耿為民　　劉遂慶
(同濟大學環境科學與工程學院)

　　摘　要：簡要描述地理信息系統的發展、定義和建立基于GIS的供水管理系統的必要性，對供水管理信息系統的數據模型、功能需求和開發方式進行了分析。
　　關鍵詞：地理信息系統 空間信息 屬性信息 供水管網 水力模型水質模型

Development and Application of Water Supply Network
Management Information System
GENG Wei-min　　　LIU Sui-qing
(School of Environment Science & Engineering, Tongji Univercity, Shanghai 200092, China)

　　Abstract: This paper describes the development and definition of Geographic Information System (GIS), and discusses the necessity of Water Supply Network Management Information System based on GIS in modern cities. The data model, function requirement and development method of Water Supply Network Management
Information System was analyzed.
　　Keywords: GIS, Spatial Data, Attribute Informatin, Watar Supply Network, Hydraulic Model, Water Quality Model

1 前言

　　目前我國城市建設迅速發展，各個城市對市政建設日益重視。隨著城市供水設施的不斷完善和供水管網模型的智能化、圖形化，建立一套完整、準確的供水管網管理系統，提高供水系統管理的效率、質量和水平，是現代城市發展的需求。城市供水管網管理信息系統是融計算機圖形和數據庫于一體，儲存和處理空間信息的高新技術，它把地理位置和相關屬性有機結合起來，根據實際需要準確真實、圖文并茂地輸出給用戶。滿足市政部門對供水系統的運行管理、設計和信息查詢的需要，借助其獨有的空間分析功能和可視化表達，進行各項管理和決策。

2 地理信息系統簡介

　　地理信息系統(Geographic Information System)簡稱GIS。廣義來說，它是存儲和處理與地理空間分布有關信息的集合，主要由以下四部分組成：信息獲取與輸入：數據存儲與管理；數據轉換與分析；成果生成與輸出。
　　地理信息系統是20世紀60年代開始迅速發展起來的一門新技術，結合計算機、系統工程、經濟管理等多學科的知識，屬跨學科的技術系統。從1962年起，在加拿大政府的土地資源調查機構中開始地圖數字化的試驗，利用當時最先進的計算機設備和軟件開發出世界上第一個具有實用價值的地理信息系統——加拿大地理信息系統(CGIS)^[1]。進入80年代后，隨著和地理信息系統相關學科、技術，如計算機地圖制圖、攝影測量與遙痞、數字圖像處理、數據庫管理系統、軟件工程等的快速發展，地理信息系統在發達國家得到了廣泛的應用，在發展中國家也正在得到重視和開發應用。

3 基于GIS的供水管網管理信息系統

　　供水管網管理信息系統，具備上述地理信息系統的—般特征，同時由于供水管網特殊性，所以也具有與一般地理信息系統的不同之處：
　　1)要處理對象為供水管網的相應組件，包括泵站、輸配水管道、管道閥門井、水表井、減壓閥、瀉水閥、排氣閥、用戶水表等。因此管網G賜處理對象較為純粹。
　　2)水管網系統及相應設施與市政道路、工商業、居民住宅區規劃密切相關。因此，系統的建立需要豐富、翔實的相關數據和信息。
　　3) 以服務于自來水公司管理、提高自來水公司管理水平為目標，系統的設計應以契合并優化自來水公司業務管理為宗旨。
　　4) 作為針對供水管網的專業軟件系統，應該考慮與該專業領域內相關軟件系統或管理目標(例如管網規劃設計、管網優化調度等)的鑲嵌或整合，不但是一個相對獨立的系統，而且應該是一個開放的系統。
　　供水管網管理信息系統的功能體現在：
　　1)實現管網系統檔案的數字化管理，形成科學、高效、豐富、翔實的供水管網檔案管理體系，建立管網系統中央數據庫。
　　2)有效、生動地定位管道、閥門、水表等管網組件，為實際生產運行提供可靠的依據。
　　3)管網系統規劃、改建、擴建提供圖紙及數據依據，對管網的改擴建的規劃、改擴建后的運行進行計算機模擬，輔助管網規劃方案的優選。
　　4) 管網施工提供圖紙依據。準確定位管道的埋設位置、埋設深度、管道井、閥門井的位置、供水管道與其它地下管線的布置和相對位置等，以減少由于開挖位置不正確造成的施工浪費和開挖時對通訊、電力、煤氣等地下管道的損壞帶來的經濟損失甚至嚴重后果。
　　5)學高效地進行爆管搶修等事故處理。
　　6)自來水公司日常運行的水表業務管理，包括增設水表、水表定位、抄表數據等，提供與自來水公司運行管理軟件的接口，管理自來水公司的水費收取等日常業務。
　　7)供供水管網優化規劃設計、實時運行模擬、狀態參數校核、管網系統優化調度等技術性功能的軟件接口，實現供水管網系統的優化、科學運行，降低供水企業成本。

4 系統分析

　　從地理信息技術的角度可以將供水系統的數據分為兩大類：空間數據和屬性數據。供水管網管理信息系統整體框架如圖l所示.

4.1 空間數據信息
　　空間數據是用來確定圖形和制圖特征的位置。主要反映以下兩方面的信息：1、在某個己知坐標系中的位置，也稱幾何坐標；2、實體間的空間相關性，即拓撲關系。
　　供水管網管理信息系統的空間數據信息主要包括與供水系統有關的各種基礎地理特征信息(如：地形、地表特征等)和供水系統的本身的各地理特征信息(如水表、管道、泵站、閥門、水廠等)。空間數據信息主要通過GIS的空間數據處理功能，表達地球上象點、線或多邊形的地理特征。

4.2 屬性數據信息
　　屬性數據信息是用來反映與幾何位置無關的屬性，它是與地理實體相聯系的地理變量或地理意義，一般是經過抽象的概念，通過分類、命名、量算、統計等方法得到。
　　以供水系統為例，按實體類型分為：節點屬性、管道屬性、閥門屬性、水表屬性、水泵屬性、消火栓屬性等。
　　節點屬性主要包括節點編號、節點坐標(X、Y、Z)、節點流量、地理位置等。
　　管道屬性包括管道編號、起始節點號、終止節點號、管徑、管長、管材、管道流量、流速、壓降、水力坡度、管道粗糙系數、敷設日期、維修記錄、所在道路名等。
4.3 GIS與水力、水質模型的聯接
　　目前GIS和水力、水質模型都有相對比較成熟的軟件可以運用(如GIS系統有ArcView、ArcInfo、MapObject等，水力水質模型有Stoner、EPANET、8M、TJW1.0等)。開發供水管理系統的關鍵技術在于將GIS系統和水力水質模型相聯接。通常采用的方式是集成二次開發。
　　集成二次開發是指利用GIS工具軟件(如ArcView、MapInfo等)實現GIS的基本功能，以通用編程軟件尤其是面向對象的可視化開發工具(如VisualC什，VisualBasic，Delphi等)為開發平臺，充分發揮GIS工具軟件在空間數據處理上的優勢及可視化開發工具在應用程序開發上的強大功能，進行二者的二次開發。
　　GIS和聯接的水力水質模型組成供水管理信息系統的核心部分。輸入供水系統基礎資料和相關數據，便可非常方便計算整個管網的流量和水力水質條件。通過GIS的功能管理空間數據庫和屬性數據庫，空間數據與屬性數據形成一種互動的關系。對空間數據和屬性數據的編輯可以在同一步驟內完成。GIS的這種基本特征使在數據經常性發生改變的環境下數據管理變得容易。當數據發生改變或者管線有新的信息需要編輯的時候，這些變化可以一次性進行修改，自動映射到數據庫和地圖，通過水力水質模型對系統重新進行模擬計算。

5 結論

　　使用供水管網管理信息系統，通過圖形支持和水力水質模型，用戶可以有效地對供水設施進行維護和分析。使用屬性數據庫，可以定期更新工作部署，作好通知和數據庫維護工作。建立管網信息管理系統，利用計算機系統實現對供水管網的全面動態管理是市政設施信息化建設和管理的重要組成部分，也是城市市政設旆現代化管理水平的重要體現。

參考文獻：
　　[1]宋小東等，地理信息系統及其在城市規劃與管理中的應用，科學出版社

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作者簡介：
　　耿為民(1973-)，女，同濟大學環境科學與工程學院博士生