出　　自： 《中國給水排水》 1994年第6期第35頁
發表時間： ： 1994-6

袁一星；趙洪賓；高健；李玉華

(哈爾濱建筑工程學院)

　　給水管網的綜合信息，包括管網圖形、管網圖形的屬性數據、各種文字資料、各種運行參數、收費項目等，對于整個供水設施的維護、管理、改擴建都有著重要的意義。
　　哈爾濱建筑工程學院研制的給水管網綜合信息微機管理系統，有著較全面的功能，經過實踐檢驗，效果明顯、實用性強，完全可以取代人工管理系統。本文作一概要介紹。

1 系統的研制思想

　　該系統的目的是代替以往的人工管理系統，更有效地對給水管網各類信息進行科學地管理，同時，應使系統具備快速、準確、靈活的條件。因此，所設計的功能主要是圍繞給水管網各類信息管理的業務內容展開的。
　　給水管網綜合信息微機管理系統是采用Turbo Pascal 60語言編制的。在DOS 30 系統支持下，在IBM PC/AT及其兼容機上運行。該軟件系統是集給水管網各種信息及圖形于一體的新型圖文數據庫。一般數據庫管理系統只能存儲顯示文字信息，而該軟件系統可以將所存儲的文字信息以圖形的形式顯示出來，圖文并茂、立體交叉、相互關聯，可用于城鎮給水管網的維護管理及處理供水企業的日常技術問題。該軟件系統具有良好的用戶界面，全部在VGA高分辨率彩色圖形狀態下工作，全漢化多級下拉式菜單操作。功能豐富且簡便易用，各項程序按功能進行模塊化設計，各功能模塊間形式上相對獨立，使得功能的增減容易、方便，也便于軟件系統的維護。
　　給水管網綜合信息數據庫是實現用微機進行現狀分析和優化調度的基礎。確定數據庫結構時，須考慮到所存儲的數據能夠被其它應用軟件調用，所以，將整個數據庫設計成開放系統，具有簡潔的數據接口。為了便于該系統的應用，采用漢字菜單及漢字提示，由于漢字系統要占用很大部分微機內存，因此采用直接讀取16 ×16及24×24點陣漢字庫，和在圖形狀態下在屏幕上直接繪出的方式來實現西文環境下的漢字顯示。

2 系統結構及各模塊功能

　　系統結構框圖見圖1，它包括三大系統共十二個子功能模塊。
　　2.1 給水管網數據庫
　　該數據庫可用于給水管網全部基礎數據的管理，包括對管網及附件、水源、用戶、主要建筑物、鐵路、河流、道路等數據的存儲、添加、刪除、查詢、修改等操作。
　　為了多方面掌握給水管網的信息，圍繞日常管理的業務內容，共研制了六種功能:
　　a.給水管網節點數據庫包括與管段的位置、坐標、地面標高及管道埋深等數據的各種操作。
　　b.給水管網管段數據庫包括與管段的位置、起止節點管長、管徑、管材、鋪設年代、管道附件等有關數據的各種操作。

　　c.給水水源及加壓泵站數據庫包括給水水源、給水泵站以及水泵機組、清水池水位等數據的各種操作。
　　d.給水水泵特性曲線庫包括供水系統全部水泵的Q-H，Q-η，Q-N特性曲線、曲線方程數據的各種操作。
　　e.用戶用水量變化曲線庫包括城市各類不同性質用戶24小時用水量變化規律數據的各種操作。
　　f.用戶水量計量卡數據庫包括用戶的檔案資料、月用水量、用戶在管網上的接管具體位置等數據的各種操作。
2.2 圖形顯示輸出系統
　　該系統可將給水管網數據庫中的信息以圖形方式顯示在微機屏幕上。包括管網及附件的目標顯示，且可對圖形進行任意局部區域的無級放大。如:節點大樣、管網管段、消火栓、排泥閥、水表井和地形圖等內容，并可同時打印輸出。
2.3 給水管網信息查詢系統
　　該系統可采用多方位的查詢方法，對管段、節點、用戶的各種信息進行查詢。如查詢某一管段的信息，可以按管段編號、管段兩端節點編號、管段上連接用戶的名稱、管段隸屬的街道名稱等內容查詢，也可利用微機的鼠標器，直接在屏幕上進行動態查詢。比外，還具備模糊查詢的功能。 、

3 系統應用的技術要點

3.1 圖紙數字化輸入的方法
　　給水管網綜合信息微機管理的重要內容，是將管網圖形的各種數據、參數輸存在數據庫中，采用數字化儀表完成此項工作，可輸入的內容包括管網圖形及地形、地物、地貌等。
　　a.圖幅的任意劃分與合成給水管網所采用的地形圖，一般為大比例尺，很多城市的給水管網圖都是由許多張1/1000圖組成。本系統在大幅圖任意劃分和小幅圖任意合成下，都可以進行圖形的輸入工作，即利用數字化儀將任意圖幅的圖形單獨輸入，然后根據需要自動拼接成完整的圖形。
　　利用數字化儀輸入微機的圖形中各點坐標均為相對坐標，在進行任意圖幅的圖形合成拼接時，軟件系統自動地根據輸入數據按下式將相對坐標化為絕對坐標:

式中 X ti 、Y ti ——第i點的絕對坐標
　　X i 、Y i ——第i點的相對坐標
　　IX(Q n )——序號為Q n 的圖紙水平分量
　　IY(Q n )——序號為Q n 的圖紙垂直分量
　　M ap L、M ap H——序號為Q n 單幅圖紙水平及垂直尺寸，mm
　　對于在各單幅圖紙拼接處圖形中點的絕對坐標，可采用平均值法求得。
　　b.圖面內容的分層輸入和圖文的交叉互訪
　　該系統可將圖中的全部內容分層輸入，如各種地下管線、設施，地面街道、河流、鐵路、建筑物等。輸入后可根據實際需要分層顯示(表1)，并可將各層內容任意組合、疊加。與此同時，還可以將圖面的各種數據、參數迭加在管網的圖形上，實現圖文的交叉互訪。應用時，在微機屏幕上，只要將鼠標器的光標點落在給水管網圖形的任一部分上，如某一管段上，該管段的管徑、管長、鋪設年代、地點名稱等信息數據會立即顯示出來。反之，則顯示出該數據對應的圖形。

3.2 給水管網節點和管段編號的處理方法
　　復雜管網拓樸結構的正確表達，對于給水管網系統的數據分析、水力計算、供水現狀和管網事故的分析與處理，有著十分重要的意義。為了存入給水管網拓樸結構的基礎數據(MS、KS)，需對管網各節點及管段的編號進行必要的處理，見圖2示例，必要的輸入數據見表2。各管段ι擬定的水流方向，其上游一側節點編號為n=1，下游一側節點編號為n=2。按圖3的程序框圖，應用輸入數據JS(ι·n)計算連接在節點i上的管段編號MS和相鄰節點編號KS，計算結果列于表3。圖3中NN，JJ分別表示節點數和管段數。JMAX表示連接在一個節點上的最大管段數。

　　在進行給水管網理論分析時，通常用關聯矩陣A來描述給水管網全部管段與節點間的連接關系，如圖2的關聯矩陣A為表4。但是，直接給定關聯矩陣A不僅輸入數據量大，而且增占內存，使用不方便。因此，將關聯矩陣A壓縮存儲在數組MS和KS中的處理方法，其中MS的第i行是與節點i相連的管段編號，KS 的第i行是與節點i相鄰的節點編號，只須輸入每根管段上下游的節點編號，如表2所示，由軟件自動形成數組MS和KS，如表3所示。這種輸入方式同時包含了管段水流方向的信息，在輸入數據時可任意假定其流向，計算分析結束時軟件會根據實際流向輸出計算結果。在軟件自動形成MS、KS數組過程中，管段和節點編號必須按自然數順序編排，不許顛倒、跳越，而在給水管網現狀工況分析或改擴建方案論證時，常常增刪一些管段或節點。因此，在實際應用中設計采用了1至6個字母或數字組成的字符串命名的方法，由程序自動按要求為管段和節點編號，既簡便迅速又靈活實用。

　　對于有1000個節點和1000根管段的管網，其關聯矩陣A有10 6 個元素，若采用壓縮存儲方式存于數組MS、KS中，設相連于同一節點的管段數和相鄰節點數都≯6，則數組MS、KS一共只有1.2×10 4 個元素，而輸入數據只有4×10 3 個元素，用它形成數組MS、KS，只需1秒鐘時間。

　　3.3 給水管網各節點地面高程的求法
　　給水管網各節點的地面高程，對于給水管網的水壓分析、等水壓線的繪制、用戶出流水頭的確定是重要的參數。而該系統可根據地形圖上離散點的地面標高，自動地生成地形圖上給水管網任一節點的地面高程值。其計算式為:

式中 Z(x·y)——待求節點地面高程，m
　　x為待求節點的橫坐標
　　y為待求節點的縱坐標
　　x i ——第i個離散點的橫坐標
　　yi——第i個離散點的縱坐標
　　Zi——第i個離散點的地面高程
　　i=1，2，3……n已知離散點數目
3.4 系統的模糊查詢功能
　　對給水管網各種信息的查詢，是該系統應用的重要內容。給水管網的各種信息，包括各種基礎數據，都是以記錄的形式存放。如一根管段的記錄，含有管段編號、兩端節點編號、長度、直徑、名稱等特征值，都可作為查詢的依據。對于給水管網信息在數據庫中記錄形式的特征值，研制了模糊查詢的方法，其原理見圖4。應用這種方法，可使得查詢工作變得簡單容易。

4 成果形式及效益

　　根據用戶的使用情況和反映，該軟件包具有以下特點:
4.1 擴大了各類信息的儲存量
　　給水管網的信息量十分豐富，該軟件包可以隨時將增加或修改的各類信息輸入微機系統，并同時分門別類地存入相應的數據庫，不受數量和時間上的限定。
4.2 實現給水管網綜合信息管理的一體化
　　該軟件包為圖文儲存于一體的數據庫，應用時圖文內容交叉互訪。例如:若將鼠標器的光標點落在管網平面圖上任一管線上，則在數秒鐘內立即得到與該管線相關的全部數據資料。
4.3提 高信息管理的精度
　　應用微機系統管理給水管網的各類信息，必須提高其精度，該軟件包可以達到信息內容準確、格式規范、功能全三方面的精度要求，對于進行給水管網的現狀工況分析和優化運行極為重要。

　　給水管網綜合信息微機管理系統的研制、開發，不僅提高了信息管理的準確性、全面性，而且大大提高了工作效率。該系統在各城鎮的自來水行業以及各大企業的供水系統均可使用，具有一定的通用性、實用性，先后在哈爾濱、吉林、牡丹江、大慶等地應用，取得了良好的效果。
　　作者通訊處:150006 哈爾濱市南崗區大直街144號