耿為民　　劉遂慶
(同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)

　　摘　要：簡要描述地理信息系統(tǒng)的發(fā)展、定義和建立基于GIS的供水管理系統(tǒng)的必要性，對供水管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型、功能需求和開發(fā)方式進行了分析。
　　關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng) 空間信息 屬性信息 供水管網(wǎng) 水力模型水質(zhì)模型

Development and Application of Water Supply Network
Management Information System
GENG Wei-min　　　LIU Sui-qing
(School of Environment Science & Engineering, Tongji Univercity, Shanghai 200092, China)

　　Abstract: This paper describes the development and definition of Geographic Information System (GIS), and discusses the necessity of Water Supply Network Management Information System based on GIS in modern cities. The data model, function requirement and development method of Water Supply Network Management
Information System was analyzed.
　　Keywords: GIS, Spatial Data, Attribute Informatin, Watar Supply Network, Hydraulic Model, Water Quality Model

1 前言

　　目前我國城市建設(shè)迅速發(fā)展，各個城市對市政建設(shè)日益重視。隨著城市供水設(shè)施的不斷完善和供水管網(wǎng)模型的智能化、圖形化，建立一套完整、準(zhǔn)確的供水管網(wǎng)管理系統(tǒng)，提高供水系統(tǒng)管理的效率、質(zhì)量和水平，是現(xiàn)代城市發(fā)展的需求。城市供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)是融計算機圖形和數(shù)據(jù)庫于一體，儲存和處理空間信息的高新技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)屬性有機結(jié)合起來，根據(jù)實際需要準(zhǔn)確真實、圖文并茂地輸出給用戶。滿足市政部門對供水系統(tǒng)的運行管理、設(shè)計和信息查詢的需要，借助其獨有的空間分析功能和可視化表達(dá)，進行各項管理和決策。

2 地理信息系統(tǒng)簡介

　　地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)簡稱GIS。廣義來說，它是存儲和處理與地理空間分布有關(guān)信息的集合，主要由以下四部分組成：信息獲取與輸入：數(shù)據(jù)存儲與管理；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與分析；成果生成與輸出。
　　地理信息系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的一門新技術(shù)，結(jié)合計算機、系統(tǒng)工程、經(jīng)濟管理等多學(xué)科的知識，屬跨學(xué)科的技術(shù)系統(tǒng)。從1962年起，在加拿大政府的土地資源調(diào)查機構(gòu)中開始地圖數(shù)字化的試驗，利用當(dāng)時最先進的計算機設(shè)備和軟件開發(fā)出世界上第一個具有實用價值的地理信息系統(tǒng)——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)^[1]。進入80年代后，隨著和地理信息系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科、技術(shù)，如計算機地圖制圖、攝影測量與遙痞、數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、軟件工程等的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用，在發(fā)展中國家也正在得到重視和開發(fā)應(yīng)用。

3 基于GIS的供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)

　　供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，具備上述地理信息系統(tǒng)的—般特征，同時由于供水管網(wǎng)特殊性，所以也具有與一般地理信息系統(tǒng)的不同之處：
　　1)要處理對象為供水管網(wǎng)的相應(yīng)組件，包括泵站、輸配水管道、管道閥門井、水表井、減壓閥、瀉水閥、排氣閥、用戶水表等。因此管網(wǎng)G賜處理對象較為純粹。
　　2)水管網(wǎng)系統(tǒng)及相應(yīng)設(shè)施與市政道路、工商業(yè)、居民住宅區(qū)規(guī)劃密切相關(guān)。因此，系統(tǒng)的建立需要豐富、翔實的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。
　　3) 以服務(wù)于自來水公司管理、提高自來水公司管理水平為目標(biāo)，系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)以契合并優(yōu)化自來水公司業(yè)務(wù)管理為宗旨。
　　4) 作為針對供水管網(wǎng)的專業(yè)軟件系統(tǒng)，應(yīng)該考慮與該專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)軟件系統(tǒng)或管理目標(biāo)(例如管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度等)的鑲嵌或整合，不但是一個相對獨立的系統(tǒng)，而且應(yīng)該是一個開放的系統(tǒng)。
　　供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在：
　　1)實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)檔案的數(shù)字化管理，形成科學(xué)、高效、豐富、翔實的供水管網(wǎng)檔案管理體系，建立管網(wǎng)系統(tǒng)中央數(shù)據(jù)庫。
　　2)有效、生動地定位管道、閥門、水表等管網(wǎng)組件，為實際生產(chǎn)運行提供可靠的依據(jù)。
　　3)管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃、改建、擴建提供圖紙及數(shù)據(jù)依據(jù)，對管網(wǎng)的改擴建的規(guī)劃、改擴建后的運行進行計算機模擬，輔助管網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)選。
　　4) 管網(wǎng)施工提供圖紙依據(jù)。準(zhǔn)確定位管道的埋設(shè)位置、埋設(shè)深度、管道井、閥門井的位置、供水管道與其它地下管線的布置和相對位置等，以減少由于開挖位置不正確造成的施工浪費和開挖時對通訊、電力、煤氣等地下管道的損壞帶來的經(jīng)濟損失甚至嚴(yán)重后果。
　　5)學(xué)高效地進行爆管搶修等事故處理。
　　6)自來水公司日常運行的水表業(yè)務(wù)管理，包括增設(shè)水表、水表定位、抄表數(shù)據(jù)等，提供與自來水公司運行管理軟件的接口，管理自來水公司的水費收取等日常業(yè)務(wù)。
　　7)供供水管網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計、實時運行模擬、狀態(tài)參數(shù)校核、管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度等技術(shù)性功能的軟件接口，實現(xiàn)供水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化、科學(xué)運行，降低供水企業(yè)成本。

4 系統(tǒng)分析

　　從地理信息技術(shù)的角度可以將供水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩大類：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)整體框架如圖l所示.

4.1 空間數(shù)據(jù)信息
　　空間數(shù)據(jù)是用來確定圖形和制圖特征的位置。主要反映以下兩方面的信息：1、在某個己知坐標(biāo)系中的位置，也稱幾何坐標(biāo)；2、實體間的空間相關(guān)性，即拓?fù)潢P(guān)系。
　　供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)信息主要包括與供水系統(tǒng)有關(guān)的各種基礎(chǔ)地理特征信息(如：地形、地表特征等)和供水系統(tǒng)的本身的各地理特征信息(如水表、管道、泵站、閥門、水廠等)?？臻g數(shù)據(jù)信息主要通過GIS的空間數(shù)據(jù)處理功能，表達(dá)地球上象點、線或多邊形的地理特征。

4.2 屬性數(shù)據(jù)信息
　　屬性數(shù)據(jù)信息是用來反映與幾何位置無關(guān)的屬性，它是與地理實體相聯(lián)系的地理變量或地理意義，一般是經(jīng)過抽象的概念，通過分類、命名、量算、統(tǒng)計等方法得到。
　　以供水系統(tǒng)為例，按實體類型分為：節(jié)點屬性、管道屬性、閥門屬性、水表屬性、水泵屬性、消火栓屬性等。
　　節(jié)點屬性主要包括節(jié)點編號、節(jié)點坐標(biāo)(X、Y、Z)、節(jié)點流量、地理位置等。
　　管道屬性包括管道編號、起始節(jié)點號、終止節(jié)點號、管徑、管長、管材、管道流量、流速、壓降、水力坡度、管道粗糙系數(shù)、敷設(shè)日期、維修記錄、所在道路名等。
4.3 GIS與水力、水質(zhì)模型的聯(lián)接
　　目前GIS和水力、水質(zhì)模型都有相對比較成熟的軟件可以運用(如GIS系統(tǒng)有ArcView、ArcInfo、MapObject等，水力水質(zhì)模型有Stoner、EPANET、8M、TJW1.0等)。開發(fā)供水管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于將GIS系統(tǒng)和水力水質(zhì)模型相聯(lián)接。通常采用的方式是集成二次開發(fā)。
　　集成二次開發(fā)是指利用GIS工具軟件(如ArcView、MapInfo等)實現(xiàn)GIS的基本功能，以通用編程軟件尤其是面向?qū)ο蟮目梢暬_發(fā)工具(如VisualC什，VisualBasic，Delphi等)為開發(fā)平臺，充分發(fā)揮GIS工具軟件在空間數(shù)據(jù)處理上的優(yōu)勢及可視化開發(fā)工具在應(yīng)用程序開發(fā)上的強大功能，進行二者的二次開發(fā)。
　　GIS和聯(lián)接的水力水質(zhì)模型組成供水管理信息系統(tǒng)的核心部分。輸入供水系統(tǒng)基礎(chǔ)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)，便可非常方便計算整個管網(wǎng)的流量和水力水質(zhì)條件。通過GIS的功能管理空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)形成一種互動的關(guān)系。對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的編輯可以在同一步驟內(nèi)完成。GIS的這種基本特征使在數(shù)據(jù)經(jīng)常性發(fā)生改變的環(huán)境下數(shù)據(jù)管理變得容易。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變或者管線有新的信息需要編輯的時候，這些變化可以一次性進行修改，自動映射到數(shù)據(jù)庫和地圖，通過水力水質(zhì)模型對系統(tǒng)重新進行模擬計算。

5 結(jié)論

　　使用供水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，通過圖形支持和水力水質(zhì)模型，用戶可以有效地對供水設(shè)施進行維護和分析。使用屬性數(shù)據(jù)庫，可以定期更新工作部署，作好通知和數(shù)據(jù)庫維護工作。建立管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，利用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)對供水管網(wǎng)的全面動態(tài)管理是市政設(shè)施信息化建設(shè)和管理的重要組成部分，也是城市市政設(shè)旆現(xiàn)代化管理水平的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：
　　[1]宋小東等，地理信息系統(tǒng)及其在城市規(guī)劃與管理中的應(yīng)用，科學(xué)出版社

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作者簡介：
　　耿為民(1973-)，女，同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院博士生