夏俊峰，李静，樊亚东
（武汉大学 电气工程学院，湖北 武汉 430072）
摘要：本文介绍了以MapX组件为GIS开发平台，PowerBuilder为系统前台开发工具，集GIS、CAD、空间数据库为一体的自来水管网信息管理系统。对系统各个功能模块、数据管理、空间拓扑分析及空间数据库等的设计和实现作了详细的说明。系统实际使用中运行稳定，能较好满足自来水管网管理的要求，并获得良好的经济效益。
关键词：地理信息系统；MapX；供水管网
中图分类号：TP 79
Design and Implementation of Information Management System of Water Supply Pipeline Network Basedon MapX Groupware
XIA Jun-feng , LI Jing , FAN Ya-dong
(School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)
Abstract: A management system of the pipeline network of water supply is introduced, which is integrated with the GIS, CAD, spatial database, using PowerBuilder as the development language and MapX groupware as the GIS platform. The design and implementation of the function of each part of the system, data structure, spatial analyzing and spatial database are discussed in detail. The system runs steadily in the actual applications, and is well designed to meet the demand of a management system of the pipeline network of water supply, and has obtained better economy profits.
Keyword: Geographical Information System; MapX; Pipeline Network
1 前言
随着我国科技和经济的高速发展，国家基础信息化工作的不断发展，各个行业、单位自身的信息化工作也在逐步发展。自来水行业也不例外，但自来水行业的信息化工作有其自身的特点：水表、阀门数量庞大，地下管网错综复杂，具有明显的地理特征。随着城市的建设和发展，这些管网不断增加，覆盖区域不断扩大，使系统越来越庞大，复杂程度越来越高。
对于这样一个庞大系统的管理，如果仍采用手工管理方式，对管网这些具有明显空间属性的数据仅仅采用传统的管理方式，庞大数据的管理和分析将非常不便且效率低下。
而GIS（地理信息系统）是融合计算机图形和数据库于一体，用来存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机的结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户，满足我们对空间信息的要求，借助其独有的空间分析和可视化表达功能，进行各种辅助决策。
本自来水管网信息管理系统基于自来水营业收费管理系统，针对目前自来水行业信息化建设中存在的问题，如供水管网图纸档案信息化管理不便，研究和开发的一个自来水管网管理的GIS模块，实现了自来水管理系统供水管网数据的可视化管理，能极大提高自来水行业信息化管理水平和效率。
2 系统设计目标
2.1系统总体结构
自来水管网信息管理系统由自来水管网信息输入与修改，自来水管网辅助管理，自来水管网空间信息分析、报表与地图输出4个模块组成。（如图1）
[img]200411310524888958.gif[/img]
2.2系统主要功能模块
2.2.1自来水管网信息输入与修改模块
该模块提供给用户导入原有图纸档案数据并进行地下管网信息编辑维护等功能。
长期以来各城市的自来水部门都累积了一大批供水管网设计、施工、竣工的图件和表册资料,这部分图形数据需进行矢量化并存储到数据库中。在系统中提供图形窗口和扫描、图形编辑工具方便用户完成这部分工作。
通过GIS平台的地图窗口，对地图上用户水表、阀门、地下管道数据进行添加、修改和删除非常方便，直接在地图上进行点选和拖动即可，并且对管网数据所进行的修改操作都能在地图上直观的反映出来。
2.2.2自来水管网辅助管理模块
该模块通过GIS平台提供给用户强大的地图查询功能，在地图窗口进行城镇自来水地下管网的维护和辅助管理，并将查询结果以可视化的形式在地图上直观的显示出来，实现了图形、属性交互查询。包括以下查询功能：
(1) 分类查询。在MapX组件中，地图数据都是按图层组织的，相同属性的数据组织在同一层中，如用街道层、水表层、管道层等。用户直接在地图上选择需查询的地图层或区域就可以将查询结果在地图上显示出来，并且能够实现图形、属性的交互查询。
(2) 业务查询。自来水管网管理和维护有其自身的业务要求，如水表和管道使用一段时间需进行检验，查找故障点。系统提供相应的到检水表查询，漏点查询功能。
(3) 自定义查询。鉴于自来水地下管网管理工作的复杂性及系统的易用性，为满足用户工作中不同的查询要求，须提供给用户自定义查询条件窗口，按用户要求进行查询工作。查询结果也将在地图上醒目的标示出来。
2.2.3自来水管网空间信息分析模块
空间信息分析的内涵极为丰富。作为GIS的核心部分之一，空间信息分析在地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用。通过空间信息分析能够为用户提供空间行为的决策依据，实现自来水地下管网的科学高效管理。通过GIS平台和空间数据库的应用，我们在系统中实现以下几种分析功能：
(1) 空间拓扑分析。对城市基础设施网络（如供水管线、输电线等）进行地理分析和模型化，是地理信息系统中空间拓扑分析功能的主要目的。在自来水管网管理系统中，运用空间拓扑分析，研究和筹划地下管网如何安排，并且使其运行效果最好，达到资源最佳配置。
(2) 横纵断面分析。用户能够在二维平面上对三维空间中的目标进行直观的查看。在地图上任意画一条线，系统即可显示出沿此线的切面图。系统还提供在地图上显示任意位置施工会影响到的地下管线。
(3) 爆管分析。当管线上某点出现故障或需检修时，计算最优（影响范围最小）方案，在管网中确定应当关闭的阀门，并且标示关闭阀门后受影响的区域。
2.2.3报表与地图输出模块
为方便用户保存查询结果进行进一步的分析应用，可以将查询结果以自定义报表或图形的方式打印输出；同时考虑到不同应用软件间的数据共享，用户能将查询结果以标准通用文件格式输出到文件中，其中报表采用.xls文件格式，图形采用.dxf文件格式。
3 系统实现
3.1开发模式
目前应用型地理信息系统的开发通常有3种模式：独立开发、单纯二次开发和集成二次开发。由于独立开发难度太大，单独二次开发受GIS工具提供的编程语言限制差强人意，因此结合GIS工具软件与可视化开发语言的集成二次开发方式就成为目前GIS应用开发的主流。其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，又可以利用其他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用户界面、更强大的数据库功能，可靠性好、易于移植、便于维护。本自来水管网信息管理系统就采用这种GIS集成开发模式。
3.2开发工具、GIS平台及数据库选择
PowerBuilder是目前非常流行的信息管理系统开发工具，全面支持面向对象编程，是集成功能强并易于使用的第四代编程语言，内置包括数据窗口和OLE控件在内的多种对象类型，方便连接和访问多种数据库。用它进行管理信息系统开发速度快、功能强、效率高、成本低。本自来水管网信息管理系统基于自来水营业收费管理系统，自来水营业收费管理系统是采用PowerBuilder开发工具。考虑到开发工具的功能、用户界面的一致性以及系统的集成我们也采用PowerBuilder作为开发工具。
MapX是MapInfo公司推出的基于ActiveX技术的可编程控件，为开发人员提供了一个快速、易用、功能强大的地图化组件。在VB、VC、Delphi、PowerBuilder等可视化开发环境中，只需在设计阶段将MapX控件放入窗体中，并对其运行编程以设置属性、调用方法或相应事件，即可实现数据可视化、专题分析、地理查询、地理编程等丰富的地图信息系统功能。自来水管网信息管理系统属于管理信息系统范畴，又必须具备地图管理的特征，因此，综合运用PowerBuilder和MapX是一种顺理成章的做法。
Oracle是当前应用最广泛、功能最强大的数据库系统，具有完整的数据管理功能，它完善的备份恢复功能和安全机制等特点保证了数据的安全性和可靠性。同时，Oracle强大的空间数据库功能便于空间信息的存储管理。
所以，从开发效率、系统成熟度、投资回报等各个因素综合考虑，我们采用PowerBuilder开发工具、MapX组件和Oracle数据库开发本自来水管网信息管理系统。
3.3数据结构
数据结构设计是确定在数据管理系统中存储和检索数据的结构。
在本应用系统中，管网空间数据是非结构化的，而对空间数据的操作需要GIS软件实现，同时还要充分利用用户现有的数据库系统，可以利用空间数据库存储空间数据，而借助于已有的关系数据库管理属性数据。因此本系统采用空间数据库结合关系数据库的方案，空间数据库与关系数据库通过关键字相关联。（如图2）
[img]200411310525691474.gif[/img]
空间数据主要由地理底图数据和网文件组成，各种空间数据按其特征分层进行存储。其中地理底图数据划分为一些最基本的地图图层，如居民区、建筑物、道路等，网文件则由用户水表、阀门、管道等管网图层组成。（如图3）
[img]20041131053269759.gif[/img]
3.4空间数据库应用
通过利用数据的内在空间关系，空间数据库能够提高自来水管网信息管理系统的决策、运作能力。
MapInfo公司的Spatial Ware是一个在Oracle环境下基于SQL进行空间查询和分析的空间信息管理系统，它不仅实现了在Oracle中存储空间数据的类型（如点、线、面等），而且建立了一套基于SQL查询检索机制的空间运算符，使得空间查询和分析能在服务器进行，其高效的基于R-Tree的空间索引技术，保证了空间查询的快速和准确。
Spatial Ware将地图对象作为一个单独的列添加到Oracle数据库中，使Oracle数据地图化。现有的MapInfo地图数据可通过MapInfo Professional上载到Spatial Ware中。应用系统通过MapX组件对象访问空间数据库中的地图数据，空间查询、空间分析的结果也可在地图中显示出来。
4 结束语
自来水管网信息管理系统基于MapX组件平台设计，系统实现对城镇自来水地下管网地理数据的计算机管理与分析决策。它以电子地图为基础，利用计算机技术、GIS（地理信息系统）技术和空间数据库技术，针对自来水地下管网建立起一个能快速提供真实准确地理信息、便于查询及决策分析的管理系统，弥补了传统自来水信息管理系统的不足，提高了自来水行业信息化建设水平。虽然此系统是针对自来水管网开发的，但城市地下管网如排污、供热、燃气、输油、输电等与供水管网极其相似，本系统稍加修改即可适用。
参考文献
[1]WANG Dan, Application of GIS to municipal water supply pipeline network [J], Engineering Journal of Wuhan University, 2004.37(2): 92-94
[2]JIANG Chong-li, LIU Chun-yu, DONG Ming, Pipe network management system of tap water based on GIS [J], Journal of Dalian University of Technology, 2001.41(6): 749-751
[3]XIE Shi-yi, COM GIS Research and Implementing on MapX Technology [J], Application research of Computers, 2003(5): 51-54
[4]LI Lian-ying, Application development of GIS basing on MapX [M], Wuhan: Wuhan University Press, 2003
[5] Karamouz, Mohammad, Application of GIS in monitoring and trouble shooting of water distribution systems [J], ASCE, New York, NY, USA, 1991:564-569
[6] McCorley S., GIS applications at Bergen Water [J], IWA Publishing, English, 2000.18:24-30
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
作者简介：夏俊峰（1979-），男，湖北 崇阳，硕士研究生，武汉大学电气工程学院 测试计量技术及仪器专业；
李 静（1979-），女，湖北 汉川，硕士研究生，武汉大学电气工程学院 电力工程及其自动化；
樊亚东（1967-），女，副教授，硕士生导师，武汉大学 电气工程学院测试计量技术及仪器专业。
作者联系方式：
通信地址：武汉大学工学部电气工程学院03研3班，夏俊峰，430072
电话：027-87161251
E-mail:jstormx@yeah.net