城市排水管网信息GIS管理系统设计

赵新华， 李琼
(天津大学环境科学与工程学院，天津 300072)

　　摘　要：以地理信息系统(GIS)为技术支持，结合排水管网管理的实际需求建立了排水管网信息管理系统，并在MAPGIS平台及其综合管网模块上作了深入研究，使排水管网信息管理系统充分发挥了GIS对空间、属性数据的编辑、管理、显示和查询的功能并拓展了其实用性，该系统已成功应用于工程实例中。?
　　关键词：GIS；MAPGIS；排水管网；信息管理
　　中图分类号：TU992.4
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0055-03

　　利用GIS技术建立排水管网管理信息系统已经成为排水管网管理的一个新的发展趋势，然而因GIS所支持的功能很多并具有普遍性，其组织结构也很庞大，所以需要对GIS进行二次开发以满足专业需求，加以补充和扩展才能建立高效、灵活的管网管理信息系统。在北方某港口保税区排水管网的设计中即选用MAPGIS平台及其综合管网管理模块作为系统的技术支持。?

1 系统的建立及其功能

　　信息系统的管理对象是图形信息和数据信息，其数量巨大并具有很高的精度要求^［1］。在整个系统的建立过程中数据录入占了近70%的工作量，是一项巨大而繁琐的工作，所以应根据不同的实际情况制定不同的录入方案。?
1.1 系统建立
　　该保税区占地面积约为7km²，排水系统由约40km管网、2个排水泵站、1100多个检查井及1600多个雨水口组成。?
　　根据实际情况制定的数据录入方案为：首先，图形资料选用电子版图而不是纸图，这样可以节省很大的工作量且保证了数据精度，在AutoCAD中将电子版图拆分为背景图和管网图两部分并将图层重新做了合理设置，在建立了AutoCAD和GIS图层之间的一一对应关系(以系统文件map-cad存储)后通过GIS提供的数据类型转换功能将其转换成GIS支持的图形数据格式^［2、3］；其次，按信息系统对数据的不同管理要求分别处理两种图形数据，即将背景图数据处理成地图库文件作为系统管理式的参考背景信息，将管网图数据处理成具有拓扑关系的网络文件以模拟实际管网。属性数据的录入则放到了图形录入工作以后，这样可以对照着图形利用系统的一些统赋功能录入，既直观又迅速。?
　　系统建立的工作流程如图1所示。

1.2 主要功能
　　① 编辑功能
　　可对管网的图形进行变更与修饰并对其属性数据进行添加、删除、修改、替换。
　　② 查询功能
　　可按照管网中的实体空间位置、属性种类或根据条件表达式进行检索。系统强大的图形、数据联动功能可以实现图形和属性数据的同时显示以使管网资料更为直观，如实现数—图、图—数两种方式的双向查询，可大大方便操作人员的使用。?
　　③ 统计功能
　　可针对某个区域、某类管线或检查井进行各种形式的统计，不仅可以得到表现统计结果的各种统计图，而且可以得到各种所需的统计数据(见图2)。?

　　④ 定位功能?
　　定位功能可以方便、快捷地定位到管网中特定的区域和设施，大大提高了整个系统的管理效率。?
　　本系统中采用定位线和地名库两种定位方式。定位线完全按照实际管理的需要划分区域并分三级建立(以具体的标志物或地名来命名)以方便操作人员的使用。地名库则是以管网中重要设施的名称直接实现定位。?
　　⑤ 三维观察功能
　　可以观察任意位置的管网横断面、纵断面和立体图。
　　⑥ 管网分析功能
　　可以进行管网连通检查、管线碰撞及埋深检测。
　　⑦ 输出功能
　　可以按用户的需求输出各种管网的管网图、管网数据资料并可整图输出或进行任意裁剪输出。?

2 系统的应用与改进

2.1 功能的拓展
　　在GIS所提供的图(数)编辑、查询、统计等基本功能的基础上，又结合排水管网的实际需求对系统功能作了更进一步的拓展，使其应用不再局限于图形、属性的简单数据库管理上，而是具体扩展到了管道定线、施工、管网维护和改(扩)建决策等方面。?
　　另外，在排水管网的日常管理中，需要将检索查询、统计结果编制成各种相应的报表并存储或打印成书面资料，故对此功能进行了拓展，例如因GIS提供的报表格式比较单一，故利用ODBC开放式数据接口将系统内部的数据导出到Excel中，利用Excel来完善系统的报表处理功能(见图3)。

2.2 应用实例
　　①管道改(扩)建定线、施工
　　排水管网在排水系统工程总投资中所占的比例约为50%～75%，因此合理地确定管道埋深对于降低工程造价十分重要。在管网改(扩)建工程中系统可以设计不同埋深的管网铺设方案并结合地面标高计算出各个方案的工程土方量，再结合经济、价格等方面的指标得出工程造价预算，经比较后即可选出一种既经济又合理的铺设方案。
　　同时，在管道定线设计时可沿管道做缓冲区分析并将分析结果与背景图叠加以直观地分析管线与建筑物的最小净距是否满足要求并判断其定线的合理性。另外，还可以利用立体分析功能作出管道的三维立体图以直观地分析不同类型的地下管线间的最小净距是否满足要求并判断管线定线的合理性。
　　② 积水区分析
　　当在管网区域内出现积水区时，必须尽快分析其产生原因并制定出相应的对策，这时若综合运用系统提供的检索、计算等基本功能并结合专业知识加以分析，就可以迅速地解决问题。
　　通过地名检索可迅速提取积水区及其附近区域的专题文件并对造成积水的可能因素加以分析：①若管线的管径太小会降低管道的过流能力，易造成排水不畅而形成积水，对此可列表显示该局部管网的管径属性数据并分析管径是否满足要求；②若管道埋设坡度过小会延长管道的过流时间，使大量的水不能及时排走而产生积水，同时管道淤积也会降低过流能力而产生积水，对此可根据已有的管长和埋深数据，利用系统提供的计算功能而生成管道的坡度数据以分析管道埋设坡度是否合理；③管道服务的排水面积过大也会形成积水，对此可计算出管道的汇水面积并估算出管道的流量负荷以分析其是否合理；④雨水口的布置不当也会造成积水，对此可结合图形文件和地面标高数据加以分析。
　　总之，系统可以迅速、方便地完成一系列的分析工作并及时地制订出有针对性的解决方案。

3 结语

　　实际运行表明该系统很稳定，满足了排水管网的管理要求并实现了管网的信息化管理，同时还大大减轻了管理人员的工作强度，提高了管网的管理效率，具有推广价值。

参考文献：

　　［1］曾文.建立供水管网信息系统的若干指导思想［J］.地下管线管理，2001，(5)：24-26.
　　［2］信息工程学院.MAPGIS地理信息系统使用手册数字制图篇［M］.武汉：中国地质大学，2001.
　　［3］信息工程学院.MAPGIS地理信息系统实用教程［M］.武汉：中国地质大学，2001.

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　　收稿日期：2002-01-10