前   言         城市地下各类管线是一个城市重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送等工作，也是城市赖以生存和发展的物质基础。但由于多方面的原因，我国现有地下各类专业管线的资料残缺不全，且有关资料精度不高或与现状不符，造成在建设施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，造成停气、停水、停暖、通信中断、污水四溢等严重事故。另一方面，我国现有的地下专业管线的资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理，效率低下。随着时代和科学技术的发展，城市的现代化步伐日趋加快，城市建设、管理、发展的矛盾日益突出。采用高新技术和方法来高效管理地下各类专业管线，满足决策、管理部门和施工单位的需要已成为当务之急。         城市综合管线信息系统正是这种背景下应建设和应用的需要而研制开发。系统的开发充分利用现今蓬勃发展的地理信息系统技术，实现各类专业管线、管孔、井盖等的信息输入、管理、查询、横纵剖面及各类专题图的绘制、地形和各专业管线的1:500、1:1000图幅和自定义图幅输出等等功能，满足了地下各类管线的规划、勘探、维护、施工和管理的需要，为规划、设计、施工等部门提供准确可靠的地下管线的分布、走向、埋深等状态信息及各专业属性信息，并为将来系统进一步扩充和发展奠定基础。       指导思想和设计原则         地理信息系统的开发是一项复杂、艰巨的工程。它涉及到财力、人力、物力的大量投入。因此，必须制定合理有效的开发策略和计划，统筹安排系统的开发工作，以便为工程的顺利完成打好良好的基础。     开发工作的指导思想: 总体设计、长远考虑、面向应用、近期见效 为贯彻上述指导思想，我们要采取下面几点做法： 1采用成熟可靠的技术 一方面保证系统运行可靠,另一方面能跟上计算机形势发展的需要, 以城市建设局为中心建设一个100兆传输率的高速以太网, 采用windows客户-unix服务器结构, 软件选用国内外使用最广泛的地理信息系统开发环境MapXtreme Java。 2 合作开发 开发人员与应用部门密切配合, 成立由双方领导和专家组成的专家组和双方技术人员组成的联合开发小组。联合开发小组负责具体需求的收集、消化、整理及技术协调工作。 3 分步实施 滚动发展 市局下属多个二级单位，急需的各专业管线部门（热力公司、燃气化总公司、自来水总公司，排水管理处）和管理部门（建设局GIS中心、规划管理处、档案馆）先开发；分阶段实施。 4 培训 充分重视用户的培训工作、边开发边培训，逐步让用户转变工作方法、适应采用计算机后的管理运行方式。 地下综合管线信息系统作为一个地理信息系统，在设计时我们还应遵循如下原则： 1 通用性 数据预处理作为一各独立的模块，数据的分层和属性的定义遵循建设部和国家科委各项相应的规范,使软件系统具有通用性。 2 现势性 系统投入运行以后，要及时把管网的改造和新建的信息输入计算机，以实现GIS系统数据的动态更新，这需要相应管理机制和措施相配套。保持数据的现势性，这一点非常重要，这样系统才有生命力。考虑数据不断增长和更新，系统要有好的数据更新和备份机制。 3 可操作性 　　系统的操作使用要尽量简单，用户界面友好，采用(1)直观自然的操作(2)符合公认标准的快捷键(3)整洁美观的屏幕(4)风格一致的屏幕设计(5)较高的容错性(6)完整的容错性(7)用户拥有控制权(8)预测用户行为并对用户进行指导     4 可扩展性 在系统结构设计时，要考虑系统的可扩展性，以满足系统进一步的发展和建立城市地理信息系统的需要    5 安全性 系统要有使用权限控制，对数据要有加密措施。                          技术选型    地理信息系统GIS是国际上近几年来发展起来的一门新兴边缘学科。它是一个利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、显示和输出地理图形及其属性数据的计算机系统。一些发达国家在GIS的发展上已取得很大进展，许多城市已建立地下管网GIS，且已进入专业化应用与商品化生产阶段。国内也开始了管线GIS应用的研究，有的已取得了重大的应用成果。邯郸高新供水管网信息系统是邯郸高新技术发展总公司与方正智绘经过多年的调研后，针对国内的自来水公司而开发的管网信息系统。它具有友好的、方便的操作界面，并且是开放性的应用地理信息系统，具有以下特点： ◆支持不同类型数据的集成(光栅数据、矢量数据、非图形数据)。 ◆管网与地形图形数据及属性数据存储在同一大型标准关系数据库ORACLE中。 ◆ 图形数据无缝存储，不存在图幅拼接问题，易于管理。 ◆图形数据与属性数据的真接关联，使图形与属性数据具有一致性。 ◆开放式的体系结构、模块化设计，用户可自由改变操作界面及增加系统功能，使系统具有强大的可扩展性。 ◆ 可以使用 COM 组件及Active文档技术。 ◆结构化目标数据模型(拓扑结构)。 ◆ 强大的制图及图形表示功能，用户可自定义打印图框格式及连接属性数据，使输出的管网图能带有属性数据报表。              理解方正智绘地理信息系统    方正智绘地理信息系统版（MirageGIS）是采用了业界领先的COM技术和UML设计方法，继承和发扬了方正智绘技术优势和地理信息系统的专业特点，推出的国内领先的地理信息系统软件。 方正智绘地理信息系统版继承了方正智绘彩色制图系统的强大数据编辑能力的优点，为用户提供了符合用户流程且简单快捷的点线面编辑工具，从而为用户对数据的编辑提供了极大方便，可使用户提高构建地理信息系统的效率。 地理信息系统的真正价值在于它是一个先进的工具，借助于它用户能够快速正确地解决地学中面临的空间分析问题，因此空间分析功能的强弱，是人们衡量地理信息系统软件的一个重要指标，方正智绘地理信息系统版提供了很强的空间分析功能，如具有动态拓扑功能的网络分析，拓扑叠加和缓冲区分析，以及邻域分析、穿越分析等，可充分满足用户解决空间分析问题的需要。 方正智绘地理信息系统提供了简单快捷的二次开发方法，系统提供的基于COM的对象模型库，用户可以采用通用的二次开发工具如VB、DELPHI、PB、VC等进行二次开发，使GIS应用走向通用化，可以为商业领域应用提供快速高效的解决方案。                    设计方法和步骤    建立一个良好的GIS应用所应遵循的规律是GIS开发设计方法所要研究的问题。目前，最为常用的GIS设计方法主要有结构化系统分析方法、原型法和面向对象的分析与设计。    结构化系统分析方法是采用自上向下，划分功能模块，逐步求精的一种系统分析方法。我们所开发的系统采用原型法的方法，其基本思路是所首先在未完全弄清楚需求之前，通过一个原型化的设计环境，能迅速地建立起原型系统，也就是先完成的一个外壳的文本，把许多用户界面如屏幕格式和报告等尽快做好，以获得用户的批准。然后，在原型化环境上能方便地对原型系统进行大量的修改、扩充和完善，即进一步做数据基础等细化深入工作。      与结构化方法相比较，原型法的优点为：(1)开发周期短，费用相对较少；(2)提倡用工具进行系统开发，不但能快速形成原型系统，而且灵活性和可维护性都比较好；(3)提供原型系统给用户，使得用户的参与更实际、更富建设性。其缺点为：(1)用户已经看到了系统的外形但不理解为什么最终的系统还要花很长的时间，甚至认为原型系统建立如此之快，进而会对系统提出更多新的要求，使得系统的开发时间和开发费用无法控制。(2)由以上可知，原型法的工程管理和费用预算都比较困难，需要有足够的经验，细致的分析才能保证按期按质的完成。    面向对象的分析与设计方法认为世界是由各种”对象”组成,复杂的对象可由相对比较简单的对象以某种方式组成。该方法因更符合人们对客观事物的认识过程，正越来越为软件开发者所采用。     综合管线信息系统的开发步骤包括从系统分析到系统维护的全过程。即(1)系统分析，包括功能分析和性能分析；(2)系统设计，包括总体结构设计、数据组织和分层、数据库设计、功能模块设计、接口设计、网络设计等；(3)系统实施，包括设计方案评价、项目组织管理、项目实施计划、程序设计、样板区试验、系统安装和调试、文档编制等内容；(4)系统评价，即包括按有关软件测试文件，对系统进行功能和性能两方面的测试；(5)系统维护，一方面是编写维护规程，配备维护人员，对系统的功能和性能进行日常管理，保证系统正常运行，另一方面也指保持系统信息的现势性和系统的先进性。       数据收集和生产 综合管线信息系统以城市的道路为载体，以地下的各类管线（热力、自来水、雨水、污水、煤气管线）为重点管理对象。数据是本系统的核心，数据的状况对系统目标的影响很大。市建设局需要根据现有数据的状况对地下的各类管线进行了全面普查探测。地形数据由测绘部门提供，基本图幅比例为1：1000。                                   数据组织和规范化     为了便于管理和应用开发, 整个信息系统被划分成一些子系统, 与此相应, 数据库也被划分为若干子库: 地形数据库、各类管线数据库等。具体按如下方式进行组织:即“纵向分层，横向分块”，纵向分层指按数据的性质分类, 性质相同或相近的归并到一起, 形成一个数据层。横向分块指按数据空间分布将数据划分为规则的或不规则的块。     数据分层还需考虑如下的原则：     (1)分层时要考虑数据更新的问题, 因为更新一般以层为单位进行处理, 所以应考虑将变更频繁的数据分离出来。     (2)分层时要考虑数据量的大小、各层数据的数据量最好比较均衡。     (3)要尽量减少冗余数据。     对于管线信息系统，数据在横向上按地形图的分幅单位处理即可。    地形和管线的属性数据描述按国家建设部和中国城市规划设计院有关规范，汇同用户的习惯和使用需求确定。 系统功能和结构     系统功能主要包括下面几个方面：     1 数据管理     系统采用图形分层技术，对城建地理信息进行分层组织，主要以道路为载体，将给水、污水、雨水、热力、煤气、路灯、园林等城建信息作为图层，运用数据库技术对各层相关信息数据进行管理。     采用符合标准规范的点、线、区域、颜色、地图符号直观形象地表达和显示相应的地理数据类型，能生成并管理和显示用户需要的各种分层分布图、管线纵横剖面图、三维管线图，对生成的图形自动标注、缩放。     2 信息查询     通过直观、灵活、方便的查询方式完成城市建设各部门数据的查询，并把查询和检索的结果以图形和文本方式进行显示。根据数据的地理坐标或空间位置，将数据库的数据与其在地图上的图形元素相对应，通过图形对数据库进行操作，或者通过数据来查找、定位相应的地理位置或图示区域。     3 统计分析     对各专业部门的信息进行分析与统计, 统计的结果可以按表格形式、专题图(如管径大小、管线附件等)形式直观地输出显示。统计分析的工具主要有： 综合管线纵横剖面图、三维管线、三维地貌、等高线图。     4 工程项目管理     对完工的和正在进行的城建工程项目进行管理、查询和统计。城建工程项目的内容包括工程名称、工程类别、工程地理位置、施工时间和周期、施工单位、施工负责人、工程审批手续等。工程项目通过地理信息与相关数据相关联。     5 多媒体功能          GIS系统所使用的图形符号和地理数据大多是抽象的，利用多媒体手段，将抽象的点、线、面等图符配以声音、动画、照片、图表、文字等，多角度、多层次地再现城建地理特征，使系统产生的信息更直观、易于接受和理解。       整个系统的组成包括：城建局局域网和各下属职能部门局域网。城建局局域网由中心服务器和工作站组成，是整个系统的数据管理和控制中心。作为系统的工作总站，负责集中管理全部管线信息和地形信息，并在以后的运行过程中负责网络管理、用户授权，数据备份，数据更新等工作。城建局下属专业单位局域网由工作站组成，通过网络共享服务器的数据，实现对其他各类专业管线信息的查询。也通过便携机对GIS数据下载,服务于施工现场 服务器 工作站 工作站 市城建局 工作站 工作站 工作站 工作站 工作站 工作站 系统总体结构：                                     拨号方式联网                                                   热力    自来水    排水     煤气     规划      市政管理 系统的实现 1 系统开发环境 根据上述的设计原则和功能结构要求，选者了如下的开发环境： 整个系统为一个客户服务器结构： 服务器 Sun3000 服务器系列        Soloris 8+数据库server+MapXtreme Java+WEB Server 客户机 微机 CPU PIII/PII  10GB硬盘  64MB内存       中文windows 98/NT4.0/Win2000操作系统(IE4.0以上)   基础地理信息系统平台MapInfo Professional5.5或方正智绘5.0 (地图及工程图维护)         RAD工具        Java开发环境（推荐使用随盘赠送的HAHTsite）                         2系统实现          在领导重视，技术和工作人员友好合作下，在充分调查论证的基础上，根据综合管线信息系统开发的指导思想、功能结构等要求，完成系统各部分功能，并提供数据更新和备份的工具，实现网络数据的共享，系统即可投入试运行。                                          功能开发 在方正智绘平台上开发的供水管网信息系统，其功能的设计是以企业自身的需求为依据，其基本功能包括： [1]、调图功能。可按本地区1：500、1:100及1：2000图幅号来调图，也可通过在本地背景图上快速查找地名找到相应的位置，再按需要用鼠标在图上画个方框，把方框范围内的管网图调出来。 [2]、任务管理功能。每个用户可以把每次调的图存入任务中。在任务中可以按不同的需要对图形作任意的操作（如编制规则、设计图）并储存，而不会影响数据库里的数据；也可以调用以往的任务完成所需业务。 [3]、分层显示功能。系统将管线、管网设备及地理背景数据分别放于不同的层，可以按需要显示、关闭或设置这些层。主要功能有：显示操作目标、隐藏操作目标、显示地理背景目标、隐藏地理背景目标。操作目标有：不同口径范围的管线、各种管网设备、管网设施等；地理背景目标有：居民点建筑物、道路街道及建筑物识标名、主干道路、河流水系、行政区划、铁路等。 [4]、查询检索及报表功能。在GIS系统中可以按自定义条件对管网目标进行查询及产生报表。如：可按地名、年代、口径、材料、安装单位等单条件或组合条件来查询；也可以单击管网目标来快速查询；点击查询产生的报表还可反向显示目标的位置；可显示历史查询记录及产生管线纵剖面图。 [5]、统计及报表功能。可按条件或自定义条件对管理目标进行统计并产生统计图及报表。如：可对管线、阀门、消防栓、水表等按不同的条件进行统计，还可以进行用水情况统计、资料利用统计等等。 [6]、网络分析功能。包括：①爆漏分析。如果出现水管爆漏，只要用鼠标轻点管线上的爆漏点，系统就能显示出受影响的管段和地区，给出关闸方案，并显示出所有应关的阀门，输出关制报表和关制图和因关制影响停水的重要用户信息。如果应关的阀门不能关闭止水，还可以给出外围的扩大关闸方案，并向受影响的用户发出停水通知。对给出的关闸图，如果阀门位置比较难找或阀门卡表达不清，可以实时绘制阀门的绑点图；②连通分析。对管网进行模拟仿真分析，显示管线的连接情况和供水状态等； ③ 模拟开、关阀门。 [7]、栅格图象叠加显示功能。经过扫描的地形图、航摄照片等，进行坐标纠正编后，系统可以调用叠加显示，作为背景底图或作为屏幕数字化的底图。 [8]、标注和测量功能。可进行自由注释、标注任意点坐标、属性及两点的距离等，还可以进行坐标、距离及角度测量。 [9]、绘图功能。本系统可按用户的要求定制任意图框格式的管网图（包括附带属性报表），常用的功能有：①绘制标准或非标准图幅的1：500、1：1000、1：2000的管网图；②自由绘图，即绘制任意方向矩形区域（包括倾斜的带状区域）的区域管网图，并按任意比例输出；③绘工改、竣工或设计图；④绘附有对象属性表的阀门卡图（包括排水阀、排气阀、测流阀、消防栓等附属设备）。 [10]、数据更新维护及辅助设计功能。通过此功能可完成图形及属性数据的输入、编辑及管网图的设计。包括新建管线、编辑管线属性、删除管线、更改管线类型，新建设备、编辑设备属性、删除设备、替换设备、插入设备及辅助设计功能等。 [11]、系统管理功能。包括用户管理（添加、删除用户、用户权限设置等），数据备份、资料利用管理等。 [12]、帮助功能。包括系统操作帮助、问题与解答等。                     应用前景 随着社会的发展与进步，城市供水管网的建设和管理问题越来越突出，GIS技术在自来水公司中的应用，不仅仅能改变以往供水管网靠图纸来管理的局面，而且也以计算机取代了以往繁杂的手工操作，从而减轻工作人员劳动强度，方便业务办公，提高生产效率，及为社会服务的水平。 随着信息技术的发展和逐步完善，特别是INTERNET/ INTRANET技术的应用，供水管网信息系统将朝着信息集中管理、安全准确、智能分析和辅助决策的方向发展，系统将广泛应用C/S结构一体化技术、INTERNET技术，并与其它应用系统集成企业综合信息系统，从只为企业服务向大众服务发展。随着应用的不断深入，系统不但可为供水管理部门与大众提供辅助信息、支持与决策，也将为未来数字城市的实施打下坚实的基础