供水管网GIS系统解决方案.docx
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供水管网GIS系统解决方案
供水管网GIS信息化系统项目
解决方案
江苏省地质勘查技术院
1项目概况
1.1工作目标
（1）完成地下供水管线探测工程及数据建库工作。
本次探测范围为：
XX县自来水经营有限公司所辖供水管线及水表普查，管线暂定600公里，水表暂定40000只。
（2）完成XX县供水管网GIS信息系统的设计、开发与部署，提供相应的技术培训、技术支持、售后服务等工作，为XX县供水管网信息化管理提供技术支撑。
1.2主要工作内容
（1）管线探查、外业测量、水表普查和内业成果整理建库等。
（2）XX县供水管网GIS信息系统设计、开发、部署调试（包括安装、现场试验、试运行、正式运行）、技术培训、技术服务、协调等。
（3）完成项目验收工作。
1.3工作依据
⏹建设部《城市测量规范》（CJJ/TB-2011）；
⏹YB/9029-94《地下管线电磁法探测规程》；
⏹CJJ61-2003《城市地下管线探测技术规程》；
⏹GB/T7929-1995《1:
500、1:
1000、1：
2000地形图图式》；
⏹《浙江省城市水业协会现代化营业所评价标准实施细则》2012版（系统建设过程中如有新版标准发布，须符合新版标准）；
⏹CMMIforDEVv1.2；
⏹经XX县自来水经营有限公司批准的技术设计书。
2供水管网GIS信息系统解决方案
2.1系统技术性能说明
（1）实用性：
系统设计充分考虑XX县自来水经营有限公司业务的具体情况和实际需要。
性能稳定、可靠，人机界面友好，易操作性强，输入输出方便，图表生成美观，检索查询简单快捷，帮助信息完整。
（2）开放性：
系统开放数据接口，支持与第三方软件的数据共享和交换。
将来能提供和营业收费系统、生产调度系统、管网建模、管网GPS系统、报装系统、热线系统等第三方软件的接口。
（3）扩展性：
系统应具有可扩展性和易维护性。
系统设计和开发应采用模块化、结构化的思路，适应业务管理规则的变更，提供灵活定制功能，能方便地进行系统升级和功能扩充。
（4）安全性：
按照XX县自来水经营有限公司情况与相关业务标准，建立统一的组织机构、用户认证以及权限安全管理。
系统进行严格的安全机制设置，拒绝任何非法用户进入系统和合法用户的越权操作，避免系统遭到破坏，防止系统数据被窃取和篡改。
（5）可靠性：
系统具备数据自动备份和数据恢复技术。
提供简单快速的系统自修复功能。
系统支持7×24小时运行，在出现异常或受到攻击时，出现系统宕机情况，有相应的应急解决方案。
（6）处理能力：
一般图形查询及浏览响应时间小于5秒，非空间数据操作响应时间小于3秒；在数据上传、数据下载、查询、验证等操作方面，系统响应时间小于3秒；满足至少50个用户的并发访问的性能需求；系统能支持8000公里以上管线数据信息和海量地形图或遥感影像数据，保证数据能快读、准确的传送。
（7）处理精度：
一般坐标满足小数点后3位，高程和埋深等保留小数点后2位。
2.2总体设计
2.2.1系统总体结构
供水管网GIS信息系统是一个开放性的系统，多个业务应用模块并行运行，同时还要保证各模块的信息共享，数据一致，鉴于此，本系统将是一个多层结构的系统。
从系统的体系结构上，可以分为基础层、数据层、应用支撑层、应用层、网络层、客户层。
基础层：
包括建设本系统所需要的硬件基础和软件基础。
硬件包括服务器、存储设备、UPS、防火墙等，软件基础包括操作系统、GIS平台、数据库软件等等。
数据层：
本部分是系统用到的信息数据，包括基础地形数据（数字线划矢量图）、管线数据、水表普查数据以及相应的综合信息数据。
应用支撑层：
应用支撑层介于数据层和应用层之间，为应用层提供必要的基础服务。
该层包括数据访问服务、接口服务、安全控制、日志服务等。
其中数据访问服务负责对数据库的读、写操作，是应用层与数据库的交互桥梁；接口服务可以给第三方软件（如营业收费系统、生产调度系统等）提供功能调用接口；安全控制负责系统的角色和权限管理；日志服务记录系统的各类操作，保证系统运行的安全性。
应用层：
本层包含了数据管理（包括数据建库和更新、数据编辑、数据维护和变更等）、地图操作、地图视图（包含二维视图和三维视图）、查询统计、管网养护、管网设计、专业管理、出图打印、管网WebGIS、系统管理等功能的各个应用模块。
网络层：
本地用户可以通过局域网连接系统，部分信息和报表可在企业内部网（Intranet）通过IE浏览器进行浏览查询。
用户层：
系统用户可划分为4类角色：
系统管理员、数据管理员、部门用户、相关授权用户。
系统管理员拥有最高系统运行控制权限，但不具备系统业务操作权限；数据管理员拥有全部的系统业务操作权限，包括数据管理功能，但不拥有最高系统运行控制权限；部门用户具有与自己部门职责/业务相关的部分功能；相关授权用户指在部门用户的基础之上，具有额外的相关权限的用户。
系统总体结构如下图所示：
图21供水管网GIS信息系统总体结构图
2.2.2软件体系结构
系统的软件配置方案建立在通用的Windows基础上，通过面向对象的可视化开发平台，利用开发接口与协议连接大型关系型数据平台与GIS平台，从而构建供水管网GIS信息系统。
系统服务器选用Windows2008操作系统，客户端支持Windows7/XP操作系统；开发环境选择微软DotNet平台及C#开发语言，其中WebGIS的开发采用ArcGISforFlexAPI；系统数据库平台采用微软；GIS平台采用ESRI公司的ArcGIS9.3.1；WebGIS部分支持微软IE6.0及以上浏览器。
系统软件体系结构如下图所示：
图22软件体系结构图
选择MicrosoftWindows系列操作系统作为本系统项目的操作系统，因为它是一个功能强大、多用途的操作系统。
它的界面友好、应用广大，其易用性、灵活性以及通讯服务能最大程度地满足各种规模的管理和应用环境的需要。
目前Windows操作系统在中国成为了最流行的选择，除了投资小以外，最主要的是基于Windows应用平台有一整套非常成功的应用解决方案，而且，各种大型的应用软件基本都支持Windows，系统的成功应用有较大保证。
C#是微软推出的一种最新的、面向对象的编程语言。
它使得程序员可以快速地编写各种基于Microsoft.Net平台的应用程序，增强了开发者的效率，同时也致力于消除编程中可能导致严重结果的错误，使程序员可以快速进行开发，同时也保持了开发者所需要的强大性和灵活性。
正是由于其面向对象的卓越设计、很高的效率和安全性、良好的扩展交互性，使C#成为构建各类应用程序的理想之选。
ESRI公司的ArcGIS是目前最全面的、功能最强大的、可扩展的GIS软件。
它包含了GIS数据浏览、处理、分析和编辑的全部功能并且增加了高级的地理处理和数据转换功能。
ArcInfo可以进行各方面的数据构建、模拟、分析以及地图的屏幕显示和输出，具有创建和管理智能GIS的全部功能。
ArcGISEngine包括构建ArcGIS的所有核心组件。
使用ArcGISEngine可以创建独立界面版本的应用程序，或者对现有的应用程序进行扩展，为用户提供专门的空间解决方案；使用ArcGISServer可以完成海量数据的发布共享，以B/S方式实现全功能的GIS系统。
ArcGISforFlexAPI是ArcGIS为支持富因特网应用开发而推出的应用程序接口。
它可以把ArcGISServer中基于地理信息系统的WebServices与其他网页内容关联在一起，快速生动地展现那些可以部署在网络中的制图程序。
ArcGISAPIforFlex充分利用了ArcGISServer的强大制图、地理编码和地理处理能力。
终端用户只需轻松按一下按钮或点击一下要素，就可以在交互式电子地图中搜索和显示要素及属性以及执行复杂的空间分析。
2.2.3系统部署架构
系统采用C/S与B/S架构相结合的运行方式。
C/S版系统拥有所有的业务功能，在C/S版系统中，用户按照相关权限对于管网数据的修改，会相应在数据库中所体现和保存。
B/S版系统能对C/S版中的数据进行Web发布，并实现浏览、查询、统计、打印、爆管分析、管网养护、在线标注、系统管理等功能，但不能进行管网数据的修改和维护。
在Web访问时，发现管网数据有错误信息时，可以通过信息交互将错误信息进行录入，相关人员查询到错误信息后，在C/S系统中进行管网数据的修改。
系统部署结构图如下：
图23系统部署架构图
2.2.4软/硬件设备清单
2.2.5系统功能体系
依据系统的需求，整个系统划分为以下20个功能模块。
这些功能模块又划分为两个层次，第一层次是基础模块，第二层次是应用模块。
基础模块是系统的中间层，是通用功能部件，应用模块是由基础模块根据业务特点搭建起来的。
基础模块主要包括坐标转换模块、格式转换模块、数据库访问模块、数据编辑模块、三维可视化模块、空间定位模块、空间分析模块、权限控制模块、日志记录模块等。
对于用户而言，基础模块是隐蔽的，不可见的。
应用模块包括数据地图操作、地图视图、查询统计、管网养护、管网设计、出图打印、网络信息发布、三维管网浏览、数据管理、专业管理、系统管理等。
对于用户而言，应用模块是用户操作直接面对的实体，是可见的。
基础模块与应用模块之间的通信与交互通过数据管理机制、数据转换、数据共享标准、业务逻辑以及接口、组件和协议来控制和实现。
系统功能体系图如下：
图24系统功能体系图
2.3系统功能设计
2.3.1供水管网GIS信息系统（C/S版）
供水管网GIS信息系统C/S版功能主要分为数据管理、图形管理与应用、查询统计、专业管理与应用分析、管网设计、管网养护、出图打印、系统管理等8大模块，如下图所示：
图25供水管网GIS信息系统（C/S版）功能结构图
2.3.1.1数据管理
（1）外业数据检查
外业数据检查功能指对外业提交的成果数据进行入库前的检查。
主要包括数据库结构的检查、表之间的关系检查、表字段之间的约束限定，数据的合理性、一致性和完整性等。
图26外业数据检查界面图
（2）管网数据建库及更新功能
系统具备多样的数据更新手段，保证系统建立以后能够方便进行数据更新。
包括全站仪等测量数据更新，竣工图更新以及数据转换更新。
对CAD格式和栅格图片格式的数据能直接导入系统。
（3）管网数据编辑功能
提供丰富的数据输入入库、输出、检查和维护功能。
⏹导入管网数据：
导入测量外业采集数据，并根据提供的管网坐标信息，将其转换成管网数据；
⏹管网数据导出：
将管网数据导出成其它数据格式（dxf、dwg、jpg、shapefile）；
⏹数据转换：
将不同矢量格式数据进行转换；
⏹竣工图管理：
能显示和管理相关管线工程的竣工图，以便日后查阅；
⏹拓扑检查：
通过拓扑检查，检查用户在编辑或者导入过程中、甚至测绘工程中出现的非正常数据。
包括孤立管线或管点设备的检查，不连通管线数据的检查等；
⏹多媒体编辑：
可以添加、删除、修改管线或管点多媒体信息，编辑完的多媒体信息在地图上显示；
⏹数据维护：
维护地图图层的名称对照，可以添加、修改、删除图层数据和对应的属性信息；
⏹提供基于管网及相关数据的完整的离线编辑模式，能够实现管网数据本身的编辑和回帖过程之外，还能够实现管网相关的附属数据、专题数据、多媒体数据（cad电子数据）、详图数据的编辑和回帖，同时能够在管网数据回帖完成以后，实现自动分层、自动编码和自动标注。
（4）管网数据维护和变更
系统允许任意修改数据结构，满足公司业务变更的需要；系统能够对数据的错误进行检查和自动校正，保证数据的完整性；系统中各类管网设备的图示符号可以任意修改调整，提供系统线型库、符号库、填充库等管理。
2.3.1.2图形管理与应用
（1）地图操作管理
支持地形图和管线数据的各类地图操作，便于快速浏览所需地图，软件界面美观。
具体包括如下功能：
⏹地形图矢量化建库、地形图修改编辑；
⏹地图缩放：
包括放大、缩小、全幅显示；
⏹漫游：
地图移动；
⏹量算：
包括距离、面积、角度量算；
⏹图层控制：
控制图层在窗口中是否正常显示；
⏹地图设置：
设置地图比例尺、样式和布局；
⏹地图打印：
任意比例打印A4-A0图幅的图纸。
（2）地图视图
提供丰富的地下管线显示方法，能全方位了解地下管线分布情况和属性信息。
⏹横断面：
显示某路面横截面下管线的铺设情况，及该横截面管线相关属性信息和分布信息；
⏹纵断面：
显示某段管线的走向以及埋深，标高等；
⏹鹰眼：
地图导航工具，显示当前在全幅地图中的位置；
⏹放大镜：
在小比例尺状态下放大显示局部管线和地理信息；
⏹具有不失真的图形无级缩放、拖拉漫游、复位以及鹰眼俯视功能。
图27横剖面示意图
（3）图形标注
提供图形标注功能，允许用户标注感兴趣的点、线或区域并添加相关的图片、文档等各类特征数据，为用户提供个性化的使用体验。
图28图形标注示意图
（4）三维管网浏览
三维视图：
显示某个指定区域内管线的三维分布情况，并能查询相关管线信息，支持三维视图下管线的缩放、平移、任意角度旋转和属性查询。
图29管线三维浏览示意图1
图210管线三维浏览示意图2
2.3.1.3查询统计
（1）管网查询与定位
管网查询的目标主要为管网及其附属设施。
查询的方式分为两种，根据图形查属性和根据属性查图形。
⏹图形查属性
根据地图窗口的管线、管点等空间对象，显示属性表格，浏览全部属性项，此类查询包括以下几种：
区域选择：
根据需要在全幅地图中进行区域选择查询，以便缩小查询范围；
点选查询：
单个选中元素进行查询属性信息；
选择查询：
提供矩形、圆形、任意多边形等区域的查询。
图211管线属性示意图
图212管网附属设施（水表）属性示意图
⏹属性分类查询：
根据管线、管点的属性信息进行分类查询
属性查图形：
根据安装日期、管径、道路名、管网设施信息等属性模糊查询，能够直接定位至空间对象，并高亮度显示，此类查询包括以下几种：
属性分类查询：
根据管线、管点对象的属性信息查询所在空间位置；
条件查询：
根据设定条件查询对象并定位至空间位置；
模糊查询：
不知道具体信息和进行相关信息查询时，给定模糊条件查询出满足此条件的所有空间对象。
⏹查询方案
对历史查询方案进行保存和管理，并且可以对存在的查询方案进行编辑，一边将来直接调用。
⏹定位查询
定位是一种快捷的查询方式，用户可以根据左边、道路名、图幅、设备编号等方式快速的查询到空间对象从而达到定位目的。
（2）报表统计
提供丰富的报表统计方法和专题图表达方法，具体包括：
⏹全区统计：
对全区各种类型的管线、管点信息进行统计报表输出和各类专题图输出；
⏹管线统计：
按口径、材质、道路、工程、时间等条件对管线长度进行统计和各类专题图输出；
⏹设备统计：
从道路、工程、时间等条件对设备数量进行统计和各类专题图输出；
⏹自定义统计：
用户根据自己需要构造统计条件进行统计和各类专题图输出；
⏹统计方案管理：
对历史统计方案进行保存和管理，并且可以对存在的统计方案进行编辑。
图213管网设施（阀门）统计结果示意图
2.3.1.4专业管理与应用分析
爆管分析：
突发爆管时，系统将能够根据水源分布情况以及阀门状态，进行多级关阀处理，找到停水用户和需关闭的阀门，并生成现场抢修图。
同时能对爆管事故原因、处理方案和处理结果，能进行保存和管理，便于事故查询和再现。
图214爆管分析界面示意图
扩大关阀分析：
当出现阀门现场无法关闭的现象时，系统能进行二次扩大关阀分析。
受影响用户分析：
阀门关闭后，对可能停水的用户进行搜索与分析，提供受影响用户清单。
连通性分析：
根据水源或加压泵站的分步情况，分析管线点设备与水源是否连通，或两个设备之间是否连通，便于检查管线点是否有来水。
图215两个设备间连通性分析意图
2.3.1.5管网设计
系统需基于长事务机制，提供多种管线解析输入方式方便用户进行管线设计、提供快速编辑方式，方便用户进行快速便捷的编辑管线数据。
对图形编辑完成后的管线，提供属性输入，保证图形和属性数据的完整性。
本系统中，管网设计的基本流程图如下图所示：
图216管网设计基本流程图
2.3.1.6管网养护
（1）设备预警
对管线与各类设备的维修次数、频率、周检周期等进行设置，提供管线与设备的主动养护预警。
（2）水表二级管理
对水表箱内的各一户一表信息进行新增、修改、删除管理，并且保证一户一表信息能对水表箱坐标、水表箱编号、地址等信息进行继承，满足招标人后期对一户一表进行挂接入库。
（3）管线养护
对管线日常养护、巡检、维修、移位、改造等信息进行记录，满足招标人对管网养护的台账管理。
（4）设备维护
对阀门、水表、在线监测仪表、消防栓等设备日常维护信息进行记录，满足招标人对管网设备维护的台账管理。
（5）漏点维修
对管网检漏或上报的各类漏点位置、原因、维修人员、材料、工程量等信息进行记录，满足招标人对日常漏点维修的台账管理。
（6）维修查询统计
对管线养护、设备维护、漏点维修的各类信息按时间、维修人员、维修类型等各类方式进行查询统计，并生成统计报表。
（7）工程管理
对管线建设工程范围、工程名称、材料、建设单位、设计单位、施工单位、主要口径、主要材质、工程图档等信息进行管理，能对单一工程量进行统计。
（8）竣工图管理
对管线新建或者改造工程的竣工图进行上传，并且与工程范围、工程名称进行关联，在管线属性查询时能查询关联的竣工图。
2.3.1.7出图打印
系统提供多种出图打印的模板，可输出符合地图公开出版质量的图件。
包括报表打印、地图打印（包括当前视图、管网设计图、施工图、竣工图等）、设备卡打印等。
图217地图打印意图
2.3.1.8系统管理
（1）权限控制
系统提供完备的安全机制。
除了利用操作系统和数据库自身的权限控制，防止对数据的非法访问之外，系统自身也应提供对使用者操作权限的控制机制，要求能够控制到每一个菜单项。
本项目中，我们将安全及权限管理系统进行了抽象，设计了一套安全管理的基本框架。
其体系结构如下图：
图218系统权限控制体系图
（2）数据备份
自动备份和手工备份的结合，实现在线每日自动备份、自动异地备份，并提供数据恢复技术。
确保任何情况下，数据都不会丢失。
（3）日志管理
系统能够记录每个操作人员对管网数据的操作时间和操作内容，提供便利的操作日志查询工具；还能记录系统运行的日志，便于系统维护。
2.3.2供水管网GIS信息系统（B/S版）
与C/S版系统相比，供水管网GIS信息系统B/S版不包含以下功能：
数据管理、地形图编辑、管网设计、三维浏览、数据备份等。
同时，增加了管网数据错误信息录入的功能，可以通过信息交互将错误信息进行录入，相关人员查询到错误信息后，在C/S系统中进行管网数据的修改。
供水管网GIS信息系统B/S版主要功能包括：
图形管理与应用、查询统计、专业管理与应用分析、管网设计、管网养护、出图打印、错误信息录入、系统管理等7大模块，如下图所示：
图219供水管网GIS信息系统（B/S版）功能结构图
2.4软件实施计划
2.4.1项目组织
整个项目的软件开发组由领导小组、技术支持组、开发组、质量审查组及系统维护组构成，如下图所示。
各小组的具体分工如下：
⏹领导小组：
负责项目过程中与招标方的协调，并总体管理、协调投标方内部各小组的工作，组织必要的公司内部和外部资源，协助各方使项目按阶段如期完成。
⏹技术支持组：
由项目相关各领域的专家、学者及技术骨干人员组成，主要负责确定项目的技术路线、采用的具体方案，与招标方相关技术人员沟通交流，解决项目中遇到的技术问题。
⏹开发组：
负责与招标方项目负责人联络，负责项目的具体实施和系统研发工作，过程控制等。
⏹质量审查组：
负责项目实施过程中的技术审查、质量审查和交付前的系统测试等工作。
同时听取用户意见，收集系统的质量问题，与其它相关小组沟通协调，推进项目的改进和完善。
⏹系统维护组：
负责系统交付运行后的技术支持和后期维护，帮助用户解决系统运行过程中产生的问题。
2.4.2进度计划安排
本项目实施遵循软件工程的规律，项目实施过程包括现场调研、系统设计、编码测试、试运行与培训、正式运行阶段，从合同签订日算，设计工期为6个月。
项目进度图如下表所示。
我们将在保证总体进度的情况下，根据实际情况进行适当的调整，保证在用户要求时间内完成系统的开发建设。
表21进度安排
工作内容
预计时间（天）
备注
现场调研
现场调研
10
给出系统建设调研报告
需求分析优化
实施方案确定与细化
系统设计
数据库设计
20
系统设计
交互界面设计
编码测试
供水管网GIS信息系统（C/S版）
60
供水管网GIS信息系统B/S版
系统试运行与培训
部署试运行
90
系统培训
系统修改完善
正式运行
正式运行，提交全部成果
/
合计
180
6个月
2.4.3质量保证体系
系统的质量保证活动，是涉及各个部门、各个工作小组之间的活动，质量保证贯穿于开发的全过程。
例如，如果用户发现了软件故障，质保小组就应听取用户意见，调查问题原因，检查设计是否存在问题并及时反馈用户。
对于设计不当支持要加以改进，防止类似问题再次发生。
为了顺利开展以上活动，事先明确部门间的质量保证业务，明确反馈途径，明确各部门的职责，确立部门间的联合与协作的机构十分重要，这个机构就是质量保证体系。
具体系统质量保证体系如下图所示。
图220质量保证体系
2.5合理化建议
（1）强化重点设施的管理与应用功能：
⏹增加阀门的状态查询，例如查询当前所有阀门的开关状态，是否失效等信息。
⏹进一步扩展关阀搜索功能：
增加针对设备检修、接水等业务的关阀搜索功能。
⏹增加重点设备的信息打印功能：
如阀门卡的打印，将阀门的基本信息和所在地图位置在卡片上显示。
（2）增强管网分析应用功能：
⏹交叉分析：
观察指定管网层在同一位置的上下交错情况，用于管网管理和管网规划设计等方面。
⏹流向分析：
通过分析管网间的压力、高程等因素，在管线上用箭头表示出管线的流向。
（3）增加其它一些实用功能：
⏹提供消防栓查找功能。
该功能主要为突发火灾事故提供抢救辅助决策方案。
系统提供在火灾发生区的某个范围内进行消防栓搜索功能，能准确搜索出该指定范围内的所有消防栓。
⏹提供相关专业法规、规范查询功能：
提供管网管理相关的专业法规、规范标准的浏览查询功能，方便用户查阅。
3管线探测解决方案
4工程主要人力资源
本项目涉及的专业种类多、施工条件复杂、成果要求高，为了确保本项目得以按期且保质保量的实施完成，拟成立领导协调组、管线探测项目组及软件开发工作组来共同推进项目的实施，领导协调组负责协调双方项目资源的组织调配工作，管线探测工作组与软件开发工作组负责具体的项目实施工作。
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