昆明市燃气管网管理信息系统的开发.doc

1GIS对燃气管网进行管理的原理GI(Geographic Information System)S为地理信息系统或地学信息系统，是利用现代计算机图形和数据库技术，用以输入、编辑、分析、 储存及显示空间及其属性的地理资料系统。国内已有一批城市正在应用GIS技术建立综合性和专业性城市建设信息系统。昆明煤气总公司规划设计院1997年3月与建设部地理信息研究中心合作，联合开发昆明市城市燃气管网管理信息系统于1997年10月进行系统的安装调试并正式投入生产使用。目前，燃气行业应用GIS在10多个城市已开始起步，应用中取得了较好的社会和经济效益。GIS是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统，它能快速、准确地对地理空间数据获取、分析、模型化和显示，以保证实施操作和管理；并对复杂问题予以解决。GIS的数据存储分为两部分:一是图形数据库，主要存放背景图（地形图）、管网及其附属物，并对不同性质的图形进行分层。这样既可以分别查询各图层，也可以将若干图层迭加在一起进行查询分析;二是专题图库，用以存放描述管网的管道和附属物的属性库（如排水器、阀门等的型号、材质、埋设年月等）。有了这两个数据库，通过计算机进行程序管理就能快速、方便、准确地对储存的信息予以取图；使描述管道和设施属性与相对应的管道和设施图建立一一对应的关系，并可打印绘制出图纸；以解决施工、维修、抢险等情况下使用的图纸基础资料。2GIS进行燃气管网管理的功能建立煤气GIS的总目标就是建立为煤气管网维护、规划、管线设计、管道施工和竣工资料查询服务的空间信息库，以及由决策支持系统、图象理解和智能询问系统支持的管理和决策系统,其功能如下:(1) 数据管理功能这里数据管理是指非图形数据的管理。它能存储与燃气管网有关的数据，将燃气管网竣工资料存档管理。例如一段管线在地形图上，我们不仅要知道它的位置坐标，还需要存储它的属性信息，包括管长、规格、材质、管线上有什么附属物等。(2) 保持良好的数据一致性当我们设计了一份管线设计施工图时，即可将该图存入计算机，当该管线已经施工完毕，即可在该设计图上根据竣工后与设计图有所改动的地方，只须将设计图进行修改,就可使该段管线的设计图变为竣工图进行保存。如以后该段管线还需更改时，仍然可以对其进行再次更改。这样，不仅使管线竣工资料准确、及时，而且节约大量的人力和物力。(3) 图形管理功能它包括图形输入，图形和文本编辑、图形输出。图形输入可以将用户将来的总平面布置图或竣工的管线图通过扫描仪、数字化仪，把所采集的图形信息归化为拓朴结构的数据信息，存于地理信息系统中。图形和文字编辑，一方面对原始输入数据有误或有变动的部分提供个性工具，另一方面，提供图形修饰手段，如：线型、颜色、符号注记等。图形输出可以通过绘图仪、显示器和外存设备将图形输出。图形输出可以选择比例尺、座标转换、颜色定义、图形转存等方式输出。(4) 可以进行双向查询知道管线号可以查询在哪一幅地形图中。反之，知道地形图号可以查询该幅地形图中的某段管线。通过某段管线的坐标，可以查询该段管线所在地形图，知道地形图号可以查询到该段管线的坐标等等。(5) 任意缩放图及拖动图面可以对昆明市区地形图或管网图在显示器上鸟瞰浏览，在某个位置想观察细部时还可进行局部多层放大，动态观察图纸中某一部位详细资料。(6) 对管网中有关信息数据查询对管网中管道及其附属物的有关信息数据如排水器、阀门、管线长度、规格等进行统计，并按需要打印其报表。(7) 管线纵、横断面查询可以在显示器上选中某段需查询管线的起始点，即生成该段管线的纵、横断面图。(当然，管线在采集和输入计算机时必须有坐标高程原始数据)，用以直观了解该段管线坡度和埋设情况。(8) 抢修决策当某段管线出现故障需要处理时，GIS系统能提出优化的决策措施；提出该区域内应关闭哪些阀门，达到停气影响面最小、速度最快。当方案中某个阀门无法关闭时，GIS系统还将提供另一优化方案，选取关闭另外的阀门。当然，GIS也可在某个区域作出带气作业方案。带气作业方案模式与抢修决策方式是一样的。如果在计算机里已经输入该区域燃气用户的信息资料，抢修和带气作业方案中还可查询到该方案区域作业时影响用气的街区、单位和用气户数。(9) 燃气管线的设计目前，昆明城市燃气规划设计院管网设计,首先是将用户交来的1：500总平面布置图和1：100土建图用手工描绘在硫酸纸上，然后再在该图上作燃气管道的设计。应用GIS系统后，可以将设计人员的计算机与工作站GIS联网，由计算机工作站将设计人员所需要的总平面图等信息资料,通过扫描或数字化后分别传到每一个设计人员的计算机里，设计人员即可在自己计算机显示屏上进行燃气管线设计。设计时可以任意修改管线和调整坡度，直到满意为止。图纸设计完后即可传送到审核、审定人员计算机里进行审核和审定，图纸审定完后,又用计算机传到绘图仪上绘制成设计施工二底图；同时该设计资料也由工作站系统存储，到该段管线竣工后,只需将该图在计算机里调出按实际作修改,即成为一张完整的竣工图了。GIS系统除以上功能外，还可开发其它子系统。如把GIS技术用于城市规划、交通、房地产业、土地开发、城市测绘部门联网操作管理；实现城市GIS系统网络现代化管理。3煤气管网GIS系统模式和功能3.1煤气GIS的基本框架昆明煤气事业拥有煤气民用户近30 万户，宾馆、食堂、餐厅等的煤气公用户740 户，日用气量约45 万m3/日；调压站170 座；中低压干管800 余km。因此欲建立煤气管网管理信息系统，其数据量是非常庞大的，必须选择好相应的软件和硬件。同时昆明城市燃气规划设计院也在建立煤气规划设计CAD系统，两个系统之间有很多联系，为最大限度的节约投资，将煤气设计CAD系统室外设计和规划设计部分融入到煤气GIS系统中，这样室外设计和规划设计就可利用GIS系统中的地形图图库。整个系统的基本框架如图1所示。整个系统由两个大的部分组成:即煤气管网管理系统和煤气管线设计规划系统。煤气管网管理系统由以下几部分组成： 数据维护子系统； 总图管理子系统； 生产管理子系统； 用户管理子系统； 档案管理子系统；系统管理子系统。地形图和管线竣工图的数化采用扫描数化和数化仪数化两种数化方式，数化仪数化软件选用MicroStation95。用扫描仪数化时除MicroStation95外，还使用IRAS/B、IRAS/C、I_Geovec三种光栅矢量化交互软件(如图2所示)。图1系统框架图图2三种光栅矢量化交互软件3.2煤气管网管理信息系统煤气管网管理信息系统是一个专业管网管理信息系统，利用计算机完成对煤气管线及其附属设施的数据管理，实现对管网数据进行查寻和统计、对管线附属设施进行专门管理、实现管线的运行管理、故障处理、设备更换管理、管线辅助设计、档案管理等功能及要求的其它特殊功能。所有功能的设置与实现是以实用性为基本原则。系统主要具有以下六大功能：(1) 数据编辑主要完成地形图、管线图及管线数据的输入，编辑更新。提供完善的图形编辑功能对管线图中、低压分布图进行图形编辑。能修改管线的方向、附属物的特征。能对管线和附属物进行人工交互式的编号。能通过图形来加入管线或附属物的属性。能通过属性来修改图形，使图数信息保持一致。自动检测管线数据的正确性，使输入的数据有保障。系统能完成各种比例尺图形的编辑，并且能进行相互的转换。(2) 信息查询完成对管线信息的各种查询，生成各种报表和图形。完成对屏幕显示管线的属性查询。通过矩形、多边形、道路等图形边界和相关关系对管线和附属物的信息查询。生成管线的属性报表，格式既可以固定，也可以由用户自定义。可以对图形进行空间和属性的组织，生成专门的管线图。(3) 信息统计完成对管线信息的各种统计，生成各种报表和图形。可以对管线或附属物进行按板图、行政区域、影响区域、道路等进行信息统计。可通过管线或附属物的属性特征进行信息统计。可生成统计报表，以及相应的月报、季报、年报等。(4) 专业管理针对煤气管线的特征对管线和附属物进行运行管理，能迅速查到发生故障的管线的具体位置，提供故障影响区域和单位名称等。能对当前的管线和附属物进行管线的运行管理，包括对管线的进行情况分析，可能的故障发生检查等。能通过名称，坐标、道路、行政区域、图幅快速查到发生故障的管线，作出故障处理方案，提供故障影响区域和单位名，提供相应的图形和属性报表。能自动检测需要更换的设备，或故障多发区的设备名。能对调压站进行影响分析。能生成管线密集区域的三维效果和纵、横剖面图。(5) 档案管理完成故障记录，设备更换，项目建设等档案管理。(6) 系统维护主要保证数据的安全，系统的正常运行。它包括用户管理，数据检查，使用记录等。昆明煤气管网管理信息系统总共包含了下面的几个子系统：数据维护子系统（KMIGIS）、总图管理子系统（KMZGIS）、管线规划子系统（KMPGIS）、管线室外设计子系统（KMDGIS）、煤气管线用户管理子系统（KMUGIS）、煤气管线生产管理子系统（KMRGIS）、档案管理子系统（KMAGIS）、系统管理子系统（RG4ADMIN）。地形图图库是整个昆明煤气管网管理信息系统的基础资料库之一，对地形图图库的管理维护是保证该系统准确、及时的反映管线运行现状的基础，地形图数据管理系统的逻辑结构见图3。图3地形图数据管理系统的逻辑结构管线图库（专题图库）维护系统是管线图库的管理更新是保障管网图实时放映管道现状的基础，特别对于成长中的管网系统尤为重要，其维护逻辑结构如图4。图4维护逻辑结构总图管理系统主要是完成对管线的查询、统计、向规划子系统、室外设计子系统提供地形图和管线图，其逻辑结构如图5所示。煤气管线规划设计系统包括：煤气管线规划系统、煤气管线室外设计系统。其逻辑结构见图6。图5总图管理逻辑结构图6煤气管线规划逻辑结构煤气管线用户管理子系统主要管理煤气用户的信息，包括用户的单位、用户数量、用户合同号、用户的地理位置等。生产管理子系统主要包括处理紧急事故和带气作业方案，当煤气管道发生泄漏或带气进行施工作业时，系统能提供关闭那些阀门方能切断故障点或带气点的煤气，以及影响的用户数。档案管理子系统主要管理煤气干管、煤气庭院竣工