（市政工程专业论文）基于GIS系统的小区供水管网管理体系研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着城市规模的不断扩大，城市地下管线越来越错综复杂。目前对管线资 料的管理基本上还在采用传统模式，借助图纸，凭经验和记忆来管理、查询、 统计管线数据资料，造成诸多设计上的失误和施工中的事故，并且因为缺少空 间分析和查询功能，一旦发生故障，不能及时发现或发现后难以迅速制定和实 施应急方案。这种管线数据管理的现状和社会对其的需求己构成强烈的反差， 因此建立基于g i s 的供水管网信息系统相当迫切。 随着分区供水管理研究的进一步发展，城市管网分区成为我国城市管网管 理的发展方向。因而，本文在提出了小区供水管网g i s 系统的设计思想、实现 过程和应解决的关键问题上，以d e l p h i 为开发平台，设计并运行出小区供水管 网的g i s 系统应用软件。将管网管理与计算机技术相结合，取代以图纸和设备 卡为主的传统管理模式，实现科学化管理，提高工作效率。 在该系统应用软件开发中，d e l p h i 软件通过a d o 技术连接a c c e s s 数据库实 现供水管网属性数据的查询，通过动态创建组件技术来实现供水管网空间数据 的调用。系统不仅具有空间数据和属性数据的管理功能，还利用e x c e l 的数据 自动处理和计算功能对小区用水量信息进行处理，计算出小区漏失率，以指导 管网检漏工作。同时利用d e l p h i 的r a v e 报表组件实现了一个具有良好打印功 能的报表晃面，将管网韵漏失状况以统一的格式输出，最后本系统对a u t oc a d ， 可视化编程和数据库技术融入g i s 做了有益的尝试，并且提出了建立小区供水 管网g i s 系统的方法和模式。结果表明该方案是可行的、经济的、并能满足给 水管网日常业务管理需求。系统的查询模块、用水量管理模块、管网维护模块， 漏失计算模块以及管网图纸管理模块建立的方法不仅适用于住宅小区，而且适 用于城市供水管网g i s 系统的建立。 关键词：地理信息系统；供水管网；系统：模块设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u se x p a n s i o no ft h es i z eo ft h ec i t i e s ，u r b a nu n d e r g r o u n d p i p e l i n eb e c o m em o r ec o m p l i c a t e a tp r e s e n tt h em a n a g e m e n to ft h ep i p e l i n e s i n f o r m a t i o ni ss t i l lb a s i c a l l yu s i n gt h et r a d i t i o n a lm o d e l ，w i t hd r a w i n g s ，t ou s et h e i r e x p e r i e n c ea n dm e m o r yt om a n a g e ，q u e r y , s t a t i s t i c a ld a t ap i p e l i n e ，c a u s i n ga l o to f m i s t a k e so nt h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ft h ea c c i d e n t ，a n db e c a u s eo fal a c ko f r o o mf o rq u e r ya n da n a l y s i sf u n c t i o n si nc a s eo ff a i l u r e ，t h em a n a g e r sc a nn o tf i n do r d i s c o v e ri nt i m et oq u i c k l yd e v e l o pa n di m p l e m e n tc o n t i n g e n c yp l a n s t h i sp i p e l i n e d a t am a n a g e m e n to ft h e i rs o c i a ls t a t u sa n dt h ed e m a n dh a sb e e na s t r o n gc o n t r a s t ，t h e e s t a b l i s h m e n to fg i s - b a s e dw a t e rp i p en e t w o r ki n f o r m a t i o ns y s t e mi su r g e n t a st h ew a t e rm a n a g e m e md i s t r i c to nt h ef l l r t h e rd e v e l o p m e n to fc h i n a , c i t y s n e t w o r k sd i v i s i o nw i l lb et h ed i r e c t i o no fu n d e r g r o u n dp i p e l i n e sd e v e l o p m e n to f c h i n a a sar e s u l t ，t h i sa r e ai nt h ep r o p o s eo fw a t e rs u p p l yn e t w o r k sg i ss y s t e m d e s i g n ，i m p l e m e n t a t i o np r o c e s sa n ds h o u l da d d r e s st h ek e yi s s u e sh a sd e l p h ib e e n p l a t f o r mf o rm ed e v e l o p m e n t sd e s i g n i n ga n dr u n n i n gt h ew a t e rp i p en e t w o r kt ot h e o l e ao fg i sa p p l i c a t i o ns o f t w a r e c o n n e c tt h en e t w o r km a n a g e m e n tw i t hc o m p m e r t e c h n o l o g y ，t or e p l a c et h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm o d e lb a s i n go nt h ed r a w i n g sa n d c a r d sw i t ht h ei n f o r m a t i o no fe q u i p m e n t s ，t oh a v es c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n d i m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y i nt h e s y s t e ma p p l i c a t i o n s o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，d e l p h is o f t w a r eu s e s t e c h n o l o g ya b o u tt h ea d o c o n n e c t i o na c c e s sd a t a b a s et oa c h i e v et h eq u e r yo f w a t e r s u p p l yn e t w o r k ss t t r i b u t ed a t a , t h r o u g had y n a m i cc o m p o n e n tt e c h n o l o g yt oa c h i e v e w a t e rs u p p l yn e t w o r k so fs p a t i a ld a t ac a l l s s y s t e mn o to n l yh a st h ea t t r i b u t ed a t aa n d s p a c ed a t am a n a g e m e n tc a p a b i l i t i e s ，b u ta l s ou s e t h ea u t o m a t i cd a t ap r o c e s s i n ga n d c o m p u t i n gf u n c t i o n so f e x c e lt om a n a g et h ed i s t r i c tw a t e rc o n s u m p t i o ni n f o r m a t i o n ， c a l c u l a t et h er a t eo fl e a k a g ea r e aa n dg u i d et h ep i p e l i n el e a kd e t e c t i o nw o r k u s et h e d e l p h is t a t e m e n t sr a v ec o m p o n e n t st oa c h i e v eag o o dp r i n t i n gi n t e r f a c es t a t e m e n t s ， h a v et h en e t w o r k sl o s so fs t a t u s i nau n i f o r mf o r m a to u t p u t t h el a s to ft h es y s t e m d o e sau s e f u la t t e m p to nt a k i n ga u t oc a d ，v i s u a lp r o g r a m m i n ga n dd a t a b a s e t e c h n o l o g y i n t ot h e g i s ，a n dp r o p o s e st h e m e t h o d sa n dm o d a l i t i e sa b o u t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 il 页 e s t a b l i s h m e n to fc o m m u n i t yw a t e rs u p p l yn e t w o r k sg i ss y s t e m t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ep r o g r a m m ei sf e a s i b l e ，e c o n o m i ca n ds a t i s f i e st h ed e m a n do fw a t e rs u p p l y n e t w o r k s d a y - t o d a yb u s i n e s sm a n a g e m e n t t h eq u e r ym o d u l e ，w a t e rm a n a g e m e n t m o d u l e ，n e t w o r km a i n t e n a n c em o d u l e ，t h el o s sc a l c u l a t i o nm o d u l ea n dt h em a po f t h en e t w o r km a n a g e m e n tm o d u l en o to n l ya p p l yt or e s i d e n t i a lq u a r t e r s ，b u ta l s ot o u r b a nw a t e rs u p p l yn e t w o r k sg i ss y s t e m k e yw o r d s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s ；w a t e rp i p en e t w o r k ；s y s t e m ；m o d u l e d e s i g n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者躲蠡泡 日期如塞参、s 指导老师签名：婶旗定 日期：如8 6 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 将管网漏失率纳入小区给水管网的g i s 管理系统。根据城市供水管网 漏损控制及评定标准中对漏失率的计算，求出小区各分区的管网漏失率，以 帮助判断漏水管段的位置。 2 利用d e l p h i 的r a v e 报表组件实现了一个具有良好打印功能的报表界 面，将管网的漏失状况以统一的格式输出，指导供水管网的管理工作。 3 用逻辑与( a n d ) 和逻辑或( o r ) 的数据查询条件，实现了管网属性信 息的复合查询。 4 对小区内管道的清洗和维修状况进行实时观测记录，完善供水管网的资 料管理体系。 5 利用d e l p h i 软件的动态创建组件实现对管网图的查询功能，实现在图 纸上查选各管件的属性信息。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 。1 概述 第1 章绪论 城市是政治、经济、文化发展的主要载体，给水管网系统是城镇进步和可 持续发展的重要基础设施，随着国民经济的迅速增长，城市的数量与规模也在 迅速扩大【l 】，如何做好城市对水资源的管理工作，将直接影响到我国国民经济 的持续发展，影响到人民的身体健康和人民生活水平提高以及社会的稳定。 供水行业是关系国计民生的产品行业。2 0 世纪9 0 年代，各级政府加大城市 基础设施建设，供水量的问题得到了解决，全国平均供水能力与需求的比例达 到了1 1 0 1 2 0 e 2 1 ，并且由于新技术的引进，供水水质也在逐步改善，但供 水企业亏损却很严重，其原因：一是随着城镇化进程的加快和城市建设的快速 发展，一些地方在工程建设中挖断供水管线，停水、交通阻断等事故屡有发生， 严重影响了生活的正常秩序，造成重大经济损失；二是随着能源费用，人员成 本的提高，水处理的成本越来越高，过高的漏损失率，增加了供水成本，也增 加了水二次污染的机会，影响了供水的连续性，安全性，同时也给环境带来了 一定的影响；三是供水企业体制改革相对滞后，管理方式有待改进。于是，在 供水企业建设、管理和运营中运用计算机技术，以高科技手段提高供水企业总 体水平，已成为全球同行业的共同发展方向。特别是近几年来，“数字供水”，“建 设信息社会执等的出现，对自来水企业信息化的要求越来越高。此外，自来水 综合管理信息系统的建设也是响应国家确立的以信息化带动工业化，以信息化 推动现代化的发展战略思想。 随着计算机及网络技术的不断发展，以及地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 及其应用软件的出现，使得实现供水管网计算 机g i s 管理成为可能。目前国内大中型城市供水管网由于使用时间较长，有关 管网的许多资料己然丢失无法查找，同时城市管线勘察工作十分困难，需消耗 大量的人力物力。而诸多新建的工业或住宅小区的供水系统相对简单并且管线 资料完整准确，以它们为对象建立供水管网规模变的越来越大。住宅小区是指 人们集中成片居住的区域或区块。新型住宅小区是指按有关规范要求兴建的市 政配套比较完善、公用设施比较齐全、经过统一规划、综合开发建设的成片住 宅区。与以往城市中以行业、系统为主建设的职工住区不同，新型住宅小区不 再是单一的居住功能，其还兼具服务功能、经济功能和社会功能等各种功能， 它是规划布局合理、配套设施齐全、功能多样、环境优美、秩序良好的新型城 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 市组成单元【3 1 。中国工程建设标准化协会连同南京建筑工程学院等多家单位与 1 9 9 4 年制定居住小区给水排水设计规范 4 1 ，加快了大型小区供水管网设计 规范化进程。同时，利用计算机g i s 科学管理小区庞大的供水管线被提上议事 日程。建立小区供水管网地理信息系统不但可以为供水企业管理提供优质丰富 的参考资料，节省人力物力【5 j ，同时能够成为城市管网信息系统的重要组成部 分，为整个系统向自动水力计算，自动事故决策等更迅速更智能化的方面发展 提供准确的数据资料。另外，由于我国城市供水管网的错综复杂性，随着分区 供水管理研究的进一步发展，城市管网分区成为我国城市管网改造的发展方向。 将小区域供水管网管理系统合成大区域进而合成更大的区域乃至整个城市，是 未来建立城市供水管网地理信息系统的必经之路【6 】，因而，小区供水管网规范 化管理是城市管网科学管理的基础，具有重要的经济效益和长远的社会效益。 g i s 起源于2 0 世纪6 0 年代中期，是随着地理科学、计算机技术、遥感技 术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴边缘学科，具有反映地理空间关系、 统计分析各种空间和属性信息能力特性。地理信息系统被应用于给水系统，成 为给水管网信息化技术中的一种。以g i s 为平台进行给水管网的二次开发，在 计算机的硬件和软件的支持下，管理和综合分析各种相关数据，以提供对规划、 管理、研究、预测和决策所需信息的技术系统f 2 j 。目前，g i s 技术在国内供水行 业中的应用，主要集中在城市供水管网的日常管理中。就g i s 本身而言，这种 对空间数据的管理只是最基本的功能，而更深刻的内涵在于空间分析、模型分析 所产生的信息，以便从中选择最优方案，避免管理和决策的失误【7 1 。因此，g i s 在供水系统中的应用，还应该利用g i s 分析、模拟与预测的强大功能，与专业 理论、方法相结合，进行深度开发，为管网规划设计、建设施工、各种运行状 态下的优化调度以及事故抢修等提供决策支持。 本论文利用d e l p h i 为开发平台建立小区供水管道地理信息系统，系统功能 设计为五大模块： 1 小区管网属性信息查询 为管网规划和建设施工提供准确的资料。 2 小区用户用水量资料管理 将为供水企业收取水费提供依据，同时利用用水量信息将分析出小区的漏 失状况。 3 小区漏失管理 将指导管线的维护，降低供水成本。 4 小区管网维护管理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 对管道清洗和维修记录统计，实现管网维护的计算机化管理。 5 小区管道图查询 实现管网图的查询，使得个管件信息更加直观。 1 2gis 系统概述 1 2 。1gls 系统的基本原理 g i s 是一种基于计算机的工具，它可以就地球上存在的东西和发生的事情 进行成图和分析。g i s 技术把地图这种独特的视觉效果和地理分析功能与一般 数据库操作( 例如查询和统计分析等) 集成在一起，管理和综合分析具有地理 空间内涵的各类资料，以提供对规划、管理、研究、预测和决策所需信息的技 术系统。它是表达、模拟具有地理空间内涵的现实系统和进行数据处理、分析 的有力工具【8 j ，如图l - 2 。 图1 - 1g i s 原理图 w 3 州v q i s f o r u m n e t 地理信息系统技术是一门综合性的技术，它的发展是与地理学、地图学、 摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、信息技术等有关学科的发展分不开 的。g i s 的发展可分为四个阶段【9 】：第一个阶段是初始发展阶段，2 0 世纪6 0 年 代世界上第一个g i s 系统由加拿大测量学家1 l f t o m l i s o n 提出并建立，主要用 于自然资源的管理和规划；第二个阶段是发展巩固阶段，2 0 世纪7 0 年代由于计 算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存储设备的使用，促进了g i s 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 朝实用的方向发展，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系 统在世界各地纷纷付诸研制，如美国、英国、德国、瑞典和日本等国对g i s 的 研究都投入了大量的人力、物力和财力；第三个阶段是推广应用阶段，2 0 世纪 8 0 年代，g i s 逐步走向成熟，并在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大， 并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，这个阶段涌现出一大批g i s 软件，如a r c 烈f o ，g e n a m a p ，s p a n s ，m a p 烈f o ，e r d a s ，m i c r o s t a t i o n 等；第四个阶段是蓬勃发展阶段，2 0 世纪9 0 年代，随着地理信息产品的建立和 数字化信息产品在全世界的普及，g i s 成为确定性的产业，并逐渐渗透到各行 各业，成为人们生活、学习和工作不可缺少的工具和助手。目前g i s 都已在土 地评价、土地侵蚀控制、水资源调查与管理、社会经济规划、灾害评估以及野 生动植物保护等方面得到广泛应用。 g i s 由五个主要元素构成：硬件、软件、数据、人员和方法l l o l ，如图1 3 。 图1 - 2g i s 元素图 硬件是指g i s 所操作的计算机，从中央计算机服务器到桌面计算机， 从单机到网络环境。 软件g i s 软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。 数据是一个g i s 系统中最重要的部件，地理数据和相关的表格数据可 以自己采集或者从商业数据提供者处购买。g i s 将把空间数据和其它数据源的 数据集成在一起。 人员g i s 的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用 该系统并完成他们每天工作的人员。 方法刈i s 系统具有良好的设计计划和自己的事务规律。 般来说，g i s 有以下五个过程或任务：输入、处理、管理、查询和分析、 可视化u 1 驯。 输入在地理数据用于g i s 之前，数据必须转换成适当的数字格式。从 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代g i s 技 术可以通过扫描技术来使整个过程全部自动化，对于较小的项目，需要手工数 字化。 处理对于一个特殊的g i s 项目来说，有可能需要将数据转化成或处理 成某种形式以适应你的系统。g i s 技术提供了许多工具来处理空间数据和去除 不必要的数据。 管理对于小的g i s 项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了。但 是，当数据量很大而且数据用户数很多时，最好使用一个数据库管理系统 ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，简称d b m s ) ，来帮助存储、组织和管理数据。 一个d b m s 就是用来管理一个数据库的计算机软件。在g i s 中，关系数据库管 理系统的设计是最有用的，其概念上数据都被存储成一系列的表格。不同表格 中的共同字段可以把他们连接起来。 查询和分析旦你拥有一个包含你的地理信息的多功能的g i s 系统， 你可能开始提出像下面这样的_ 些简单问题：这个管段的埋深是多少? 这个用 户的用水性质是什么? g i s 提供简单的鼠标点击查询功能和复杂的分析工具， 为管理者和类似的分析家提供及时的信息。 可视化叫i s 系统开发出相应的操作界面，方便系统管理和使用者进行 进行各种功能的操作。 1 2 2g i s 在给水管网中的应用现状 美国近年来已经在t a c o m a 、a t l a n t a 、m i c h i g a n 等城市建立了城市供水管网 的g i s 管理系统【m 1 6 1 。1 9 9 3 年，美国的d a e n e c m c k i n n e y 就在他的文章中提 出了将地理信息系统与城市供水管网相结合建立供水管网信息系统的概念4 j 。 2 0 0 1 年，r o nb o o t h 发表文章指出使用g i s 管理系统管理地下管线可以减少风 险和投资【1 6 1 。2 0 0 2 年1 1 月英国的s i s m i t h 博士在供水管网规划管理的研究 和技术一文中详细的讲述了g i s 系统在英国供水管网管理和事故预测方面的 贡献【1 7 】。 。 从收集的资料看出，g i s 供水管网系统在国外发展较快。近年来，这技 术在我国也得到了飞速的发展，少数城市已建立了供水管网g i s 系统，大多数 城市还处于试验阶段。目前，g i s 在国内供水系统中的应用集中在输配水管网 的日常管理中。天津大学环境工程系也曾根据供水企业的要求，先后以北京大 学的c i t y s t a r 和中国地质大学( 武汉) 的m a p g t s 为软件开发平台，建立了城 市供水管网管理系统，实现了供水管网图形数据和属性数据的计算机录入、修改； 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 对管线及各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析；对 各类图形( 包括管线的横断面图和纵断面图) 及统计分析报表显示和输出；除 此之外，还为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案及相关信息，从而基 本实现了供水管网的信息化管理。通过g i s 的集成，使管网图形库、属性数据 库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效，而且易于动态更新，从而 大大提高了管网管理工作的效率和质量。作为国际大都市的上海，在供水行业 “数字上海”和“数字水务 的大背景下，采用了g i s 系统在对上海供水管网 进行管理，该系统采用先进g i s 平台与技术，使地理信息技术能在管网运行、 管网分析、管网规划、管网查询、信息查询、数据管理等方面得到充分的应用， 全面提高了城市供水运行管理水平，应急情况处理等能力【l8 1 。昆明市城市建设 档案馆和建设部建设电子信息工程公司最近合作研制开发出基于g i s 技术平台 的“城市综合管网信息管理系统 ，该系统能全面满足城市综合管网的图形、文 字、管理三位一体的需求，同时按照比较统一的标准规范开发系统的五大功能 模块：系统图形管理、数据库管理、管网图形管理、管网信息查询和管网信息 统计【1 9 】。宁波市自来水总公司从1 9 9 8 年起就和大专院校、科研单位一起进行宁 波城市供水管网地理信息系统的开发与应用，并开始应用于供水管网的日常管 理中，取得了较好的效果，系统主要实现了管网管理、图库管理、事故处理、 水力计算与分析、管线设计等五大块功能【2 0 1 。 1 3 供水管网管理现状分析 1 3 1 国内供水管网特点分析 1 管网老化，结构复杂，施工技术落后 一些城市供水管网出现老化，老城区问题尤为突出，供水管网铺设时间大 多在5 0 年以上，管材质量差，结构复杂，长期超限运行，年久失修，老化严重， 造成爆管以及各种形式的明漏、暗漏。上述问题，不仅导致供水损失，而且造 成水压下降、管网水浊度偏高、管网余氯消耗较大，严重影响服务水压和供水 水质【2 l 】。 2 供水管网非正常工况运行 随着城市建设的不断发展，城市供水格局发生了较大变化。为适应城市供 水发展的需要，一些城市将不同时期或不同地区的供水管网进行联网供水，出 现了管材混杂的情况，承压标准较低的管段处于超负荷运行状态，爆管事故增 多；一些城市中心区或局部地区供水管径偏小，成为供水瓶颈，供水压力明显 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 不足，断水现象时有发生。一些城市由于新建水源工程，提高了管网压力，超 出原设计标准，一部分管道破损，管网漏损严重【2 1 1 。 1 3 2 供水管网管理现状分析 供水管网是供水系统的重要组成部分，是重要的城市基础设施。管网管理 工作主要包括资料存储、水表管理和收费、阀门管理、管道清洗管理、管网检 漏管理、管网测压管理、管网抢爆与维修管理、管网停水率考核、事故处理、 管网优化调度、管网水力水质模拟以及管网改扩建设计等多方面内容，其核心 是管线及其附件资料的采集、整理、保管和利用工作1 2 2 1 。迄今，供水管网管理 技术主要经历了三个阶段【2 m 5 】： 1 人工管理阶段 人工管理是目前我国国内供水管网管理中应用最广的办法。一般由决策部 门根据实际需要和经验提出管网建设项目初步规划方案，设计部门据此进行探 测后绘制工程图纸，管网建设部门根据设计部门设计的图纸进行施工，并将施 工图和设计图纸一并交由档案管理部门进行组卷归档。管网运营期间，管理人 员还要对管网进行巡查，通过巡查及时发现问题，对失效的供水设施及时更换， 并对超龄运行的管线提出改造意见。可见，在人工管理模式之下，管理自动化、 信息化程度低，效率十分低下。 2 计算机辅助管理阶段 由于技术落后的手工管理模式无法满足日益增大的城市供水管网系统管理 需要，2 0 世纪7 0 年代以来，各国政府加大城市基础设施建设的同时，致力于以 信息技术和智能化控制为目标，应用计算机技术进行供水系统信息管理。从国 内外既往的实践来看，用计算机实现管网管理曾经或正在采取的辅助管理方式 主要有以下几种： 第一是运用d b m s ，建立起管网管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称m i s ) 系统，对现有管网的坐标数据和卡片信息实施整理录入，这 种方式可以有效地对管网各种业务属性进行查询、分类和统计，但对图形则无 法支持。 第二是将m i s 和图形结合起来使用，在m i s 的关系数据库中存放和处理管 网基本业务属性数据，而图形数据如设计图、竣工图等以外部文件的形式存放 在磁盘中，图形操作一般使用另外的图形操作软件如a u t o c a d 。3 d m a x 等来实 现，图形和业务属性的互查需要在m i s 和图形处理系统之间相互切换，图形本 身所蕴涵的丰富信息还是不能被m i s 系统自动识别、提取和利用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第三是利用扩展数据库字段来实现业务属性和图形的挂接，基本思路是在 数据库表的扩展字段中存储图元的编码或索引，将图形与对应的属性记录关联 起来，从而实现图形和属性的互查，如o r a c l e 的b l o b 字段、m ss q ls e r v e r 的 i m a g e 字段都是用于对大二进制对象的扩展字段。这种处理方式是在传统m i s 基础上一次有意义的超越，但由于传统关系数据库无法处理图元的拓扑关系、 对海量数据缺乏一体化管理、图形和属性的偶合松散导致维护复杂以及无法处 理三维数据等缺陷，依然使管网管理系统的使用差强人意。 3 管网g i s 系统阶段 即采用地理信息系统来统一管理图形、属性和拓扑信息。管线信息和与管 线相关的地形、环境信息从根本上讲是地理信息，地理信息除了具有信息的一 般特性，如共享性、客观性外，还具有区域分布性( 具有空间定位的特点) 、数据 量巨大、信息载体多样等特殊性质，这就决定了传统数据库管理的观念与方法 不能有效地管理和分析纷繁复杂的地理信息，而g i s 技术可以将地理信息相关 的空间位置、属性特征及时域特征进行统一的管理，按一种新的方式组织和使 用地理信息，以便更有效地分析和生产新的地理信息，同时地理信息系统的应 用也改变了地理信息分发和交换的方式。 1 3 3 国内外供水管网漏失控制现状 城市供水系统是城市居民生活和经济发展的重要基础设施，是由城市供水 水源、给水处理系统和输配水管网系统等组成。近年来，随着经济的快速发展， 城市化进程的加快，城市规模不断扩大，控制给水管网漏损已成为供水行业迫 切需要解决的问题。据2 0 0 0 年城市供水统计年鉴记载，全国5 9 3 个城市中，供 水管道( d n 7 5 m m 以上) 总长度为1 3 5 0 9 4 9 3 k i n ，年供水总量达2 8 0 1 3 亿岔，管 网漏损率平均为1 5 6 1 ，漏损总量达4 3 7 4 亿m 3 0 假设城市供水平均成本为1 1 0 元o ，每年我国城市供水行业因漏损而造成的经济损失高达4 8 1 1 亿元。由此 可见，控制给水管网漏损势在必行t 2 6 。 世界各国尤其是西方发达国家都非常重视供水节水调控管理工作，很早就 开展了漏损控制技术及设备的研究、开发工作，并成立了相关学术机构，在长 期工程实践中取得了良好的效果。如英国水研究中心( 唧) 专门发表报告，论 述漏水控制工作的内容、方法和对策；美国水协会( a w w a ) 在1 9 7 6 年成立了检 漏专业委员会；日本水道协会( j w w a ) ，也专门对漏损控制进行研究，而且都很 重视仪器设备的开发和生产1 2 7 ，1 9 6 0 年英国水研究中心开发了世界上第l 台相 关检漏仪，但其体积非常庞大，实用性很差。经过多年的开发和研究，英、美、 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 法、日相继研制成功了实用性很强的轻型检漏仪。2 0 世纪9 0 年代初期又研制出 利用水噪声的相关检漏仪，提高了检漏设备的可靠性和准确性【2 s 】。日本、美国 在8 0 年代中期还开发了地质雷达，利用无线电波对漏水情况进行检测，并用图 像显示漏水点周围的情况，实现漏水点的精确定位。德国采用模式识别技术( 根 据泄漏信号强度来测定泄漏位置) 2 9 j 。近年来，欧洲空间局对卫星通信系统的 用户进行定位时，开发了一种信息处理技术，人们从中得到启发，利用数学技 术，诸如浑沌理论或分数维为基础的算法，以及使用神经网络和模糊逻辑方法 来分析数据，测定地下水管的泄漏位置，而且这些方法可在较为廉价的计算机 上开发运行 3 0 1 。 我国对于管网的检漏可分为被动检漏法和主动检漏法，其中被动检漏法主 要是针对明漏管段，即除了明显的向上冒水以外，在进行路( 地) 面调查时， 如发现路面局部下陷，泥土潮湿，绿化带植物特别茂盛，下凹部位经常潮湿有 水，下水道，煤气，电话等人工井里有水流入等情况而附近有水管者，要怀疑 水管是否漏水。然而对于某些较小的暗漏点，由于其没有明显的外在的表现， 难于发现，造成了水量的大量漏失，只能采用主动检漏法来对漏失进行控制。 目前的主动检漏主要是定期对管网进行检漏，一到两年检查一次，在用水过程 中发现压力不足，或者是发现用水量或者压力较以往有较大变化时要怀疑管道 是否漏水。主动检漏请专业的检漏队伍进行检漏，并且由于没有确定出大致的 漏失管段，所以检漏也是大范围的，不仅检漏的费用较大，而且对于管道检漏 的主动性也并不高。主动检漏法主要是通过以下几种手段实现的p l j ：( 1 ) 听音法。 该方法使用最久，所用工具为一根听漏棒，使用棒时一端放在水表、阀门或者 消防栓上，即可从棒的另一端听到漏水声，该方法不仅容易受到干扰，而且其 效果常凭个人经验而定。( 2 ) 通过检漏仪检漏。效果较好的有电子信号放大仪和 相关检漏仪，这类仪器对于漏点的定位相对较为准确，但是该类仪器价格昂贵， 使用时需要较多的人力物力，对操作人员的技术要求较高，所以检漏一次的成 本也较高，国内正处于推广使用阶段。( 3 ) 分区检漏法。该方法是将给水管网分 成小区，凡是和其他地区相通的阀门全部关闭，小区内部暂停用水，然后开启 装有水表的一条进水管上的阀门，使小区迸水，如果小区内的管网漏水，水表 将会转动，同时读出漏水量，然后再将范围缩小，继续使用该方法，并结合听 漏法或者使用检漏仪检漏，但是该方法操作十分繁琐，耗时耗力，并且影响正 常用水。( 4 ) 区域装表法。将供水区域划分成若干个小区，在进入小区的总管上 安装总水表，在流入其他小区的水管上再装水表，抄表员在固定日期抄录该区 域内的用户水表以及检漏用的专用的总水表后，即能计算出该区域是否有较大 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 的漏水。该方法缩小了听音法的范围，在后期操作上节约成本和人力，但初期 投资较大，而且水表故障将会影响漏水的判断。漏损检测方法中区域检漏法是 运用较多也比较成功的方法，特别是对于居民小区更为适宜，它提高了检漏工 作的效率，避免盲目性，而且也是提高漏损控制效果的一种最直接的验证手段。 目前，供水企业为使管网漏损得到有效的控制，经常采用以区域检漏法为基础， 多种方法相结合的方式来确定漏点。 1 4 研究内容、方法和技术路线 1 4 1 研究内容 针对供水管网信息管理的现状，设定本文的研究内容。根据对管网的相关 数据资料的分析，将系统数据分为与地理信息相关的数据和与地理信息系统无 关的数据，即空间数据和属性数据，前者主要是指电子地图中的各种地图对象， 包括管道对象和管道附件对象两大类，它由g i s 空间数据库设计管理，后者是 指管网系统中管道及其附件的各种属性信息，如管长、管径、阀门型号、消防 栓接口形式等，这部分属性由通用的关系数据库管理系统实现，系统功能主要 有管道属性信息查询、管理和用水量，漏水量查询和管道维护等。因此相应的 研究内容包括： 1 系统数据库设计 由于本文研究的重点就是管网的信息管理方向的内容，所以对于系统数据 库的建立就显得格外的重要，同时应用程序的开发在很大程度上也是取决于管 理的数据的，因而系统数据库可以使用通用的关系数据库产品创建和维护。如 m i c r o s o f ta c c e s s 、s q ls e r v e r 、m i c r o s o f te x c e l 、v i s u a lf o x p r o 及其它可以通 过数据库连接( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ，简称o d b c ) 挂接的数据库，由于 本文主要是针对小区管网的信息管理，数据量相对城市管网较少，所以采用 m i c r o s o f t a c c e s s 作为系统中数据库管理系统，但是由于m i c r o s o f t a c c e s s 在计算 性数据的处理分析功能上不及m i c r o s o f te x c e l ，所以对于一部分需要计算分析的 数据本文采用了m i c r o s o f te x c e l 与m i c r o s o f t a c c e s s 相结合的数据管理方式。 2 系统登录功能设计 由于供水管网的相关信息具有保密的特点，所以本系统设定了系统的登录 功能，以便具有相应权限的用户能够使用该系统。系统登录功能通过数据库存 储用户的信息，包括帐号、密码等，登录系统是查找资料中是否有该登录系统 的记录，还要验证密码是否正确，如果用户信息匹配则成功登录系统，并可以 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 使用系统提供的相应权限的各项功能，否则不能进入该系统。 3 系统权限功能设计 用户权限管理是指对软件系统的使用用户赋予什么样的操作权限的管理，即 赋予每个用户可以使用哪些功能，或者在某些功能中可以修改数据，而在其他 功能中只能查看数据，没有修改数据的权限。 4 系统管网信息查询功能设计 本文的管网信息主要涉及管道、阀门、水表和消防栓四个方面的信息，例 如：编号、型号、安装深度、坐标等，针对不同管件的管理信息，设计相应查 询界面，查询界面根据使用用户的不同查询要求进行设计，列出符合要求的查 询结果，实现管网的优化管理。 5 小区用户用水情况功能设计 由于目前小区的水表建立了集中管理的方法，为方便用户了解自己的用水 状况，本功能设计了两个界面，一个界面设计用于用户用水信息录入，另一界 面设计用于用户查询自己的用水状况，两个界面通过权限功能来进行管理，工 作人员可以使用用户用水信息录入功能，而一般用户只能使用用水状况的查询 功能。 6 小区管网漏失分析功能设计 小区供水管网漏失管理是小区供水管网地理信息系统中最重要的管理功能 之一，本功能设计了一个界面，在该模块中将实现d e l p h i 软件和e x c e l 数据表 格的连接，在d e l p h i 界面中显示小区各片区和整个小区的漏失量以及漏失率， 并通过e x c e l 的“ 判断函数，对漏失率大于1 2 的片区或小区进行检漏提 示，实现管网的优化管理。 7 小区供水管网维护功能设计 小区供水管网的维护功能设计了两个界面，一个界面设计可实现小区管网 清洗记录管理，另一界面可实现小区管网的维修记录管理，通过界面的设计可 以实现相关记录的录入和查询功能，使系统使用者能更加及时的了解管网运行 状态。 8 小区供水管网地理信息图管理功能设计 小区供水管网地理信息图管理功能是本论文涉及的又一个重点模块，在该 功能中设计了两个界面，一个是管道信息图录入界面，用于实现对管网图中相 关管件信息和图纸的录入功能，另一个界面使管道信息图查询界面，用于实现 管网图中关键信息和图纸的查询功能，两者相结合实现了在图纸上对管道信息 的查询功能，使得小区供水管网的空间信息表现的更加直观。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 1 4 2 拟采取的研究方法 1 建立d e l p h i 与a c c e s s 数据库之间的连接，实现管网相关信息查询； 2 利用d e l p l l i 软件，设计可视化界面实现各操作系统的界面设计； 3 根据用户用水量和供水总量的统计，利用e x c e l 计算出小区的漏失率，并 且大致确定漏水量较大的管段； 4 利用a u t oc a d 的功能实现小区供水管道图的转化，利用d e l p h i 软件的 动态创建组件将管道图调用，并实现管道图地理信息的查询； 1 4 3 技术路线 本课题的技术路线是以d e l p h i 为开发平台，建立小区给水管网的信息管理 系统，研究过程遵循“资料收集一文献综述一数