利用GIS進行閥門管理的

利用GIS進行閥門管理的研究

摘要：本文對計算機管理閥門的方法進行了一般性的介紹，對在通用GIS平臺上，利用二次開發(fā)的方法開發(fā)爆管關閥分析系統(tǒng)進行了重點論述。并在此基礎上，介紹了利用AUTOMAP3.0開發(fā)閥門管理系統(tǒng)的步驟、方法，重點論述了爆管分析功能模塊程序的開發(fā)。最后，通過一個實例說明了該系統(tǒng)在實際工作中的應用。

關鍵字：計算機管理閥門GIS閥門管理是給水管網(wǎng)管理的重要內(nèi)容之一，閥門的啟閉，是管網(wǎng)局部停水檢修的唯一方法，同時也對用戶的水量、水壓造成直接的影響。閥門管理工作中還存在許多問題，如：閥門的位置在現(xiàn)場難以確認；閥門的運行狀況難以確定，不知是否能正常啟閉；管網(wǎng)中的某一點停水時，需關閉哪些閥門；關閉這些閥門后對哪些用戶會產(chǎn)生影響難以估計；這些問題靠人工進行閥門管理是難以解決的。隨著計算機技術的發(fā)展，利用計算機技術進行管網(wǎng)閥門的管理已經(jīng)成了一種必然。1.計算機進行閥門管理方法簡介計算機進行閥門管理最簡便的方法是建立閥門的數(shù)據(jù)庫，并在數(shù)據(jù)庫的基礎上建立MIS系統(tǒng)。這種方法是最初步的方法。其程序編制簡單，利用通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)如FOXPRO、ORACLE等就能達到要求。但由此建立的MIS系統(tǒng)只能對閥門的數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計等操作，而不能進行圖形的查詢，更不能進行爆管關閥等專業(yè)分析。

隨著GIS技術的發(fā)展，利用GIS系統(tǒng)進行閥門的管理已成為可能。GIS系統(tǒng)將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)鏈接在一起，統(tǒng)一進行管理。建立系統(tǒng)后使用者可以進行由圖查數(shù)、由數(shù)查圖的雙向查詢操作，標有閥門精確位置的圖形、閥門的屬性數(shù)據(jù)能同時顯示在同一屏幕上，方便、直觀。GIS系統(tǒng)最初是利用FORTRAN、C++等專用語言進行開發(fā)的，由于開發(fā)的難度較大，所以系統(tǒng)的應用一直都不很成熟。后來，出現(xiàn)了商品化的通用GIS軟件平臺，如：ARCINFO、MAPINFO、AUTOMAP等，系統(tǒng)開發(fā)人員在這些軟件平臺的基礎上，按照自己的需要進行二次開發(fā)，形成專業(yè)的GIS系統(tǒng)。這種方法由于開發(fā)工作量小，開發(fā)效率高而被廣泛采用。

隨著用戶要求的不斷增加，GIS系統(tǒng)功能也不斷得到完善。除了通用的圖數(shù)雙向查詢功能外，多媒體技術，網(wǎng)絡拓撲分析技術等不斷應用于GIS系統(tǒng)。如：AUTOMAP中的網(wǎng)絡拓撲分析模塊具有最短路徑分析，洪水淹沒分析及緩沖區(qū)分析等功能，按照用戶的應用要求不同，開發(fā)人員可以利用系統(tǒng)提供的功能函數(shù)開發(fā)自己的專業(yè)程序。2.爆管關閥分析系統(tǒng)的建立深圳市自來水公司一直在進行利用GIS系統(tǒng)管理閥門的嘗試，最后，在AUTOMAP的基礎上，利用二次開發(fā)的方法，我們建立了閥門管理的GIS系統(tǒng)，并在此基礎上開發(fā)了爆管分析的子程序。該系統(tǒng)包括8000多條市政管線，3000多個市政管線上的閥門，3000多個大用戶數(shù)據(jù)。現(xiàn)將系統(tǒng)的開發(fā)方法說明如下：

2.1原始數(shù)據(jù)收集、整理

要建立閥門管理的GIS系統(tǒng)，應首先繪制給水管網(wǎng)圖形。公司在對全市管網(wǎng)竣工圖調(diào)查的基礎上，繪制了全市的1：10000市政給水管網(wǎng)圖，并在圖上精確繪制了市政管線上的閥門。后經(jīng)幾年的不斷修改、完善，市政管線、閥門的位置及精度基本能滿足現(xiàn)場作業(yè)的要求。其后，我們又發(fā)動各分公司對全市的閥門情況進行了大規(guī)模的普查，共收集了全市5000多閥門（包括市政及預留口閥門）的位置及型號等屬性數(shù)據(jù)，并對每一閥門定制了閥門卡片，編號存檔，基本查清了閥門的數(shù)據(jù)。

2.2對閥門按路名編號，將閥門基礎數(shù)據(jù)輸入計算機，建立閥門數(shù)據(jù)庫，同時建立用戶及管線數(shù)據(jù)庫

為了查詢、統(tǒng)計及現(xiàn)場查找的方便，閥門的編號是按各條道路進行的，對于每條路，按從東至西或從南至北的方向?qū)﹂y門按順序依次進行編號。這樣編號便于現(xiàn)場的查找，也便于按道路進行統(tǒng)計。閥門編號并整理成卡片后，輸入計算機，考慮到數(shù)據(jù)庫的通用性及AUTOMAP外掛數(shù)據(jù)庫的能力，我們選用FOXPRO的數(shù)據(jù)庫格式建立了有5000多條紀錄的閥門屬性數(shù)據(jù)庫。

為了能分析爆管時所影響的管段、用戶等數(shù)據(jù)，必須將管線及用戶的屬性數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。我們同樣利用FOXPRO的數(shù)據(jù)格式，建立了8000多條管線，3000多個大用戶的屬性數(shù)據(jù)庫。

2.3利用AUTOMAP提供的整飾功能，對圖形進行整飾，建立正確的拓撲關系

AUTOMAP是通用的GIS開發(fā)平臺，其具有圖形整飾的功能。圖形整飾是將AUTOCAD等格式的電子地圖，整理成為具有正確拓撲關系的地圖。具體在閥門管理系統(tǒng)中，就是要建立正確的節(jié)點、管線、閥門的連接關系。如：在繪制電子圖形中，管線在節(jié)點或閥門處有時沒有斷開，系統(tǒng)自動生成拓撲關系時就會出現(xiàn)管線與節(jié)點的錯誤連接，要避免此種錯誤，在建立拓撲關系前就必須用圖形整飾的功能，手動或自動地將管線在該節(jié)點處斷開。類似的，在電子圖形中還存在偽節(jié)點、重復管線、節(jié)點，懸掛節(jié)點等錯誤，這些錯誤都要利用圖形整飾功能一一進行消除。在消除這些錯誤后，利用系統(tǒng)的自動生成拓撲結(jié)構(gòu)的功能自動生成表示管段、閥門、節(jié)點正確拓撲關系的拓撲結(jié)構(gòu)。

2.4將管網(wǎng)圖形上的閥門、管線等圖形與數(shù)據(jù)庫中的閥門數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)建立鏈接關系

該步驟的工作是建立圖形中的管線、閥門與外部數(shù)據(jù)庫中的閥門、管線及用戶數(shù)據(jù)的鏈接關系，以便進行圖數(shù)的雙向查詢或進行爆管關閥分析時，搜索相關的閥門、管段用戶等屬性信息。GIS技術中圖形與屬性數(shù)據(jù)的鏈接方法有許多種，一種方法是將鏈接的屬性數(shù)據(jù)保存在圖形中，圖形與屬性的鏈接關系也保存在圖形中。一種方法是將屬性數(shù)據(jù)保存在外部數(shù)據(jù)庫，而鏈接關系保存在圖形中。還有一種方法是屬性數(shù)據(jù)保存于外部數(shù)據(jù)庫中，鏈接關系也保存于外部數(shù)據(jù)庫中。這三種方法各有優(yōu)缺點，AUTOMAP中提供了前兩種鏈接方法?？紤]到圖形鏈接的屬性數(shù)據(jù)較多，如果屬性數(shù)據(jù)按第一種方法存取，將會使圖形文件過于龐大，因此，閥門等屬性數(shù)據(jù)的存取是按第二種方法進行的，即屬性數(shù)據(jù)存儲于外部數(shù)據(jù)庫，而圖形與屬性的鏈接關系存儲于圖形中。

2.5利用拓撲分析功能函數(shù)編制關閥分析程序

上述的四步都是進行的圖形和數(shù)據(jù)的整理，完畢后就要進行爆管關閥分析系統(tǒng)的二次開發(fā)工作。該系統(tǒng)是以AUTOMAP的內(nèi)嵌開發(fā)語言AUTOLISP進行二次開發(fā)而成。包括閥門、管線、用戶等圖數(shù)的雙向查詢、編輯功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能及爆管分析功能等，現(xiàn)以爆管分析功能為例，說明開發(fā)的方法。

爆管分析功能模塊應具有管網(wǎng)中某一點出現(xiàn)故障后，計算管網(wǎng)停水應關閥門及影響管段、用戶的能力，經(jīng)分析，該模塊包括以下子程序：

①初始化

初始化的功能是將拓撲關系裝入內(nèi)存，并建立與外部數(shù)據(jù)庫的鏈接關系。為計算關閥方案作準備。

②指定故障點

管網(wǎng)中的故障點可以是管段、節(jié)點或者閥門，使用者可以在圖上用鼠標指定。程序返回故障點的拓撲ID號。

③關閥方案計算

進行關閥策略計算。該子程序主要利用AUTOMAP3.0提供的拓撲分析函數(shù)（FLOODTRACE函數(shù)）完成。這些函數(shù)提供了網(wǎng)絡拓撲追蹤的功能，能從點、線建立的網(wǎng)絡拓撲中的某一點出發(fā)，自動追蹤該點的所有連線及相應的下游點，直到所經(jīng)過路徑的阻力值之和大于指定值為止。這些函數(shù)能返回所有追蹤到的點、線的拓撲ID號，從而得到相應的屬性數(shù)據(jù)。子程序利用這些函數(shù)，生成受影響管段、節(jié)點及應關閥門的數(shù)據(jù)，并在圖上用不同的顏色表示?？梢宰鲞B續(xù)的關閥方案計算。

④關閥方案數(shù)據(jù)查詢及報告生成

可以查詢受影響管段、節(jié)點、用戶及應關閥門的屬性數(shù)據(jù)，并可以生成文本報告，以便編輯、打印。

⑤圖形打印

利用AUTOMAP3.0的打印命令打印圖形。

⑥復位

刪除關閥方案計算后的結(jié)果數(shù)據(jù)標注及將顏色換為原來的顏色，以備再一次做關閥策略計算。

⑦結(jié)束

先將拓撲數(shù)據(jù)從內(nèi)存中卸下，并斷開與外部數(shù)據(jù)庫的鏈接關系。然后退出子系統(tǒng)。3.應用實例私委鹽該許系殖統(tǒng)遞已頭建寧成外，刊應粥用年于罪深售圳擇市園自蹲來衰水尺公賓司笛，繡效叮果栗良喚好稅。面例旦如話，慰如芽圖釘所侍示蹈的激局鑰部繳管憑網(wǎng)訓，震閥朵門維L隔H間Z朱S升E手0俯0鄰5罷發(fā)左生求故興障誤，禍需來要墓停嬌水蠶維慈修喚，系利碗用慧系轟統(tǒng)霸進論行遭關事閥監(jiān)分編析撲，輸所呀得遠結(jié)嘗果歌如寨圖早所爺示累。

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