兰州市自来水管网管理系统

PAGEPAGE37目录目录 1第一章 立项报告 51.1引言 51.2系统简介 51.3建设必要性 61.4投资概算 71.5附件 8第二章 可行性分析 92.1引言 92.2现行系统分析 92.3拟建候选方案 122.4可行性分析 14第三章 需求分析 223.1引言 223.2概述 223.3用户需求 233.4技术文档 27第四章 总体设计 314.1引言 314.2模块设计 314.3代码设计 324.4输入设计 334.5输出设计 344.6数据库设计 344.7模型库设计 404.8模型库及方法库设计 424.9网络设计 424.10安全保密设计 434.11评价验收 434.12实施方案说明书 44第五章 详细设计 465.1引言 465.2模块系统地的组织结构 465.3模块设计说明 475.4用户界面设计 56第六章 系统建设总结报告 576.1引言 576.2开发成果简介 576.3开发工作评价 57摘要兰州市人口集中，城建密集，商业繁荣，为甘肃省省会。经济的快速发展和人们物质生活水平的不断提高，对兰州市的生活用水造成了不小的压力：一方面居民生活用水的需求日益增加；另一方面水源和生活用水的管理手段十分落后。因此，在解决兰州市居民生活用水问题上，不但要考虑增加自来水的供求量，还要考虑提高自来水管网的管理水平。GIS技术是近年来广泛应用于城市生活用水的规划和管理的科学手段。本文在分析兰州生活用水的基础上开发了兰州市自来水管网管理信息系统。地理信息系统（GIS ）是建立在地球科学之上的新兴学科，是对描述地理信息环境信息的地理坐标及相关信息的采集、管理、查询、分析和制图输出的系统。是融合地理学、测绘科学、计算机科学等各类应用对象为一体的综合性高新技术。其最大特点为把社会生活中的各种信息与反映地理信息的图形有机的结合在一起，并可以根据用户的需求对信息进行分析，把分析结果作为有关领导和部门的决策的依据，并为有关职能部门提供简洁、有效、直观快速处理与地理信息有关的数据的方法。兰州市位于甘肃中南部，黄河正好从中间穿过，居民的饮用水都来源于此。在如何利用GIS建立水管网管理模型中，传统的方法容易导致模型继承数据更新不及时、处理突发问题不完善、系统维护费用高等问题。本文提出建立共享数据库的方法和基于网络的管理方式从根本上解决了这些问题。实现了给水管网和GIS之间的无缝连接。同传统的方法相比，建模更准确，而且减少了重复开发，节约了项目投资和维护资金。关键词：自来水管网（GIS）地理信息系统需求分析工程设计立项报告1.1引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。在传统工作方式中，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，各种图档资料的不齐全使我们再管理这样一个庞大的管网时感到力不存心。自来水输配调度缺乏依据，遇到紧急情况时无法及时得到有关信息并采取相应措施。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照建筑，使有些管网资料失去了其原有价值，设备管理相当困难，管网设计也很难优化。为彻底改变这一现状，引入计算机技术——地理信息系统（GIS）来管理管网资料。1.2系统简介兰州市自来水管网管理系统是建立在计算机网络之上的，以全面、准确、实时动态的供水管网现势图为基础，处理以供水管网为核心的空间信息以及其相关信息的综合信息系统。它为供水行业的规划、设计、调度、抢修和图籍资料的档案管理提供了强有力的科学研究依据，实现了供水企业的管理、分析、决策的全计算机操作过程。旨在建立一个以数字化的管网基础测绘资料为主要内容，以城市地下供水管网基础测绘资料为主要内容，以城市地下供水管网为对象，以完善的地理空间数据管理体系和数据服务体系为主要结构的信息系统。综合运用GIS技术、AUTOCAD技术、数据库技术、网络技术等实现对地下供水管网信息的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、信息更新并提供其他专题系统应用。总体上，《兰州市自来水管网管理系统》要满足几方面的要求：1）为城市供水所有涉及管网信息的部门提供专业的业务流服务2）针对管网图籍资料、城市供水的设备、设施进行管理3）能够快速提供准确的抢修、施工方案和决策支持4）查询统计各种供水管网信息，提供标准的规划、设计图纸5）实施有效的管网动态监测分析，为供水调度决策提供支持6）进行管网设备运行状况分析，对管网规划、设计和现势管网做出适当的评估7）对管网工程进行综合管理8）网上统计和发布各种供水信息初步拟订该系统的处理业务流程如下：其中管网的数据管理包括图形数据和属性数据的录入、图形编辑、图幅管理、数据输出、坐标量算、符号管理、数据的符号转换等。而设备设施管理主要包括资产管理和维修管理。管网辅助设计主要指根据相应信息，确定最优管网设计方案。工作流管理指对管网维修管理、工程管理过程中的审批、会签等业务流程动态配置、监控管理。管网工程管理主要包括用户增容流程、施工进度管理，质量管理，财务管理。查询统计，按各种条件进行管网设备信息（如阀门、消防栓）的图文互查，统计输出和分析管理。管网分析，包括碰撞分析、纵横剖面绘制、爆管分析、关阀分析、水力计算、三维分析。网上发布可以通过浏览器，查看动态的管网信息，也可向公众发布相关信息。系统管理，主要包括设置和修改系统运行的环境变量、设置和修改模块权限及用户权限、连机帮助三部分。1.3建设必要性水是生命之源，城市供水系统对市民的生活质量和生活水平起着决定性的作用，它的发展状况也直接影响着城市经济发展和城市建设。因此担负着输水配水的供水管网，在城市基础设施中也占有极其重要的位置。兰州市的飞速发展也伴随着对自来水管网管理提出了高标准的要求。建立供水管网地理信息系统，实现供水管网规划设计、输配管理、图档管理、抢修辅助决策及综合查询、统计等项工作的科学化、自动化，已迫在眉睫。兰州市自来水集团公司担负着整个兰州市人民的生活生产用水的主要任务。自来水的输水配水网络中有DN15到DN2600等二十多种管径。钢管、球墨铸铁、PVC等多种管材混合使用。此外兰州市狭长的地理特征也直接意味着输水配水网络必定要经历很长的跨度。这无形中增加了管网管理的难度。为了对着庞大的供水管网进行高效的、科学的管理，我们考虑将GIS引入到管网管理中来。目前给水管网建设和运行管理中存在的问题有：在进行给水管网现状核算与改扩建时，需要管网计算。给水管网计算需要的资料包括：管网准确的拓扑结构、管网附件（如阀门、消火栓）等准确位置，集中用水量位置（大用户位置），分散用水量位置（小用户位置）泵站进出水管道与管网连接情况，城市地面标高等。给水管道布置在街道下，管道多、管径级数差别大。并且城市地下供水管网管理水平参差不齐（如管线资料丢失、管网设备与管道资料不齐全等），给管网计算造成困难。运用管网的数据管理则大大减轻了这些困难。1.4投资概算由于软件技术的发展，软件的性能和功能日趋成熟，而软件成本大幅下调，对于开发系统的GIS组件和网络软件的购买也相对便宜。同时由于计算机硬件的快速发展，其性能提高，成本下降。这些使得开发系统的可行性大为提高。因此预算不需要太多的资金就可以到达很好的效果。数据可以到政府部门获取，软硬件都不需要太多的资金。所以管网管理信息系统所提供的对业务过程的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、信息更新等管理功能，为兰州市自来水集团公司的政务公开和社会服务承诺提供了切实可行的实施手段和高效率的办公环境，达到了“投资省、见效快、影响大”的预期目标，使自来水管网管理工作迈上新台阶。人员需求：项目经理有GIS基础知识，相关地学知识，项目经验，较好的沟通与表达能力。开发人员对城市地理信息公众查询系统专业知识掌握较好。系统设计人员经验比较丰富。编程人员，能够熟练运用visual开发平台，熟悉webgis客户服务端的开发。测试人员，有丰富的测试经验。软硬件资源需求：数据库软件（SQLsever）MicrosoftvisualArcEngine组件、Geodatabase数据库。开发本系统具体的投资如下：人力资源：角色知识技能要求建议人数项目经理有关项目经验，较好的沟通与表达能力，以及分析问题解决问题的能力1需求开发人员对管网信息的相关内容有较为专业的知识。4系统设计人员在系统设计方面比较有经验。3编程人员熟悉VB开发平台，熟悉ArcEngine系统构架和SQLsever.5测试人员有较强的学习能力，具有相关项目的测试实验。3调查人员交际能力强，并有一定经验。5销售人员推销能力强，有一定经验。5软硬件资源：资源名称详细配置获取方式费用（RMB）开发及测试用机5台HPLH4双CPUPII450内存1G硬盘160G可采用阵列方式扩充显示器17光驱24XCD买690000元MicrosoftVB略买10000元ArcGIS软件ArcEngine买50000元数据库软件SQLsever买30000元网络集线器3Com3C1695112口16800喷墨绘图仪HPDJ750C5*300015000票据打印机HPSON2*800016000扫描仪A4幅面5*400020000软硬件资源合计837800元综上所述总的项目资金预算如下：类型成本（RMB/半年（元））备注人力资源624000工资平均每月4000元办公资源50000办公室及办公设备等不可预见费用50000用于社会调查等软硬件资源837800租用购买等总计15618001.5附件《可视化面向对象建模技术》《城市给水管网地理信息管理系统》《ArcGIS设计与开发》《自来水地理信息系统解决方案》兰州市自来水管网图等。可行性分析引言当今世界是一个抢夺资源的世界，而21世纪最重要的资源或许不是现在价格高涨的石油，而是人类赖以生存的水。为了响应国家节能减排的号召，在自来水管网管理上应该建立一套科学的管理体系，使得自来水管网的管理更加科学化，水的利用率得到提高。兰州作为西北重镇，虽然有黄河穿城而过，但毕竟属于西北干旱区，如何使有限的水资源发挥更大的作用，为西北的经济发展做出更大的贡献，这才是我们所应该关心的。2.1.1系统简介：城市自来水供水管网是城市基础设施的重要组成部分，是维持城市正常运转的大动脉。建立科学、准确、完整、动态的自来水2.1.2参考资料=1\*GB3①.GDInfo供水管线信息管理系统=2\*GB3②.关于开发兰州市自来水输配管网地理信息系统的探讨=3\*GB3③.GIS软件工程原理与方法=4\*GB3④GIS技术支持下的给水管网模型与网络分析（南京师范大学陶陶闾国年张书亮）对现行系统的分析在传统管理方式中，对自来水管道信息保存、调用均以图纸和纸质档案的方式进行。随着管网建设规模的不断扩大及时间的流逝，新老资料越积越多，许多已铺设的管线需要维修、维护，同一管线由于改造，会出现多份资料，从而给管理带来混乱。随着类似问题的积累，给管网正常，维护与维修造成困难，影响对故障的抢修，而抢修时间的延误会造成更大的经济损失。使用地理信息系统技术，可以避免以上问题，实现对自来水管道的高效管理。2.2.1兰州市给水管网组织结构图图库管理图库管理兰州市自来水管线管理系统管网管理管网分析图像处理辅助设置底图数据转换图形输入编辑图形输出打印地理底图管理数据输入图形数据编辑编辑选项设置各类数据检索管线数据查询数据统计常用工具分析工具三维工具外业数据库转换键盘坐标输入管线输入属性坐标输入文档资料输入图形编辑数据编辑文档库编辑按范围按条件按名称编号裁剪输出量算工具静态标注动态标注区域定位拓扑数据检查安全等级事故处理三维管线示意横纵断面生成=1\*GB3①给水管网档案管理城市给水管网技术档案是机关、团体、单位或个人在网络技术活动中形成，是历史记录整理留存下来的文献。目前城市地下管网档案资料的内容、分类、和要求至今尚无统一规范或标准。尤其一些分类统计数据都是各取所需，没有统一，这使数据的实用性、拓展性、延伸性受到限制。虽然对给水管网管理内容没有统一划分标准，但从各个供水企业及其主管部门建立的档案管理系统看，一半按管网设施分类，与生产实际最为接近。该方法使用管道、阀门、水表、消火栓及相应供水设施的安装、维护、运行、使用及维修、改造的档案进行分类。主要有：图纸类、图表类、统计数据类、电子信息类、实验研究类等，如下表：分类内容图纸类管道施工图、管道竣工图、分区索引图、管线网络图、管道链接点大样图及安装、改造、验收说明等图表类管道设备图卡、管道材质分类说明、阀门卡、水表卡、消火栓卡、水质监测卡、水压监测卡、流量监测卡及相关数据等统计数据类全市或某区域的管线材质、管径、长度的使用情况分类或沿线供水设施类别、数量等的使用统计电子信息类电脑硬件记录、软件记录、管道或设备的电子地图资料、地理信息统计分析结果或检查、维修、改造的效果分析图等实验研究类新装、改扩建管道施压记录、消毒冲洗实验说明、附属设施管理新技术实验记录、实验效果说明等技术攻关类=2\*GB3②组织管理的方法的发展a.手工管理阶段这是目前我国大多数城市管网的管理手段。这种方法以纸质为存储介质。特点如下特点图纸修改等操作繁琐，可靠性不高不能用一套完整的图纸管理整个给水管网，根据用途滑冰窟若干套图纸，然后采用一定的检索手段来实现管理管线的排设阶段、运行阶段、管理使用阶段分别产生不同类型图纸，手工管理记录复杂，管理资料完整性差管网资料图纸、说明记录性资料庞大，存放图纸的场地大统计分析管理效率低b.计算机初级辅助管理阶段以计算机为媒介，吧图纸数字化为电子文档特点存放图纸的介质从纸张变为计算机，场地变小图纸方便修改、拼接、删除等操作有一定程度的统计分析管理功能，但数量方法有限计算机初级辅助管理是从手工管理方式向计算机高级辅助管理的过渡，在利用计算机进行给水管网资料记录、分析、辅助决策等智能化管理已经取得国内供水行业各方人士的共识。c.计算机高级辅助管理阶段即信息化阶段特点利用计算机全面记录给水管网各方面图纸及数据，基础资料完整图纸数据资料齐全，修改、移动、拼接、删除等操作灵活给水管网中水流状态模拟，全面掌握给水管网系统运行状态强大的统计分析、空间拓扑分析管理功能目前兰州市自来水管理还没有达到信息化的程度，在管理的过程中还存在很多难以解决的问题。2.2供水企业的管网管理系统不同于一般企业管理的特殊性供水企业一般企业企业性质公共行业。产供销一体私人或者股份制企业，以营利为目的，属于产供销中间某个环节管理地域整个城市区域，地理特征明显管理本公司设计区域，一般不涉及地理区域分析信息化信息化范围广，生产管理信息化内容复杂，各个信息化系统关联度大本企业档案管理内容信息化，各个信息化系统关联度不大兰州市自来水管理系统还基本处于计算机初级辅助阶段，其业务流程如下图：准备工作准备工作管线设计方案资料收集勘探计划实地调查准备材料设备购买人员培训实地调查调查问卷现场答辩草图绘制走访市民调查各企事业单位及政府机关实施阶段管线埋设安装到户系统建立投入运营意见反馈，系统维修调整出现问题爆管裂管水压过低……..2.2.1现行系统费用设备名称配置数量单价经费网络服务器HPLH4双CPUPII450内存512M硬盘40G可采用阵列方式扩充显示器17’光驱24XCD1138000138000客户机（微机）联想IBMPII4008890071200网络集线器3Com3C1695112口168006800网卡3Com3c905BTX85004000网络设备附件网络连线、墙柜等一套约20002000喷墨绘图仪HPDJ750C1票据打印机HPSON2800016000扫描仪A3幅面1600060002现行系统人员：人是开发中的一个非常重要的资源，它除了具有一般资源的特性外还具有不确定性。软件是一种特殊的商品，它是智力的结晶，它需要多种可见资源和参与者的相互配合，但人力资源和其他资源的一个区别在于不会由于人力的增加就会使得生产率得到线性提高，过多的投入人力会增加通信费用和成本开支，因此，必须合理安排人员的结构和数量。现行系统中的人员只是进过一定的培训，并没有具备专业的GIS知识，如果进行系统改造之后还必须进行进一步的培训。3设备：1).硬件设备：信息服务器，管理客户机，大幅面绘图仪，打印机，数字化仪，光盘刻录机，GPS设备，局域网设备2).软件设备：现行系统由于结构简单，所需的软件有：Windows操作系统、常用办公软件、商用统计分析软件、SQL2000数据库软件。4现行给水管网系统所面临的问题用户对供水安全性的要求提高1).给水管网系统是一个庞大复杂的“反应器”，经水厂处理合格的水，在管网中会发生一系列的物理、化学及生物反应而导致水质下降。用户对水量和水质要求的提高也加大了供水系统的运行难度。2).供水效益亟待提高在满足社会需求和环境保护要求的前提下，必须尽量减少供水成本。电费在自来水成本中所占比例较大(一般为30%～40%[1])，故降低电耗始终是贯彻节能方针、提高供水企业经济效益的重要环节。管网漏失在计算供水成本时往往被忽视，实际上它应是影响供水企业经济效益的最重要因素。一般采用供水产销差代替漏失量进行统计分析。供水产销差过大是长期困扰我国供水行业的一个老大难问题。随着近年来劳动力价格的提高，劳动力成本成为供水成本中一个不可忽视的项目。3).管网优化运行要求管网布局科学由于我国经济发展迅速、城市化发展快、自来水普及率提高迅速而导致供水系统布局和规划有欠科学，忽略了供水系统是一个多目标问题，致使管线连接复杂、铺设冗余，出现了管理困难、停留时间长、事故影响范围大等问题，故应逐步改善管网布局以实现管网的优化运行。拟建系统候选方案2.3.1拟建系统的目标根据自来水公司对供水管网等设施信息管理的要求，以及数字化、信息化发展趋势，供水管网信息管理系统建设的目标是：=1\*GB3①．建立供水管网及相关设施数据库及基础地形数据库，实现各类信息的数字化存储。=2\*GB3②．建立供水管网信息管理系统，该系统汇集供水管网及相关设施和地形的综合信息，实现数据输入、数据编辑、属性查询、数据统计、综合分析、资料输出等多种功能。=3\*GB3③．实现管网及相关设施的动态管理，为规划、建设及各有关部门提供服务，为管网规划、抢险、改扩建决策提供技术支持。2.3.2供水管网信息管理系统将利用物探技术、测绘技术、计算机技术、GIS技术、网络技术、数据库等技术，把管线信息以数字的形式获取、存储、管理、分析、查询、输出、更新，为自来水公司的建设与发展提供准确的供水管网基础资料。系统以地形图库和管网数据库为基础，在这个基础之上，建立了数据输入、GIS基本管理、管网管理、数据动态更新、管线综合分析等子系统。2.3.3自来水管网地理信息系统是一个较为复杂的图形和数据库相结合的系统。系统基础信息资料的规范化采集输入以及日后的系统维护是本项目的难点所在。应该本着“统一规划，分步实施”，边建设边应用，有投入有效益的原则，既要为公司节约项目开发资金，又要建立起稳定可靠，切实可用的自来水管网地理信息系统。任何急功近利，急于求成，幻想一步到位的开发思想，都是不切实际的。这样做的结果，必将给本项目留下后患，给公司造成损失。采用前期预研的方法，充分利用当地的技术优势和力量，可避免走弯路，减少系统开发后续服务的费用。地理信息系统的最大特点之一是：基础地理信息采集数据量大，信息的现势性强。应充分利用众多相关的兰州市地理信息基础数据，并考虑逐年更新、充利用这些资源的便利性，有利于开发后的信息数据维护、城市管网规划。避免因到非专业部门获取数据由于格式不统一而造成的大量问题。

预研步骤：利用ArcView系统在兰州市1：10000的电子地图上进行项目预研。预研的内容有：1．将兰州市自来水主干管网1：1000的地理信息输入系统。2．建立系统的信息采集、资料管理、辅助设计、信息分析等功能。3．通过预研，系统应基本具备的功能有：(1)查询(包括：按地段、按型号、按类型等)(2)分析(包括：管网故障影响地域等)(3)统计(基于地图数据的统计,如：管段长度、阀门总数等)(4)编辑(包括：基本图形要素<点、线、面、圆、矩形、多边形等>)的增、删、改的编辑。并能记录权限，若无权，则禁止修改。(5)属性数据的修改(6)图形表格输出另外；还应熟悉图层勘口、测量、视窗变换、数据维护更新、备份，图例显示、修改、编辑、立体图形显示等功能。2.3.4自来水管网运行管理系统要涉及管网情况的了解，熟悉管网的管理以及响应的GIS知识是开发自来水管网管理系统人员的要求。当然在操作的过程中不需要专业的人士。但必须对职工以及相关人员进行培训，使其对操作过程有大致的了解，这样才能正确的操作，使该管理系统使用寿命更长。2.3.风河供水GIS系统1、供水GIS系统的需求分析GIS技术在自来水行业中的功能应用已经有很多，除了编辑、查询、统计和打印等基础功能外，还有关阀搜索、运行调度、用水量读取、管网维修记录、管网设计与WEB发布等等二次开发的应用功能，但是在实际工作中这些应用功能又被使用了多少呢？由于这些应用功能仅存在于GIS系统之内，没有相应流程管理的系统与要求予以配合，最后就造成了“孤芳自赏”的局面。就功能而功能，目前的供水GIS软件都不可避免地存在着这个问题。本公司风河GIS软件系统具有GIS功能的同时具有AUTOCAD制图功能可以化图组。2、供水GIS系统软件平台的选择目前可供选择的GIS系统平台非常多，国外的如mapinfo或arcgis产品价格昂贵，南京风河gis系统完全自有gis平台不采用第三方控件，具有较高的性价比。南京风河系统软件采用oracle数据库采用最新java技术所以能满足大型数据量的需求。3、海量历史数据的数字化GIS基础模块的运用根据相关技术标准，首先开发出适合本企业特点的GIS基础模块。按照图形分层和对象类别，在管网象限图已经配准位置的基础上，开展供水管线屏幕数字化的工作。

4、关于GPS数据采集与位置校准通过屏幕数字化工作，仅仅实现了管网资料的数据入库。由于纸质图纸本来就有管线位置上的偏差问题，数据入库后难免会把这些问题带入GIS系统。因为历史久远，甚至有部分管线找不到任何资料可供参考，所以相应的管线探测与测量工作也应排入工作日程。测量工作传统上采用全站仪等仪器测量的方法，目前也出现了采用GPS来定位管线的新方法。5、利用GIS系统管理业务信息设备业务信息主要是指针对管网、设备的一些关联业务信息，例如测量信息、操作记录与维修记录等等。对不同的设备有不同的业务信息需要管理，且均为一对多的形式，即一个管段或一个设备往往对应多条业务信息。例如：管线漏水记录、管线爆管记录、管线养护记录、阀门操作记录、阀门维修记录、消火栓测压记录等等，这些业务信息与供水行业有极其密切的关系。由于这些业务信息数据量实在太大，用旧的管理模式根本无法有效管理，事实上造成了许多问题。曾经有某个地区反映供水能力不足，现场勘测后发现有一个比较重要的阀门被关闭，造成该地区供水问题。经调查原来是工作人员疏忽，断水工程后忘记开启该阀门了。这种情况很有可能会发生，并且事后查处起来的难度也很高。如果把每个阀门的开关记录保存在GIS系统内，今后在查找问题时就缩小了范围，可以有效提高解决问题的效率。通过管线的养护记录，可以按条件或者按区域查询统计管线漏水问题的趋势和特点，及早发现问题并予以及时处理，有效提高管网管理工作水平。6、管网供停水情况的模拟在管网日常管理工作中，本功能可以辅助用户用于模拟分析管网的供停水状态。对不同口径的可操作设备进行打开或闭合的模拟操作，并对操作后的供停水影响范围进行分析，动态着色，将结果显示在管网图形上。用蓝色表示管线处于有水状态，而用红色表示管线处于停水状态。这项功能今后可以与管网管理系统结合起来，对于计划断水或抢修工程由系统自动或专门人员来模拟阀门的启闭情况。通过管网MIS系统，公司内任何人都可以实时了解管网的供停水情况与原因，对于服务中心的客服人员在回答用户问题时更有实用价值。7、与帐务系统的连接对于地下水表可以通过水表的用户帐号实现与帐务系统的数据联接，并在GIS系统内实时查询用水量信息。对于室内套室表，由于在GIS系统内不绘制室内表，这个问题又该怎么解决呢？考虑在每幢楼每个单元的进水管上绘制一个“用户接水点”，相当于一个虚拟的地下水表，然后再建立一个“用户接水点”关键字与室内水表用户帐号连接关系的数据库，即可以实现在GIS系统内实时查询每个套室表的用水量信息。通过比对某小区每个月份监视表的抄见水量与全部套室表的水量总和，即可以实现校对表的校对作用。可行性研究2.4.1系统建设的技术可行性—1系统开发硬件环境系统开发硬件环境建设原则是：依托公司现有的或即将建设的网络环境及设备基础，增加具有适合地理信息系统开发的图形工作站，可进行数据共享的网管地理信息服务器。2系统软件系统采用windowsNT或(windows2000)操作系统。GIS软件的选择：经考察国内已建成的自来水管网地理信息系统，大多采用国外的GIS软件。国内自行研制的GIS软件，虽经几年发展有了相当的基础，但在功能的稳定性和二次开发上与国外软件尚存在距离。经调研分析，专业软件采用美国ESRI公司的ARCGIS系列产品。

理由如下：1）ESRI公司于20世纪70年代开始研制GIS软件产品，是公认的GIS软件鼻祖，现仍是GIS软件的领头羊。产品系列全，稳定性。2）ARCGIS系列产品不仅具有强大的空间数据管理功能，而且其分析功能是其它GIS软件所无法比拟的。尤其是网络分析功能十分强大，这一功能在管网故障分析中是不可或缺的，它对系统的深层次开发具有重要意义。3）在数据兼容方面具有优势。由于系统采用数据开放功能，可直接读取关系数据库文件，可无须转换直接读取AUTOCAD图形文件。目前，设计室采用的AUTOCAD设计图纸，本系统可直接引用。4）兰州市规划局及兰州市房地产局所建的市区1：10000和1：500电子地图均可采用ARCGIS系统，为以后使用大比例尺图提供可能。国内一些城市所使用的开发软件如下表：单位名称GIS软件GIS应用部门应用时间上海市北水司ArcGIS总公司各部门、基层单位2005北京市水司ArcGIS管理生产部门2005深圳市水司ArcGIS集团生产、管理部门及下属分公司2005沈阳市水司ArcGIS总公司部门、区营业所、直属单位2003广州市水司SICAD管网部2000南京市水司Mapinfo公司各部门2000佛山市水司MapGISGIS室2001大庆市水司TopMap给排水管网2003长沙市水司ArcGIS供水管网――苏州市水司MapGIS供水管网――2.4.2系统建设的经济可行性—系统的效益分析随系统的特性而异，如下表所示，大多数数据处理系统的基本目的是开发具有较大信息容量、高质量、响应及时、组织完善的系统。表中，CR＝降价成本，ER＝减少错误，IF＝增加灵活性，IS＝增加活动速度，MC＝改进管理计划和控制。改进计算于打印工作多得到的效益降低每个单元的计算于打印成本（CR）提高计算任务的精确度（ER）有能力快速改变计算程序中的变量与值（IF）大大提高计算和打印的速度（IS）改进记录保存工作所得到的效益能够“自动”为记录收集和存储数据（CR、IS、ER）更安全、系统的保持记录（CR、ER）根据空间和成本，增加记录保存的容量（CR）记录保存标准化（IS）增加每个记录中可存储的数据量（CR、IS）改进记录存储的安全性（ER、CR、MC）改进记录的可移植性（IF、CR、IS）改进记录查找工作所得到的效益快速的检索记录（IS）改进从大型数据库中记录的能力（IF）改进变更数据库中记录能力（IF、CR）通过远程通讯、链接要求查找的地点的能力（IF、IS）改进登记记录的能力，登记哪些记录存储及被读存取过（ER、MC）审计和分析分析记录查找活动的能力（MC、ER）改进系统重构能力所得到的效益同时变更整个记录类的能力（IS、IF、CR）传输大型数据文件的能力（IS、IF）归并其他文件建立新文件的能力（IS、IF）改进分析和模拟能力所得到的效益快速执行复杂的、同时发生地计算的能力（IS、IF、ER）建立复杂想象的模拟，解答“如果…，则…”问题的能力（MC、IF）为计划和决策的制定，聚集大量可用数据的能力（MC、IF）改进过程和资源管理所得到的效益减少在过程和资源管理方面所需要的工作量（CR）改进“精细调校”过程的能力（CR、MC、IS、ER）改进保持对可用资源进行不间断监控的能力（MC、ER、IF）系统开发的成本如下表筹办费用咨询费实际购置设备或租用设备费用安装设备费改建设备场所费（空调、安全设施等）资本与筹办相关的管理和人员的费用开办费用操作系统软件费用安装通讯设备费用（电话线、数据线等）开办人员的费用人员寻找与聘用活动所需费用破坏其他机构所需费用指导开办活动所需的管理费用项目相关费用应用软件购置费为适应局域系统修改软件的费用公司内应用系统开发所需的人员工资、经常性开销等培训用户人员使用应用系统的费用数据收集和建立数据收集过程所需的费用准备文档所需费用开发管理费用运行费用系统维护费用（硬件、软件和设备）租借费用（电费、电话费）硬件折旧费信息系统管理、操作及计划活动中涉及的人员的费用兰州市自来水管理系统现状与本系统设计相比较，可以发现有很大的经济优越性：=1\*GB3①、兰州市部分自来水管网已经多年没有更换，运营成本不断加大，给自来水公司带来很大的经济负担。=2\*GB3②一些新的管网由于口径的不合理配置，也使运营成本提高，若采用先进的网络管理系统，就可以节约很大的资金。服务器端配置：硬件配置名称最低配置建议配置CPUP3700M及以上P44G内存512及以上2G硬盘80G以上的自由空间250G的自由空间数据冗余RAID5或镜像显示器真彩显卡鼠标器各种类型的鼠标均可网卡512M以太网卡MODEN56KMODEN（选配）软件配置操作系统WindowsNT+SP5,Windows2000/XP+SP2,UNIXGIS平台ArcGIS9.0网络环境TCP/IP数据库软件Geodatabase,VB.NET客户端配置硬件设备名称最低配置建议配置CPUP3700M及以上P42G内存256M以上1G硬盘20G以上自由空间80G自由空间显示器真彩显示鼠标器各种类型的鼠标网卡256M以太网卡MODEN56KMODEN软件配置操作系统Windows2000/XP中文版网络环境TCP/IP数据库SQLServer,VB.NET,Geodatabase本系统开发估计所用费用：软件开发所用的费用类型成本（RMB/半年（元））备注人力资源504000工资平均每月4000元办公资源50000办公室及办公设备等不可预见费用50000用于社会调查等软硬件资源837800租用购买等总计1441800系统运行后每年所花费的费用所需费用项目费用（RMB/年）系统维护费用（硬件、软件和设备）500000租借费用（电费、电话费）100000硬件折旧费200000信息系统管理、操作及计划活动中涉及的人员的费用808000总计1608000因为自来水系统本来就属于市政工程，所以赢利不会很大，每年需要政府拨款，与现有系统相比较而言，在收入基本不变的情况下，系统维护比原系统所投入的费用要少很多。最重要的一点就是为广大市民提供了方便，也为自来水公司在管线管理上提供了很大的方便，今后还可以对系统进行升级，是该系统达到更优。2.4.3系统运行可行性分析—社会环境的可行性至少包括两种因素：市场与政策。其中市场又可以分为未成熟的市场、成熟的市场和将要消亡的市场，政策主要涉及到法律和知识产权。环境分析就是明确系统的目的和限制条件；使用单位的状况、经营方针和组织机构、使用单位的计算机利用情况；相关的硬件、软件及其它接口部分；用户的操作环境及操作要求；习惯、法律、制度上对软件的制约；开发能具备的基数条件和设备条件。2.4.41开发语言即数据库的比较1)SQLServer是Microsoft(微软)的数据产品，它的易用性强。有友好的用户界面。适用于C/S结构，只支持windows客户，可以用ADO,DAO,OLEDB,ODBC连接.但只能在windows上运行，没有丝毫的开放性，而且windows平台的可靠性，安全性和伸缩性是非常有限的。多用户时性能不佳。适用于中端市场,价格也比较适中.但在安全性方面没受到任何安全认证。2)VB.NET是Microsoft(微软)公司最新推出的VisualStudio.NET可视化应用程序开发工具组中的一个重要成员。其主要特点是完全支持面向对象编程，使用ADO.NET进行数据访问，能够方便的进行Web应用程序的开发。3)两者的比较4.基于以上各种原因，我们选择VB.NET作为开发工具。2开发平台的比较主要对ArcGIS、MapInfo等国内外主要GIS软件进行比较，并结合我们自身的特点，我们认为选择ArcGIS在国内有很大的市场，技术也比较成熟，使用选择ArcGIS开发平台。ArcGISMapInfo空间分析能力很强弱空间数据库技术ArcSDEMapinfospatialware组件开发平台Mapobject/ArcobjectMapX桌面开发平台ArcmapMapinfo数据采集软件无专业数据采集软件，直接使用Arcmap无专业数据采集软件，直接使用Mapinfo3系统功能比较1.数据组织：（1）在应用需求的推动下，ArcGIS先后推出了多种文件格式，如Arc/Info的Coverage、ArcView的Shape文件、ArcSDE的空间数据库、GeoDatase的空间数据库、交换文件格式E00等等，ArcMap推出后又出现了新的数据结构。这些数据格式所支持的功能各不相同，比如Coverage和GeoDatabase有拓扑关系，Shape和SDE没有拓扑关系，数据对象结构也相差极大，以至于各格式之间相互转换频繁，且这样或多或少地会损失信息和功能。（2）MapInfo的数据格式相对比较单一，即基于文件的TAB数据格式，另一种就是基于数据库的MapInfoSpatialware。MapInfo也能比较方便地在两种数据格式之间进行转换。不足之处在于MapInfo的数据格式都不支持拓扑关系，MapInfo整个软件也不支持拓扑关系。对比明细表如下：项目ArcGISMapinfo本地文件类型Coverage、shapeTAB组文件个数一个目录下的多个文件，不便于管理多个（一般多余5个），不便于管理一组文件可管理数据集数量一个数据集1个数据集数据加密与信息安全不具备数据加密的功能不具备加密功能是否存储拓扑关系√×是否存储对象风格×√是否支持数据压缩××支持复杂集合对象××（支持，但对象类型不够丰富）大数据量管理能力性能较高性能较高地图范围无限制√×是否支持Oracle√√2.拓扑关系对比项目ArcGISMapinfo拓扑错误检查√×建立网络拓扑关系√×建立多边形拓扑关系√×网络拓扑分析√×是否支持一个管线中多条通信线缆的网络路径搜索××编辑时是否支持动态维护网络拓扑关系××是否支持节点连接关系矩阵××3.空间数据库技术基于关系数据库和对象关系数据库的空间数据库技术是现今大型GIS应用项目中广泛采用的空间数据管理技术，这一点在大型应用项目的GIS软件选型对比中一直受到高度重视。项目ArcGISMapinfo技术名称SDEspatialdatabaseengine，geodatabase）Spatialware支持sqlsever√√支持oracle√√支持oraclespatial√√支持数据类型仅仅支持点、线、面、注记。CAD数据导入后参数化对象转换为简单线、面状象，造成大量数据膨胀。点、线、面、注记、圆弧、圆、椭圆、曲线等。由于支持参数对象，CAD数据导入后膨胀较小。数据保密与信息安全利用关系数据库的数据访问权限控制，具有良好的数据安全策略利用关系数据库的数据访问权限控制，具有很好的数据安全策略是否支持拓扑关系SDE不支持、Geodatabase支持不支持是否存储对象风格×√是否支持数据压缩××常事务支持√×地图范围无限制×（SDE的地图范围仅能向北和东方扩展，向南和向西侧受限制）×针对以上比较，并根据我们自身的优势，对ArcGIS比较熟悉，操作起来也很方便，所以我们采用ArcGIS平台。通过上面各点分析，我们认为，兰州市自来水管网管理系统在社会、经济、技术等3方面都是可行的。需求分析引言我国城市建设迅速发展，给水设施不断完善升级，给水管网及其附属设施的信息量随之越来越大。信息技术的成熟与应用为解决给水管网系统手工管理的弊端提供了现代化手段。给水管网地理信息系统正在逐渐得到推广应用，但作为专业地理信息系统尚缺乏系统性原则和方法。给水管网规模的扩大使信息量剧增，导致许多给水企业对给水管网信息化管理范围比较模糊，管网地理信息系统缺乏规范化的设计与应用方法。本节内容通过详细的系统需求分析对地理信息系统在给水管网信息化管理中的地位、与其他系统的关系进行探讨。将给水管地理信息系统的设计目标定位为：管理管网拓扑结构、属性信息等地理信息及专业属性数据，同时通过空间分析功能实现水管网管道或附属设施等资产管理，并为更高级的管理决策提供基础数据支持。本系统从供水企业使用GIS的部门、业务流程及系统开发目标与模式等需求分析出发，将给水管网数据分类为静态数据、动态数据、设备动态数据等，实现数据分类管理。给水管网GIS系统的功能划分为地图管理，管网输入与编辑，查询统计、事故维护、设备管理五个模块，重点提出了管网附属设备与动态管理的数据模块组织策略，实现对阀门消火栓、水表等设备层、文字层、区域层。属性数据存放管网实体属性如管径、管道材料、埋深等静态信息。空间数据库与属性数据库通过赋予图素和属性表对记录标志号（ID）实现链接。我国城市建设迅速发展，给水设施不断完善升级，给水管网及其附属设施的信息量随之越来越大。信息技术的成熟与应用为解决给水管网系统手工管理的弊端提供了现代化手段。给水管网地理信息系统正在逐渐得到推广应用，但作为专业地理信息系统尚缺乏系统性原则和方法。给水管网规模的扩大使信息量剧增，导致许多给水企业对给水管网信息化管理范围比较模糊，管网地理信息系统缺乏规范化的设计与应用方法。本节内容通过详细的系统需求分析对地理信息系统在给水管网信息化管理中的地位、与其他系统的关系进行探讨。将给水管地理信息系统的设计目标定位为：管理管网拓扑结构、属性信息等地理信息及专业属性数据，同时通过空间分析功能实现水管网管道或附属设施等资产管理，并为更高级的管理决策提供基础数据支持。本系统从供水企业使用GIS的部门、业务流程及系统开发目标与模式等需求分析出发，将给水管网数据分类为静态数据、动态数据、设备动态数据等，实现数据分类管理。给水管网GIS系统的功能划分为地图管理，管网输入与编辑，查询统计、事故维护、设备管理五个模块，重点提出了管网附属设备与动态管理的数据模块组织策略，实现对阀门消火栓、水表等设备层、文字层、区域层。属性数据存放管网实体属性如管径、管道材料、埋深等静态信息。空间数据库与属性数据库通过赋予图素和属性表对记录标志号（ID）实现链接。概述给水系统是保证城市、工矿企业等用水的相互联系的一系列各项构筑物和输配水管网组成的系统。包括取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水管渠和管网及调节构筑物。其是保证人民正常生活不可缺少的物质基础、是城市经济发展的重要基础设施。输水管渠、配水管网、水调节设施（泵站、减压阀）及水量调节设施（清水池，水塔等）等，又称为输水与配水系统，即给水管网系统。其是城市命脉，关系每个城镇剧名的生命健康，埋于地下，属于隐蔽性工程项目：由数百条跨越时空的管线组成，是大规模、复杂的可修复系统：遍布整个城市，昼夜持续的以适当的服务压力及合格的水质配水给用户。给水管网是给水系统中造价最高并且是极为重要的组成部分，在整个给水工程中占60％－80％的比例，而且还涉及每年庞大的能量消耗。给水管网由众多水管、配件、附件及附属构筑物连接而成。给水管网中任何一个部件损坏，其就不能发挥输配水到用户的功能，给水户的生活或生产带来巨大损失。因此管网可靠运行和合理管理不但是给水企业日常管理的重要内容，更是关系到整个城市正常运转的命脉。（给水原理示意图）用户需求供水企业的生产运行模式围绕水源、制水厂，然后经由输配水管网送到千家万户。其经营模式如图：（供水企业经营运行模式）从图上看出供水企业日常生产经营管理涉及三个层次：生产/消费、运营与服务。管网管理涉及服务管理、生产管理两个方面。前者基本不涉及地理信息数据，而后者因为在整个城市范围内输送水，涉及到地理信息数据很多。生产管理内容决定给水管网信息化系统的内容，城市给水管网生产管理信息化涉及到的子系统为：管网GIS系统、管网SCADA系统、管网水力模型系统、管网科学调度系统、设备维护管理系统等。3.3.1功能需求图形显示浏览功能放大、缩小、漫游、图形叠加、设置地图比例、鹰眼、全幅显示、图层切换、要素闪烁。图形录入与编辑功能节点、管道、阀门、消火栓、水表等元素的增加、删除和移动（自动维护拓扑关系）；图形与属性数据通过约定的记录字段保持紧密，图素变更，类别属性数据系统自动维护；添加管网组件时，系统将自动判断添加对象是否占地下已建管线，以及是否符合管网设计规范；地图中道路、建筑物等可根据拆迁和新建情况进行实时刷新；图例库和线型库可根据用户需要自定义；建立各类管网GIS系统原件模板。管网地位功能根据用户提供的条件，迅速准确地地位图幅、街区、管道、阀门、消火栓等在整个城市中的位置，并在地图中以大比例显示和闪烁地位对象。查询功能图形和属性信息交互查询：进行管网组件的属性条件查询、模糊查询、区域查询等；条件查询：按用户输入的条件进行分析查询，结果以直观的表格显示（查询数据为数据库中已有数据）。模糊查询：按用户输入的模糊条件进行查询，结果以直观的表格显示；区域查询：对用户指定范围内的供水管网组件进行查询和结果显示。统计分析功能区域中某类管线、节点或设备可以进行各种形式的统计，统计结果以统计图或统计数据形式显示或输出（统计数据为数据库中已有数据）。管网资产管理功能管道年龄估算、替换时间估算等，需要管理部门现场实测并提供基础数据建立相应资产数据库。管网故障分析功能在图上根据用户指定的事故图素（管道、阀门、水表等），自动给出抢修时的阀门关闭方案，并统计停水管段，评估受影响的范围。输出管理功能提供某一区域管线及道路图形及属性信输出；根据用户要求，利用计算机通过各种外部设备输出多种形式的数据、表格、图表或地图；各种标准（1：500，1：1000比例）分幅地图输出、矩形剪裁及编辑、管道纵剖面和横剖面；图形整饰与打印输出。设备管理功能记录管网、泵站、设备的日常维护情况及根据用户报修情况对设备的维护情况进行记录与统计。水表：与抄表数据库接口，对给水大用户的水量数据可设置条件查询，同时显示水表的位置坐标、标高等属性数据。阀门：对阀门的开启，维修信息建立相应数据库，根据用户设定条件检索某年某月阀门的状态信息。消火栓：建立消火栓数据库，对消火栓的维护、目前状态等进行检索。流量计等设备：根据给水管网的实际情况建立数据库，对每天流量或压力数据建档。辅助施工图管道、节点详图等重要管网组件的纵剖面、横断面、三维示意图。准确定位管道的埋设位置、埋设深度、位置、给水管道与其他地下管线的布置和相对位置。管网结构分析功能管网连通性、孤立节点、管线重叠、管线碰撞、设备口径、埋深检查、管道长度、角度、区域面积自动几何量算。系统管理用户管理（添加、删除用户、设置用户权限）；数据备份；系统操作日志。系统帮组功能系统信息、系统操作帮助、问题解答，在线支持。用户所需的功能结构如下：性能需求1）存储容量：电子地图的引入使得系统容量大大增加，甚至可以达到GB级，需要对电子地图进行分层处理，大大压缩系统容量。系统维护不会大幅增加系统容量。2）操作响应时间：本地操作时间一般不大于1秒，网络反映时间一般不超过10秒。3）接口设计：良好的人工操作界面，便于工程技术人员操作系统；用户的各种操作，包括错误操作，系统给出相应的提示；方便与其他主流数据格式转换。3.3.3数据给水管网动态、静态数据划分动态数据动态数据，顾名思义，是指与时间相关的数据。水是流体，其变化是实时动态的。在给水管网运行管理中，与水流相关的数据可以划分为动态数据。通常动态数据用来分析管网现状分析，模拟管网水力状态或者调度水泵等用途。给水管网动态数据表设备类型动态数据项管道流速、流量、管道压力管道点（节点）压力、流量阀门――消火栓――水表（用户）流量、压力，用于用户特性曲线水池水池当前水位水泵流量、压力，用于水泵特性曲线水质检测点所有检测点的所有检测的水质随之变化的数值记录流量检测点所有检测点的流量随之变化的数值记录压力检测点所有检测点的压力随之变化的数值记录静态数据静态数据，顾名思义，是不随时间变化的数据，在给水管网中一次性建立不再改变的数据可以划分为静态数据。静态数据是相对于管网中的动态数据提出来的，例如管道位置、埋深深度、管底标高等。这些数据为管网管理动态运行的基础。一次有必要对静态数据进行划分与合理管理。给水静态数据表设备类型静态数据项管道标准管径、管道材料、长度、敷设时间、埋深、管壁厚度、防腐涂料、内衬材料、生产厂家、管道详图、是否报废管道点（节点）X、Y坐标、埋深、标高、类型、节点详图阀门X、Y坐标、地面标高、类型、口径、安装时间、动力方式消火栓X、y坐标、地面标高、口径、安装时间水表X、Y坐标、地面标高、埋深、口径、最大流量、安装时间、用户名称水池X、Y坐标、地面标高、水池面积、最大水位、最小水位水泵X、y坐标、地面标高、泵轴标高、静扬程、量表、安装时间水质检测点X、Y坐标、地面标高、埋深、通讯方式、安装时间流量检测点X、Y坐标、地面标高、埋深、口径、最大流量、通讯方式，安装时间压力检测点X、Y坐标、地面标高、埋深、通讯方式、安装时间基于以上分析，我们需要得到的原始数据如下：数据类别内容图纸类兰州市1：500道路及基础设施coverage格式电子地图自来水管网图及相关资料（2000年以前），为纸质扫描得到的jpg格式自来水管网图及相关资料（2000年后），为dwg格式的CAD工程图纸重要节点详图相关供水设施施工详图（例如阀门位置图）图表类阀门卡、消火栓卡、水表卡等技术资料兰州市总体规划兰州市给水规划国家相关技术标准及规范软、硬件环境经过多次和兰州市自来水公司相关职能部门负责人的沟通之后，从自来水公司的业务需求以及本系统的运行环境等多方面出发综合考虑，我们协商确定本系统的运行环境如下表所示：硬件配置名称最低配置建议配置CPUP3700M及以上P44G内存512及以上2G硬盘80G以上的自由空间250G的自由空间数据冗余RAID5或镜像显示器真彩显卡鼠标器各种类型的鼠标均可网卡512M以太网卡MODEN56KMODEN（选配）软件配置操作系统WindowsNT+SP5,Windows2000/XP+SP2,UNIXGIS平台ArcGIS9.0网络环境TCP/IP数据库软件Geodatabase,VB.NET技术文档3.4.1数据流程图根据自来水公司处理业务的流程，我们确定本系统的数据流程图如下：3.4.2数据字典数据库数据字典是一组表和视图结构。数据图层详细设置层拓扑类型数据地图层道路层点、线、面存储道路位置、路面情况等属性信息数据其他层点、线、面除道路外所有地图信息数据管网层管道层线存储管道、位置及相关数据节点层点管道连接点位置、类型信息数据设备层阀门层点阀门位置及相关属性信息数据消防栓层点消防栓位置及相关属性数据水表层点水表位置及相关属性信息数据检测点层点水质、流量、水压检测点及相关属性数据区域面层面根据供水区域划分管理区域及相关信息数据实体属性数据表设备数据项通用表管道标准管径、管道材料、长度、敷设时间、维修日期、埋深、管壁厚、防腐涂料、内衬材料、生产厂家、管道详图编号模型层位置编辑人日期备注管道点X、Y坐标、埋深、标高、类型、节点详图阀门X、Y坐标、地面标高、类型、口径、安装时间、维修时间、动力方式、开关状态、操作人、操作动作消火栓X．Y坐标、地面标高、口径、安装时间、维修时间、动力方式、开关状态、操作人、操作动作水表X、Y坐标、地面标高、埋深、口径、最大流量、安装时间、维修时间、用户名称水池X、Y坐标、地面标高、水池面积、最大最小水位水泵X、Y坐标、地面标高、泵轴标高、静扬程、流量、安装时间、维修时间流量监测点X、Y坐标、地面标高、埋深、口径、最大流量、通讯方式水质检测点X、Y坐标、地面标高、埋深、通讯方式、安装时间压力检测点X、Y坐标、地面标高、埋深、通讯方式、安装时间管网层属性数据类型表设备实体字段通用字段数据类型编号字符模型层字符详细位置字符生产厂家字符编辑人字符编辑日期日期管道对应节点字符标准管径数字管道材料数字管道长度数字管线类型字符敷设时间日期维修日期日期管道埋深数字管壁厚度数字防腐涂料字符内衬材料字符是否报废字符节点X坐标数字Y坐标数字节点位置字符节点埋深数字节点标高数字节点类型字符节点详图链接设备层属性数据类型表实体类型实体字段通用字段数据类型编号字符X、Y坐标数字模型层字符详细位置字符地面标高数字口径数字安装时间日期维修时间日期生产厂家字符编辑人字符编辑日期日期备注字符阀门阀门类型字符动力方式字符开关状态字符操作人字符操作日期日期操作动作字符消火栓水表通讯方式字符流量计最大流量数字用户名称字符型号字符通讯方式字符最大流量数字测压点通讯方式字符详图链接水池水池面积数字最大水位数字水泵泵轴标高数字静扬程数字流量数字总体设计引言兰州市自来水管网管理系统是由兰州大学遥感与地理信息系统研究所组织，为兰州市供水集团总公司开发的，属于兰州市市政管理信息化建设项目的子项目。自来水管网管理系统有无生命力，主要取决于系统在处理业务的过程中是否满足自来水管网管理要求，即系统功能处理业务的能力。因此，我们在第三章需求分析的所得结论的基础上，本着用户需求至上的原则，并结合兰州市经济、文化等实际情况，制定了项目的总体设计。模块设计供水企业利用GIS的目的是：通过信息化管理手段完成供水管网的管理工作，而前要比原来手工管理更快捷、高效、方便。为了提高系统可变性，我们采用模块化的结构设计方法，并从自来水专业角度出发，把握“使用结构合理，用户操作方便”的原则，对本系统设计了5个子系统，共13个模块，模块结构图如图4.1。兰州市自来水管网管理系统兰州市自来水管网管理系统地图管理子系统管网编辑子系统查询统计子系统管网分析子系统地图数据导入地图数据导出地图显示地图数据处理图形数据编辑属性数据编辑由图形查属性由属性查图形设施统计关阀方案分析水力计算爆管位置分析文本信息标注图4.1模块结构图各模块的功能如下：地图数据导入模块本模块有两个功能，一是地理底图数据的导入，二是管网图形数据的导入。地图数据处理模块提供对地理底图数据的几何校正、格式转换、投影变换等操作。地图显示模块这是所有应用型GIS系统都必须具备的最基本模块，实现的功能有图层的放大、缩小、漫游、图层叠加、设置地图比例、鹰眼、地图全幅显示、要素闪烁等功能。地图数据导出模块本模块可以将本系统中的地理底图数据和管网图形数据导出到具有相关接口的软硬件设备。图形数据编辑模块本模块实现对管段、阀门、水表、消火栓等图形要素的增加、删除、编辑等操作，并自动维护其拓扑关系。属性数据编辑模块本模块实现对管段、阀门、水表、消火栓等各种图形要素的属性表中各个字段的编辑功能。包括字段的添加、闪烁，字段类型及长度等的修改。文本信息标注本模块是为输出各类专业图纸而设计的，可以实现对属性、名称、坐标、面积、距离等文本信息标注，以提高系统输出的各类图纸的实用性。图形查属性模块本模块可以将用户感兴趣图形要素的属性数据输出到具有相关接口的软硬件设备。属性查图形模块本模块可以根据用户的属性条件查询处满足条件的图形要素。设施统计模块可针对某个区域、某类管线、管道连接点或者管网设备进行各种形式的统计，比如按照管径、材料、埋设年代等的统计。并以报表或者直方图的形式输出到具有相关接口的软硬件设备。关阀方案分析模块当自来水管网系统中某个管段或者节点等处出现爆管，本模块可根据用户指定的事故管段、水表、阀门等的编号，迅速确定最小停水范围和需要关闭的阀门，如果某些阀门由于某种因素不能关闭，则本模块可以进行向下延伸计算，重新确定关阀方案，并将关阀方案以图纸的形式输出，供抢修人员使用。同时，模块可以根据关阀方案确定受影响用户情况，并以报表的形式输出。水力计算模块本模块根据自来水管网水力计算模型，根据各个压力监测点监测到的压力数据，模拟出管段及管网设备各处的压力情况，并以图纸或者报表的形式供相关统计部门使用。爆管位置分析如果管网在某未知管段处出现爆管，本模块可以根据各压力监测点的水压数据，运用水力计算模型，模拟出可能的爆管位置。代码设计代码设计问题是一个科学管理的问题，设计出一个好的代码方案对于系统的开发工作是一件极为有利的事情。代码就是用数字或字符来代表各种客观实体。在系统开发过程中设计代码的目的是：第一，客观实体的唯一化；第二，客观实体的规范化；第三，客观实体的系统化。编码问题的关键在于分类。准确的份了是工作标准化、系列化、合理化的基础和保证。在进行基础地理信息和自来水观望数据组织时，设计一套合理的编码有利于信息的分类管理和排序，可以明显提高查询速度并且方便网络分析，同时也方便了用户进行数据维护，如数据的添加、修改等。因此，必须为一些主要的信息对象设计编码。设计编码的原则是采用结构化的编码方案，以便容易与将来的国家标准接轨，同时充分考虑到当地的地理情况和特点。根据以上分析，我们在建设兰州市自来水管网管理系统时，确定道路、管段、节点、阀门及开口的编码方式如下：1）道路码格式为3位数字编码：方位及分类码（1位）+路线码（2位）。方位及分类码：“1”表示东西方向的主干道路；“2”表示南北方向主干道；“3”表示西北—东南方向普通道路及市区老路；“4”表示东北—西南方向的普通道路及市区老路；“5”表示东西街坊路；“6”表示南北方向街坊路；“7”表示西北2）供水管段用8位字符进行编码：分类码（2位）+路名码（3位）+顺序码（3位），其中第一位分类码字符代表管段的类别，取其汉语拼音的字头，如，水管用“SG”表示。后六位构成水管段码，由管线所在道路的路名码和同一道路上的管段的顺序码组成。3）供水节点的编码定位7位：分类码（2位）+路名码（3位）+顺序码（2位），其中前两位分类码字符代表供水节点的类别，取其汉语拼音字头，如管段节点编码用“SJ”表示。后五位构成供水节点码，由供水节点所在道路的路名码和同一道路上节点的顺序码组成。4）供水阀门的编码定为：分类码（2位）+路名码（3位）+顺序码（2位），其中前两位分类码字符代表阀门的类别，取其汉语拼音的字头，如，阀门编号用“FM”表示。后五位构成供水阀门码，由供水阀门所在道路的路名码和同一道路上阀门的顺序码组成。5）供水开口的编码定为7位：分类码（2位）+路名码（3位）+顺序码（2位），其中前两位分类码字符代表开口的类别，取其汉语拼音的字头，如，开口编号用“KK”表示。后六位构成供水开口码，由开口所在道路的路名码和同一道路上开口的顺序组成。输入设计地理信息系统的管理对象是图形数据和属性数据，数据量具大并且有很高的精度要求，数据录入在整个系统的建设过程中占了一半以上的工作量，并且在系统允许和维护的过程中发挥着重要的作用。而且，地理信息系统处理业务的过程，也伴随着数据的输入。所以，设计合理的数据输入方案是非常重要的。根据自来水供水的业务需求情况，本系统确定如下的输入方案：4.2.1系统建立过程中的数据输入1）地理底图数据地理底图在本系统中起着空间定位和骨架作用，而且，根据本系统的功能特点，在短期内不需要更新。本系统直接采用兰州市shape格式的地理基础数据，选取若干图层，经过投影转换等前期处理后直接导入系统的数据库。在系统运行的过程中，如果需要更新地理地图数据，可在“地图数据采集”模块中完成。2）管网图形数据的输入对于投入使用年代较早的管网，由于只有纸质图纸，所以只能通过手动数字化得到矢量数据后导入本系统的数据库。对于近年来投入使用的管网，可将其CAD格式的数据直接转换为shape格式后进行投影变换等处理后导入本系统数据库。3）属性数据的输入根据纸质或电子档案，录入各管网设备对应的属性。4.2.2系统处理业务过程中的数据输入在使用本系统处理业务的过程中，用户可以通过键盘、鼠标等输入对于模块所接受的参数即可。输出设计数据输出是地理信息处理业务结果的最终表现形式，因此，进行合理的输出设计，在建立系统的过程中是非常重要的。根据自来水管网管理的业务特点，本系统不同的功能模块具有不同的数据输出方式及输出类型，可以将其归纳为图形数据输出和属性数据输出两类。4.3.1图形数据输出向用户提供矢量图、栅格图以及各种专题地图，可以直接输出到屏幕，也可以输出为多种各种地理信息系统软件和图像处理软件所支持的格式，或者输出到打印设备。4.3.2文本数据的输出对于查询统计结果、爆管影响用户等非图形数据的输出，可以直接输出到屏幕，也可以导出为excel等软件所支持的数据格式，或者输出到打印设备，输出形式主要为报表、图表和直方图等。数据库设计数据库是GIS的核心，尤其是应用型GIS的核心。数据库建立的优劣直接影响着一个系统的成败。因此，建立自来水管网GIS，首先考虑的应是系统数据库建立的问题，一切算法的实现都是基于一定的数据结构的，一切系统功能的实现也都依赖于数据库的建立。地下供水管网数据是一种基本的网络数据。基本构成包括结点、弧段和附件（供水管网附属设施）。供水管网多埋藏于地下，因此可以对数据模型进行适当简化，不考虑面状拓扑，去掉多变形信息，减少数据量。由于ESRI公司在地下管网管理方面具有成熟的解决方案，针对地下供水管网数据量大、结构复杂的特点，我们在系统建设过程中决定选择Geodatabase进行建库，因为Geodatabase在管理空间数据上具有以下优点：1）Geodatabase是完全关系型的数据库，这意味着空间数据将以相同格式存放，管理将更加容易和有效。2）在Geodatabase中，要素类可以有定制的行为和方法。3）在Geodatabase中，要素之间的确认规则、连接规则和空间关系能够被定制。4）可以生成几何网络，当移动要素时，边与边的连接关系能够被维护，相关要素的几何坐标会被自动修改。5）Geodatabase将关系型数据库的一些数据处理方法引入到空间数据的管理当中来，使得在进行Geodatabase的设计过程中可以采取与一般关系型数据库相同的方法和原则。下面将从概念设计、逻辑设计和物理设计等三个数据库的设计阶段来阐述兰州市自来水网管理系统的数据库设计。4.4.1概念设计概念模型设计是数据库设计的第一个阶段。概念模型将现实世界问题到信息世界问题的抽象，它是独立于具体的软件和硬件的，不涉及在特定的硬件和软件环境下实施的问题，便于非专业人员理解，因此是用户和数据库设计人员之间进行交流的有效手段。概念模型的表示方法有UML语言、E-R（实体-关系）模型等。本文档中，我们采用E-R（实体-关系）模型来描述兰州市自来水管网管理系统数据库的概念模型。根据兰州市自来水公司提供的基础资料，我们将系统所需数据大概分为三类：图纸、图表和技术资料。详见表4.1。表4.1原始数据表数据类别内容图纸类兰州市1：500道路及基础设施coverage格式电子地图自来水管网图及相关资料（2000年以前），为纸质扫描得到的jpg格式自来水管网图及相关资料（2000年后），为dwg格式的CAD工程图纸重要节点详图相关供水设施施工详图（例如阀门位置图）图表类阀门卡、消火栓卡、水表卡等技术资料兰州市总体规划兰州市给水规划国家相关技术标准及规范在用户需求分析的基础上，根据以上基础资料，我们从不同类型的数据中抽象出不同的实体类别，如表4.3所示。表4.2实体类别数据类别包含实体类型地理地图数据道路、行政区划管网数据管段、节点设备数据阀门、水表、水泵、消火栓、监测点、水池根据以上实体类型以及自来水管网的工作原理，图4.2是用E—R图对系统数据库的概念模型的表示。消火栓消火栓道路管段节点监测点水池水表阀门位于位于水泵位于加压流量测定参数监测流量控制位于连接图4.2实体E—R图其中，各个实体的属性数据如表4.2。表4.2实体属性表实体属性管段管径、材料、长度、铺设时间、维修日期、埋深、管壁厚、防腐涂料、内衬材料、生产厂家管道点X、Y坐标、埋深、标高、类型阀门X、Y坐标、地面标高、类型、口径、安装时间、维修时间、动力方式、开关状态、操作人、操作动作消火栓X．Y坐标、地面标高、口径、安装时间、维修时间、动力方式、开关状态、操作人水表X、Y坐标、地面标高、埋深、口径、最大流量、安装时间、维修时间、用户名称水池X、Y坐标、地面标高、水池面积、最大最小水位水泵X、Y坐标、地面标高、泵轴标高、静扬程、流量、安装时间、维修时间、监测点X、Y坐标、地面标高、埋深、监测类型、通讯方式4.4.2逻辑设计逻辑设计的任务是把信息世界中的概念模型转换为计算机世界中受数据库管理系统所支持的数据模型，并用数据描述语言表达出来。数据库的逻辑模型与所采用的数据库软件相关，但它本身独立于物理实现细节。供水管网具有数据量大、结构复杂等特点，为了更好的实现系统所需功能，我们在设计时将整个系统划分为一些子系统，与此相适应，数据库也被划分为若干子库。同时，由于Geodatabase是具有面向对象特点的关系型数据库，所以我们通过关系模式的二维表结构来反映兰州市自来水管网管理系统数据库的逻辑结构。系统数据库及其子数据库的结构如图4.2。地理底图数据地理底图数据点数据线数据行政区划标志性建筑物道路管网阀门管网结点水表管段水泵监测点水池消火栓兰州市自来水管网管理系统数据库图4.2表4.3是管线数据表的关系模式，其主码为管段编号，外码为所在道路。表4.3管线数据库结构字段字段名称字段类型字段长度小数位1序号字符型122管段编号字符型123管径数值型1204管材字符型125长度数值型1216埋深浮点型637起点图号字符型128终点图号浮点型129其实节点号浮点型1210终止节点号浮点型1211所在道路浮点型2012埋设年代浮点型12表4.4是节点数据表关系模式，其主码为节点编号，外码为所在管段。表4.4节点数据库结构字段字段名称字段类型字段长度小数位1节点编号字符型122所在管段字段型123高程浮点型834节点流量浮点型835坐标X浮点型836坐标Y浮点型83表4.5是阀门数据表的关系模式，其主码为阀门编号，外码为所在管