基于MapXtreme6.6的供水管网系统设计与关键技术分析

【摘要】(Shanghai Urban Engineering and Design Institute, Shanghai 201210, China) Abstract: This paper introduces the design and implementation of the management system for urb...

摘要:基于Mapinfo公司最新开发的组件mapxtreme6.6和Microsoft的.net开发平台中的C#语言开发了城市供水管网管理系统,详细介绍了系统结构、各功能模块,并综合现有城市水管网信息管理系统的特点,分析了系统实现的关键技术,提出相应的解决方案。文章还简要介绍了供水管网模型建立过程及设计实例。实践表明,利用MapXtreme组件能高效地构建供水管网管理系统。

关键词:地理信息系统;供水管网;管理系统;C#

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)13-3423-03

The Application of MapXtreme6.6 on the Management System for Water Distribution Network and the Important Technical Analysis

ZHANG Hui-zhe, CHEN Hong

(Shanghai Urban Engineering and Design Institute, Shanghai 201210, China)

Abstract: This paper introduces the design and implementation of the management system for urban water distribution network based on MapXtreme groupware designed by Mapinfo and C# language designed by Microsoft. The system structure and the system function blocks are introduced in detail. Investigated the character of the existing urban water distribution network, the important technologies of system implementation are analyzed, and the solutions are offered. The modeling process of water distribution network and the example of modeling is also presented. Result demonstrates that the management system for urban water distribution network can be efficiently built up by using MapXtreme.

Key words: geographic information system(GIS); water distribution network; management system; C#

城市供水管网构成复杂、规模巨大,是城市重要的基础设施。随着城市现代化进程的加快,供水管网的规模愈来愈大,传统的人工管理纸介质图纸的模式已非常不适应供水企业服务社会与企业管理的要求,因此采用高新技术建立科学、准确、完整、动态的城市供水管网管理系统具有现实意义,而地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)是实现城市供水管网高效管理的主流技术[1]。

地理信息系统提供了一种管理大型复杂空间数据的实际手段,它融计算机图形和数据库于一体,采用存储和处理空间信息的高新技术,把地理位置和相关属性有机地结合起来,根据实际需要,准确、真实、图文并茂地输出给用户,满足用户对空间信息的需求,并借助其独有的空间分析功能和可视化表达方式为辅助决策提供支持。因此,结合GIS工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为GIS应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用GIS工具软件对空间数据库的管理、分析功能,又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点,集二者之所长,不仅能大大提高应用系统的开发效率,而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果,更强大的数据库功能。尤其是利用GIS功能组件进行集成开发,更能表现出这些优势[2]。MapXtreme正是MapInfo公司为了支持Microsoft的框架,重新设计MapX和MapXtreme for Windows代码库体系结构的新产品[3]。

本文主要介绍以Mapinfo公司的MapXtreme组件为基础[4],利用Microsoft公司的C#语言开发的某供水企业的城市供水管网管理系统和其实现过程中的关键技术。

1 系统功能结构

根据现代供水企业对于“运行节能、维护降耗和抢修准确”的新需求,并利用GIS系统强大的图形和空间数据处理能力对现代城市供水管网管理系统进行概要性设计[5],系统的组成和本产品同其他各部分的联系和接口如图1所示。

整个系统主要由管网建模、查询统计、运行状态监控、爆管事故分析、系统维护、使用帮助等6部分功能组成。系统的支撑部分来源于MapXtreme、Visual Studio2005 C#、模型图元(6个基本建模元素)和Weblogic网络服务(B/S使用),控制部分为现有供水管网系统的管理规范。整个系统的输入部分为用户的界面操作,包括鼠标Click和字符输入等一系列的界面输入操作,系统将按照界面的操作定义,解析用户的操作意图并实现对应的功能,输入部分还包括GIS .Tab格式的地理信息文件数据。整个系统的输出部分为城市供水管网模型(图层化的网状结构)、查询统计报表、动态的监控曲线、运行分析报告、渗漏分析报告、爆管分析报告、爆管抢修单、系统应急预案等若干图表结合的用户定制文件。下面简要介绍主要模块的具体功能。

1.1 管网建模模块

此模块是空间图形数据和属性数据的主要入口,主要功能:属性数据输入,包括按管线、管段、管点进行属性输入,添加节点符号,输入节点属性,定义管段划分,添加阀门、消防栓等管网要素符号,输入要素属性,添加三通、四通等管件符号;空间数据输入,包括绘制、删除矢量管线、管段、管点图形;键盘输入管线、管段、管点;由MapInfo地图文件直接读入;管网编辑与更新,包括对管线、管段、管点空间数据的编辑与更新;对管线、管段、管点属性数据的编辑与更新;对各种节点、管网要素、管件符号的编辑与更新;

1.2 查询统计模块

此模块可以实现双向查询。该模块主要功能如下:具有放大、缩小、漫游等浏览工具;图层控制;用户可通过从图上选择一定范围内的目标而显示其相关的属性信息,如点查询、矩形查询、缓冲区查询;提供按名称、编号、直径、路名等管网信息进行模糊查询,并可以迅速准确地定位用户所需的管网要素,如管段、阀门的定位;提供支持标准SQL语句的SQL查询;提供灵活多样的统计方法,可以按口、材质、年代等属性对管线及管网要素进行统计,并输出统计结果。

1.3 爆管事故分析模块

此模块为关闸提供了可靠的解决方案。主要功能包括:根据故障位置计算最小停水范围和停水管段,确定需关闭的阀门,列出受影响用户,为决策提供支持;遇到阀门故障,系统可以向下进行延伸计算;输出计算结果和阀门图,供抢修使用。

1.4 运行状况监控模块

此模块是对管网进行平差计算。该模块的主要功能包括:根据水力计算结果进一步确定各水源的供水区域、供水路径、供水分界线以及绘制等水压线;可以直观了解管网的运行情况,供分析者使用,如动态闪烁各管段中的水流方向,显示节点到水源的供水路径,以不同的颜色表示管网中个水源的供水范围等。

1.5系统维护模块

此模块主要为系统管理员管理用户权限和定制数据备份,以及普通用户定制个人信息。该模块的主要功能包括:用户权限管理;用户资料管理;数据备份;修改个人设置;工具栏设置;系统注销与退出。

2 系统实现的关键技术

2.1 数据采集与传输

数据采集与传输系统是准确地进行事故分析的前提,其也成为事故分析的瓶颈。数据采集系统应采集到分布在供水管网上的测压信号(管网压力)、管段流量、各水厂泵的运行参数、当前功率因素、水厂进/出水量等。数据传输系统需要将采集到的数据信息实时地传递到控制中心的供水管网管理系统,从而监控整个给水系统的工作状况。可采用无线通信网络进行信号的传输,其中监测点的布置可参照参考文献[6]进行优化布置。

2.2 数据库结构设计

采集到的数据要输入数据库中便于后续的分析。供水管网管理系统的数据库分为空间数据库和属性数据库,前者由地形图空间数据(X,Y坐标、海拔等)和供水管网组成成分(管线、阀门等)空间数据(X,Y坐标、海拔等)组成;后者由地形图属性数据(如建筑物名称等)和供水管网组成成分(管线、阀门等)属性数据(管径、管长等)组成[7]。空间数据主要包括地理底图数据、点对象、线对象。地理底图数据包含最基本的信息,如道路、建筑物等;阀门、水塔、水库等的空间数据形成的点文件;管线的空间数据形成的线文件。根据供水管网的实际情况,属性数据库主要包括管线、节点、阀门、水库、水塔、水泵六个元素,其属性数据库结构可综合设计为6个关系如下:1) 管线数据表(属性有:编号、起点节点、终点节点、管径、管材、铺设年代、是否防腐、用户类型);2) 节点(用户、三通、四通、堵头)数据表;3) 阀门数据表;4) 水库数据表;5) 水塔数据表;6) 水泵数据表。系统以Microsoft SQL Server 2000配合使用,对建模元素属性数据进行设计。

2.3 空间信息与属性信息的关联

系统以Microsoft SQL Server 2000对属性数据进行了设计。每个建模元素有很多属性信息,另外系统进行事故分析时,需要查找故障点,及元素的空间信息,因此必须将每个元素空间信息和属性信息相关联。解决的方案是通过地图数据库与属性数据库中的公共标识符(唯一的ID号)实现两者的连接,通过每个元素的ID(表的主码)属性对图元进行一系列的操作。如下为此实例中用C#编写的建立地图空间数据表的程序,在新建的.Tab表中插入了ID列,用于标识每个元素,并可与属性数据表中的ID列进行双向查询。

MapInfo.Data.TableInfoNative tableInfoNative;

currentTable = "Temp";

tableInfoNative = new MapInfo.Data.TableInfoNative(currentTable);

tableInfoNative.Columns.Add(MapInfo.Data.ColumnFactory.CreateStringColumn("ID",10));//新建表插入ID列

2.4 爆管事故的分析

爆管事故分析程序的设计的关键在于数据库的结构设计,良好的数据库结构可以提升系统的分析效率和准确性[8]。基于属性参数,可以建立阀门、节点和管道之间的相互关系,程序在数据库中以事故管段的上下游节点为起点,进行有无阀门的判定,然后搜索与该上游节点与下游节点相连的管段,再进行判断有无阀门,并以此向上下游搜索阀门,直到与事故管段相关的所有可能的管路上都找到阀门为止。

通过以上的阀门搜索过程,可以找出使事故发生处停水需要关闭的阀门。但是在这些搜索出的阀门中可能存在一些不必关闭的阀门。如果关阀搜索过程中得到的所有阀门中某些阀门属于断水管段集合,则该管段上的阀门属于不必关的阀门。因为该管段的两端都不存在通水管段,该管段已经是停水管段。因此,要通过搜索过程找出这些不必关闭的阀门。确定需要关闭的阀门后,还需进一步根据用户的等级进行分析,确保大用户断水时间尽量缩短,或改由旁路进行短期供水。

2.5 抢修方案的实施

可通过建立先进的GPS卫星测量和定位系统进行实现,一旦发生紧急情况,可对闸门快速进行定位,赢得抢修时间。在应付突发事故的时候,管网维护人员通过GPS定位所处地理位置的坐标(经度、纬度、高度),然后将数据打包,中心调度的决策人员利用GIS平台提供的分析功能分析,通过调度指令将采集到的相关阀门坐标传输给GPS接收机,GPS调用坐标数据便可实时动态地找到阀门或检修井的准确位置,实现供水管线的自动监控和抢修。

3 供水管网模型的建立

在供水管网管理系统的建立过程中管网模型的建立是管网分析的基础,可以将模型的建立及分析分为图2的几个主要步骤。

在模型的建立过程中,数据录入是重要的环节。供水系统的数据录入有三种方式:外业测量数据、施工图矢量化和数据转换。外业测量数据将外业测量成果在GIS软件平台上直接形成空间数据和属性数据,方便准确,但是成本较高;施工图矢量化是采用对纸质施工图扫描矢量化,数据精度主要由底图质量和数据录入人员控制;数据转换是从CAD等电子格式数据通过数据转换的办法,生成城市供水系统数据。此系统综合采用外业测量数据和数据转换两种方式生成模型图。图3为在此系统中使用管网建模元素生成的某一区域的水管网建模图,可进行相应属性数据的输入,并实现了自动标注功能。供水管网事故的分析将在后续的论文中给出。

4 结论

GIS技术作为一门多学科融合的先进技术,其技术体系已渗透到各行各业,并随之建立起大量专业性的GIS软件系统,是现代城市给水排水管网信息管理的发展方向和必然趋势。本文依据某供水企业设计开发的城市供水管网管理系统为实例,介绍了系统基本的功能模块及其关键技术,并给出了建模实例。实践证明,通过此系统可以极大地提高了供水管理部门的综合管理和服务水平,具有较高的应用推广价值。

参考文献:

[1] MCKINNEY D C,CAI X M.Linking GIS and water resources management model:an object-oriented method[J].Environment Modeling & Software,2002(17):413-425.

[2] SMITH L A.Option for Leak and Break detection and Repair for Drink Water System[M].Battelle Press,2000.

[3] Babovic V.A data mining approach to modeling of water supply assets[J].Urban Water,2002(4):401-414.

[4] 刘光.地理信息系统二次开发教程一语言篇[M].北京:清华大学出版社,2003.280-285.

[5] 黄宇阳,许仕容.给水管网图形信息系统的研究[J].给水排水,1998,2004(10):36-39.

[6] 郭思元,刘遂庆,陈嵘.给水管网压力监测点的优化布置[J].中国给水排水,2004,20(12):82-84.

[7] 王亚民,马建刚.基于MapX的供水管网信息系统设计与实现[J].计算机工程,2006,32(7):258-260.

[8] 邓海英,赵洪宾,解斌.供水管网事故时阀门关闭方案的确定[J].中国给水排水,2000,16(6):42-44.