基于gis的城市排水管网数据处理与校验.docx

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基于gis的城市排水管网数据处理与校验

硕士研究生学位论文

题目基于GIS的城市排水管网数据处理与校验

独创性声明

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他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集体和个人均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本人完全了解云南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文和论文电子版；允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵循此规定）

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本人及导师同意将学位论文提交至清华大学“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”进行电子和网络出版，并编入CNKI系列数据库，传播本学位论文的全部或部分内容，同意按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。

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导师签名：

日期：

摘要

城市排水管网承担着城市污水排放、防洪排涝、城市污染河道的清水回补、河道水流的长距离输送、城市水资源的充分利用等任务，是城市重要的基础设施。

城市排水管网输送的生活污水和工业废水，是城市水环境的重要污染源。

因此，排水管网的规划、建设和科学管理对保护城市水环境具有十分重要的意义，而全面、准确和可靠的排水管网数据，是排水管网规划和管理的基础。

近年来，随着昆明城市建设的飞速发展，排水管网的规模急剧增加。

目前，昆明市已建有2700余公里的市政排水管网。

此外，昆明经济开发区、呈贡新区、空港新城正在建设相应的排水管网。

按照昆明城市排水总体规划，至2030年，昆明市排水管线总长将达到5000公里。

2008年昆明市规划局对昆明市地下综合管线进行了全面的探测，主要包括排水、电力、煤气、供水等地下管线。

原始探测数据中包含有2740公里的市政排水管线，共包括17.25万个排水管点、16.88万根排水管线。

但由于原始数据探测工作量巨大，大量数据需人工录入，不可避免地存在空间拓扑关系错误和属性错误，因此必须对原始排水管网探测数据进行数据处理和数据校验，为昆明排水管网空间数据库的建设提供数据支持。

本文针对排水管网原始探测数据存在的问题，基于GIS技术和ArcGIS平台，对排水管网数据进行分析、校验和处理。

论文对地理信息系统及ArcGIS平台进行探讨和研究，分析排水管网原始探测数据存在的问题，阐述排水管网数据处理的方案、流程和技术路线。

给出部分数据处理的实现方法及结果，主要包括点线关系校验和处理、重复管线校验和处理、源点和汇水处理、错接管线处理、排水流向校验和处理、图层合并等。

经校验处理的排水管网数据已应用于昆明排水管网空间数据库中，为昆明城市水环境和滇池污染治理提供了可靠、准确的排水管网基础数据。

关键字：

排水管网、数据处理、地理信息系统、ArcGIS平台

Abstract[请重新翻译]

Cityundergroundpipelineistheimportantpartofcityinfrastructure,isthecity'ssurvivalanddevelopmentofmaterialbasis,knownasthe"cityofblood".Citydrainagesystemofundergroundpipelineisthemostimportantpart,itbearsthecitysewagedischarge,floodcontrolanddrainage,citypollutedwaterrecharge,flowoflongdistancetransportation,citywaterresourcemakefulluseofsuchtasks,withprotectingcityenvironmentandearthquake,disasterpreventionfunction.Thecitysewersystemthepurposeofthestudyistopredictthepipelinesysteminvariouspartsoftheflowcondition,sothatthedrainagesystemoftheintegratedmanagementandcontrol,hasreachedthefullutilizationofresourcesandcityenvironmentalprotectioneffect.Alongwithourcountrytherapiddevelopmentofcityconstruction,aswellasthecomputertechnology,networkcommunicationtechnologyrapiddevelopment,toourcountrycitydrainagesystemandtheconstructionofinformationmodernizationhasbroughtnewdevelopmentopportunities.Inthefaceofsuchacomplicatedpipelineofgraphicdataandattributedata,conventionalapproachestothemanagementofmassive,three-dimensional,withaspaceofdrainagepipenetworkinformationdifficulttoachieverapid,accurate,andefficientstorage,management,query,statisticsandanalysis,hasbeenfarfrommeetingtheexistingnetworksystemrequirements,sothecitydrainagepipenetworkinformationconstructionitistosolvecurrentproblemsbeimperativeofameasure,citydrainagepipenetworkinformationconstructionofcityenvironment,cityfloodcontrolandotheraspectshavelong-terminterests.

GeographicInformationSystemonthebasisofgeospatialdatabase,thecomputerhardwaresupport,realizetheobjectinformationcollecting,organizing,display,edit,query,analysis,managementanddecisionsupportsystem.BasedonGIStechnologyofcityundergrounddrainagepipenetworksystemintegrationofcomputergraphicstechnologyanddatabasetechnology,torealizecomplicatedpipeline,pipepointdatatomodernscientificmanagement,achievethepipeline,pipedatavisualizationandreal-timeupdates,andadynamiccomprehensiveplanningmanagementandanalysis.TheestablishmentofKunmingcityundergrounddrainagepipenetworkgeographicinformationsystem,tofacilitatetheconductofcitypipelinecomprehensivelayout,includingsewagepipeline,waterpipelineandconfluentpipeline.Canbeconvenientfordrainagenetworkdataupdate,queryandmaintenance,sothatthemanagementofthecityundergrounddrainagepipelinestatushasbeenwellunderstood.Canachievefullutilizationofresourcesandavoidthewasteofwaterresources,adequateandreasonableapplicationofcityundergrounddrainagenetwork.

Inthispaper,"Kunmingcityurbandrainagepipenetworkgeographicinformationsystemdevelopmentandapplication"asthebackground,takeArcGISasthedevelopmentplatform,fordrainagenetworkdataprocessing,spatialdatabaseconstructionfordrainagenetworktoprovideaccuratedata,andfinallyrealizethefunctionmoduleofspatialdataprocessing.SpatialdataprocessingwithArcGIStechnology,NETtechnology,thespacedatabasetechnologyasthefoundation,throughtheprogrammingofspatialdataextraction,modify,updateandotherfunctions.

Thefirstchapterofthisthesisfirstintroducestherelevantknowledgeofthegeographyinformationsystem;thesecondchapterintroducesspatialdataaswellasthecharacteristicsofKunmingcitydrainagepipenetworkdatacharacteristics;thethirdchapterArcGISplatformintroductionandapplication;thefourthchapterKunmingcityundergrounddrainagenetworkdataprocessingofreality;thefifthchaptersummarizes.

Drainagepipenetworkdataprocessingis"Kunmingproperdiversionofrainandsewagepipeandbranchpipestemsupportingconstructionproject-NetworkInformationSystem"isdevelopedandappliedbased,drainagepipelinenetworkspatialdatabaseistheimportantcontentoftheconstructionofsystem,comprehensiveanalysisanddecision-makingprovideimportantdatabase.

Keywords:

drainagenetwork,geographicinformationsystem,spatialdatabase,.NET,dataprocessing

第一章绪论

1.1研究背景

地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市规划、建设、管理的重要基础信息。

主要包括给水、排水、煤气、电力、电信、有线电视、路灯、交通信号等，担负着输送物资、能量和传输信息的功能，是城市赖以生存和发展的“血脉”之一。

排水管网是城市地下管线的重要组成部份，承担着城市污水排放、防洪排涝、城市污染河道的清水回补、河道水流的长距离输送、城市水资源的充分利用等任务，是城市重要的基础设施。

城市排水管网输送的生活污水和工业废水，是城市水环境的重要污染源。

因此，排水管网的规划、建设和科学管理对保护城市水环境具有十分重要的意义，而全面、准确和可靠的排水管网数据，是排水管网规划和管理的基础。

目前，昆明市已建有2700余公里的市政排水管网。

此外，昆明经济开发区、呈贡新区、空港新城正在建设相应的排水管网。

按照昆明城市排水总体规划，至2030年，昆明市排水管线总长将达到5000公里。

1999年，昆明市对排水管网进行了探测，此批探测数据一直是城市规划和建设的重要基础数据。

由于多方原因，此后十年间，一直未全面开展排水管网数据普查和探测工作。

这十年间，昆明城市建设的飞速发展，排水管网的规模急剧增加，地下管网越来越复杂，形成了一张错综复杂的地下管网图。

随着城市基础设施建设力度的逐渐加大，由于施工管理部门没有完整的地下管网数据资料，在建设施工中时常发生在一条道路上重复施工，挖坏挖断现有地下管线造成通讯中断、停水、停电、污水四溢等严重的施工事故，给人民群众的生产和生活造成影响，也给国家财产造成损失。

由于对城市地下管线数据掌握不足，随着城市基础设施建设的加快，给排水管线的规划和管理造成很大的难度。

鉴于这一系列的问题，2008年昆明市市政部门成立了专门的地下管线探测办公室，对昆明市政管网数据进行系统的探测。

此次排水管网数据探测共开井检查125142座，探测物探点153013个，收集了主城区市政道路下2740公里排水管线现状资料，基本摸清主城区约330平方公里范围内所有市政道路下排水管线雨污性质、排水方向、管径及管道材质、地下河道走向等。

这将为滇池水污染治理、泄洪排涝和城市规划、建设、管理提供科学可靠的依据，城市年年水患及道路反复开挖有望得到解决。

但由于原始数据探测工作量巨大，大量数据需人工录入，不可避免地存在空间拓扑关系错误和属性错误，因此必须对原始排水管网探测数据进行数据处理和数据校验，为昆明排水管网空间数据库的建设提供数据支持。

本文针对排水管网原始探测数据存在的问题，基于GIS技术和ArcGIS平台，对排水管网数据进行分析、校验和处理，为昆明排水管网空间数据库的建设，以及城市水环境和滇池污染治理提供可靠、准确的排水管网基础数据。

1.2研究目的和意义

城市地下管网是城市现代化建设的重要基础设施，城市地下管网资料是城市规划建设和管理的基础资料。

近年来，随着我国经济的发展，作为城市重要基础设施的地下排水管网也越来越庞大、密集，其种类也越来越复杂，形成了地下排水管网错综复杂、密如蛛网的局面，以此对管理手段的要求也越来越高。

面对有限的空间资源，如何使之产生最大的经济、社会效益成为当今社会发展所面临的严峻问题。

同时，管理部门越来越清醒地认识到信息管理技术对市政管理、管网管理起着越来越重要的作用。

在排水管网信息系统的支持帮助下，市政部门不仅可以方便的获取、存储、查询、管理和显示各种管网信息，而且还可以对管网进行有效的分析、评价、模拟、预测、改扩建等工作，更好的控制污染源的排污情况，从而为整个排水管理、市政管理提供全面、准确、及时和客观的信息服务和技术支持。

本研究的目的和意义在于：

（1）对地理信息系统的相关理论和方法进行分析和研究。

（2）基于GIS技术，对昆明市探测办提交的排水管网数据（包括雨水管点、污水管点、合流管点、雨水管线、污水管线、合流管线6个图层，共包括17.25万个排水管点、16.88万根排水管线）进行数据的处理和校验，主要包括空间拓扑关系校验和处理、属性数据有效性校验和处理。

（3）为昆明排水管网空间数据库的建设，以及城市水环境和滇池污染治理提供可靠、准确的排水管网基础数据。

1.3论文的主要工作

本论文研究的主要内容包括：

（1）针对排水管网原始探测数据存在的问题，基于GIS技术和ArcGIS平台，对排水管网数据进行分析、校验和处理。

（2）对地理信息系统及ArcGIS平台进行探讨和研究。

（3）分析排水管网原始探测数据存在的问题，阐述排水管网数据处理的方案、流程和技术路线。

（4）给出部分数据处理的实现方法及结果，主要包括点线关系校验和处理、重复管线校验和处理、源点和汇水处理、错接管线处理、排水流向校验和处理、图层合并等。

（5）经校验处理的排水管网数据已应用于昆明排水管网空间数据库中，为昆明城市水环境和滇池污染治理提供了可靠、准确的排水管网基础数据。

1.4论文的组织

第一章介绍地理信息系统的相关知识；第二章分析空间数据的特征以及昆明市排水管网数据的特征；第三章ArcGIS平台简介与应用；第四章昆明市地下排水管网数据处理的现实；第五章总结。

[重新写此部分]

第二章地理信息系统概述

2.1GIS概述

2.1.1地理信息系统的定义

1、地理信息的特性

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。

地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有以下特性：

（1）空间分布性。

在地理信息中，地理要素的位置是通过地理数据（如X、Y坐标，经纬度）进行标识的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。

（2）多维结构特性。

地理信息表达的是现实三维空间的地理要素，因此具有多维结构特征。

点：

0维，线：

1维，面：

2维，体：

3维。

（3）时序特性明显。

地理信息通常都是随着时间发生变化的。

按照时间尺度可将地理信息划分为实时（如车辆位置、水位变化）、超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。

（4）数据量大。

地理信息具有空间特性、属性特性和时间特性，因此其数据量很大。

2、信息系统与地理信息系统

具有数据采集、管理、分析和表达能力的计算机系统，能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。

在信息社会中，我们所听说的信息系统大部分由计算机系统支持，它能为企业、部门的科学决策提供有用的信息。

信息系统的组成：

信息系统都部分或全部由计算机系统支持，包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。

如图2-1所示：

图2-1信息系统的组成[图尺寸太大，请适当压缩，以下同]

从功能上看，信息系统分为以下三类：

（1）管理信息系统（ManagementInformationSystem，简称MIS）提供信息帮助制定决策。

（2）决策支持系统（DecisionSupportSystem，简称DSS）能从管理信息系统中获得信息，帮助管理者制定好的决策，帮助改善决策的质量。

（3）空间信息系统（SpatialInformationSystem，简称SIS）是对空间数据进行采集、处理、管理和分析的信息系统。

由于空间数据的特殊性，使空间信息系统的组织结构及处理方法有别于一般的信息系统。

空间信息系统主要有地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，简称GPS）、遥感（RemoteSensing，简称RS）、对地观测系统（EarthObservationSystem，简称EOS）、数字摄影测量系统（DigitalPhotogrammetricSystem，简称DPS）等。

地理信息系统（GIS，GeographicalInformationSystem）是地理信息的管理系统。

它以地理数据为基础，是在计算机软硬件的支持下，对空间数据进行采集、管理、操作、模拟、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。

GIS是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。

地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。

在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息（空间数据）和非位置信息（属性数据）两个组成部分。

如图2-2所示：

图2-2GIS组成[此图不清晰，重绘]

GIS研究的对象是地理空间数据，研究内容包括GIS理论基础、GIS技术系统及GIS应用方法，三方面互相联系、相互促进。

2.1.2地理信息系统的组成

地理信息系统组成（GeographicInformationSystems），包括四部分，计算机硬件、计算机软件、数据、系统开发管理和使用人员。

如图2-3所示：

图2-3地理信息系统的组成

（1）计算机硬件

图2-4计算机硬件组成[此图不清晰，重绘]

（2）计算机软件

系统软件：

计算机操作系统（如WindowsServer，WindowsProfessional，Unix等）

GIS平台及其支持软件：

包括通用的GIS软件，以及数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等，用于支持对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口

应用分析软件：

是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型开发的用于某种特定应用任务的程序，是GIS功能的扩充与延伸。

（3）系统开发、管理和使用人员

人是GIS中的重要构成因素，GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型。

仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。

（4）数据

数据是GIS的核心与基础，GIS需要表示两类信息：

空间数据和属性数据

（SpatialandNon-Spatialdata）

2.1.3地理信息系统的主要特征和类型

1、地理信息