著計算機技術的快速發展，傳統WebGIS的局限性越發凸出，表現在地理空間信息表達的不豐富、數據傳輸與更新模式的單一、用戶交互過于簡單、用戶體驗不好、開發維護比較復雜。而豐富型互聯網應用程序（Rich Internet Application，RIA），結合了桌面程序的反應迅速、交互性強的特點，以及Web應用程序易于部署、方便傳播的特點，并具備多媒體表達能力，可以將文字、圖片、音頻、視頻等進行無縫集合[13]。因此，將RIA技術應用于WebGIS，很大程度上可解決傳統WebGIS所遇到的上述問題。

隨著Silverlight應用面的提高，GIS公司也都相繼開發出了針對Silverlight的API，如ESRI、超圖、中地數碼，基于這些接口開發的WebGIS具有技術上的可行性和性能上的優越性。

2.3 SurperMap IS .NET簡介

SuperMap服務式GIS平臺產品正是北京超圖軟件股份有限公司順應這一發展趨勢而研發的一類平臺產品。SuperMap服務式GIS系列平臺產品基于面向服務的開發與架構，為實現高性能、GIS全功能的企業級應用系統從服務定制、個性化服務集成、多源服務無縫聚合、服務擴展、服務配置、部署與管理等提供了完整的一體化解決方案[18]。

SuperMap IS .NET是一款高效、穩定的網絡地理信息發布系統的開發平臺，基于SuperMap Objects實現，采用面向Internet的分布式計算技術，支持跨區域、跨網絡的復雜大型網絡應用系統集成。SuperMap IS.NET為GIS數據的發布提供了高可擴展的開發平臺，開發者可以方便、靈活地實現網絡空間數據的共享。 SuperMap IS.NET支持功能如表1所示。

3 需求分析與設計路線

3.1 數據需求

福州市供水管網系統的數據類型包括地圖數據和功能數據。地圖數據包括空間數據和非空間數據。空間數據是使用SuperMap Desktop編輯處理的，主要包括以下數據層：設備、管線以及為了分級顯示而劃分等級的道路、地名、水系、住宅等圖層。非空間數據主要為文字資料、底圖數據。功能數據包括用戶數據、巡查反饋數據、安裝申請數據、事故上報數據，這些數據通過SQL Server數據庫建立的數據表來分別存儲，數據分類結構如圖2所示。

系統對數據的業務處理功能也因數據的兩大類型而有所不同，對于地圖數據其主要支持包括地圖的放大、縮小、復位、書簽等常用GIS功能，還有圖查屬性、屬性查圖、定位、設備管線的統計分析等，對于功能數據其主要用于支持普通用戶的登錄、信息反饋上報以及管理員對普通用戶的管理和處理上報信息。

3.2 功能需求

根據當前城市供水系統的現狀和WebGIS的特點，提出以下功能需求，如圖3所示。

3.2.1 用戶管理

用戶登錄系統后需要注冊用戶才能夠進一步瀏覽系統信息，注冊成功后可以及時修改更新自己的信息。同時系統會自動記錄用戶的申請日期和最后登錄日期；系統有管理員賬號，管理員可以對普通用戶進行管理，包括查看用戶信息，監看用戶登錄信息，刪除用戶等。

3.2.2 地圖管理

地圖數據的管理是GIS系統的基本功能，除了要能良好及時響應用戶對地圖的瀏覽功能外，同時要提供全面的基本GIS功能，包括地圖的放大、縮小、漫游、全圖、書簽、比例尺等。

3.2.3 查詢和定位

本系統在查詢這個功能上要求實現中心點查詢、幾何查詢、SQL Server查詢、緩沖區查詢；中心點查詢通過選擇目標圖層和設定查詢半徑，點擊鼠標后查詢出符合條件的數據；幾何查詢通過選擇圖層和繪制幾何要素，查詢出幾何要素覆蓋區所包含的數據；SQL Server查詢通過設定SQL Server查詢語言，返回滿足條件的數據；緩沖區查詢通過繪制線段和緩沖區大小，得到落入緩沖區的數據。

3.2.4 統計分析

本系統在統計分析這塊主要針對設備、管線兩個圖層。通過多邊形選擇來統計所選擇區域內的數據信息，并按照所選擇條件生成各種形式的統計圖。具體統計方式包括按設備統計、按管線統計、全區統計。對于按設備統計，分為按設備類型統計、按材質統計、按口徑統計，并獲得統計區內所有的設備數。對于按管線統計，分為按管材統計、按管徑統計，并獲得統計區內總管長。

3.2.5 設施養護

設施養護功能是本系統的核心部分，主要是獲得用戶反饋信息并由管理員統一管理信息。該部分分為三個功能：巡查數據反饋，安裝申請和事故上報。

對于普通用戶可以通過“巡查數據反饋”功能來提交反饋信息，包括文字描述和圖片信息。通過“安裝申請”功能可以向管理員申請安裝某種設備，申請提交后由管理員審核，然后組織人員去安裝。通過“事故上報”功能，用戶上報事故信息，管理員通過獲得的文字描述信息和圖片信息，進一步安排對事故的處理方案。

3.3 系統設計路線

福州市供水管網信息系統的設計路線主要包括兩大部分，即數據的采集、處理分類、入庫和系統功能的開發實現[21]，如圖4所示。

4 系統總體設計

4.1 系統框架設計

通過對系統的需求分析，結合WebGIS的本身特點，應當充分利用客戶端的網絡環境，實現支持網絡共享和并發控制，允許多個用戶同時訪問并進行相關操作的需求。系統的總體架構基于B/S架構，通過瀏覽器不同用戶可以實現系統提供的不同權限的GIS功能操作，并且客戶端不需要安裝任何軟件，從而降低系統的部署成本。系統軟件架構如圖5所示。

4.2 系統功能模塊設計

通過對當前城市供水系統現狀的分析結合WebGIS的特點和用戶的需求，本系統通過實現基本的GIS功能、屬性查詢、管網統計分析、管網設施的養護，為城市供水管網的管理、規劃和決策提供了輔助支持。其功能上的劃分和設計，如圖6所示。

4.3 界面設計

本系統使用了微軟Silverlight技術來實現RIA。前端設計工具主要使用微軟Blend和Adobe Photoshop，設計語言選擇了XAML語言。系統盡量做到簡潔、大方、清晰。同時系統還提供了多種風格界面的選擇，滿足不同用戶的需求。界面布局框架如圖1、8所示。

用戶通過“注冊”按鈕可以彈出注冊用戶框，注冊成功后輸入用戶名和密碼，通過驗證后即完成登錄。通過“風格選擇”用戶可以選擇 喜歡的界面風格。管理員通過“用戶管理”可以打開用戶管理面板，實現對普通用戶的管理功能。

在“功能管理區”集成了很多開關各個小功能的按鈕，用戶可以通過該區域實現自己的功能需求。查詢、分析等操作的結果以表格、圖標、高亮圖層等顯示在地圖區之上。

5 結語

論文深入分析與研究了當前我國城市供水管網信息系統的發展現狀，在此基礎上，結合了Silverlight技術、使用SuperMap IS .NET為GIS平臺、使用B/S架構提出了構建城市供水管網系統的解決方案，并以福州市為例開發了福州市供水管網信息系統原型作為實踐驗證。通過以上研究，本文主要取得了以下成果：

（1）通過對城市供水管網系統、WebGIS和SuperMap IS .NET平臺的研究，具體包括對城市供水管網系統的現狀、發展趨勢，WebGIS的理論方法、實現方式，SuperMap IS .NET簡介和特點，從而探索出一條使用WebGIS的理論并基于SuperMap IS .NET的城市供水管網信息系統的建立方法。并以福州市供水管網信息系統作為開發背景。

（2）進一步深入研究 SuperMap IS .NET理論體系、開發技術，對系統的總體架構進行介紹，構建了符合實際情況的開發模式，在城市供水管網系統中采用B/S開發模式，選擇 SuperMap IS .NET為GIS平臺，結合Microsoft的新一代開發工具Visual Studio 2010，利用Silverlight技術進行開發。實現了城市供水管網信息系統中的電子地圖系顯示、信息查詢、統計分析、設施養護、用戶管理等功能。系統界面良好、響應速度快、交互性強，用戶反映良好。

（3）系統重點研究了客戶端向客戶端進行信息反饋的功能，使用Web Service技術和Generic Hander方法順利解決了客戶端和服務端數據庫交互以及用戶上傳圖片數據的功能。

（4）論文開展了基于SuperMap IS .NET和微軟Silverlight技術開發城市供水管網信息系統的研究，完成了系統總體結構、系統Web模型、城市供水信息系統數據的建庫、功能模塊等的設計，最終達到了系統的基本要求。

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