兰州市自来水管网管理系统.docx
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兰州市自来水管网管理系统
目录
目录1
第一章立项报告5
1.1引言5
1.2系统简介5
1.3建设必要性6
1.4投资概算7
1.5附件8
第二章可行性分析9
2.1引言9
2.2现行系统分析9
2.3拟建候选方案12
2.4可行性分析14
第三章需求分析22
3.1引言22
3.2概述22
3.3用户需求23
3.4技术文档27
第四章总体设计31
4.1引言31
4.2模块设计31
4.3代码设计32
4.4输入设计33
4.5输出设计34
4.6数据库设计34
4.7模型库设计40
4.8模型库及方法库设计42
4.9网络设计42
4.10安全保密设计43
4.11评价验收43
4.12实施方案说明书44
第五章详细设计46
5.1引言46
5.2模块系统地的组织结构46
5.3模块设计说明47
5.4用户界面设计56
第六章系统建设总结报告57
6.1引言57
6.2开发成果简介57
6.3开发工作评价57
摘要
兰州市人口集中，城建密集，商业繁荣，为甘肃省省会。
经济的快速发展和人们物质生活水平的不断提高，对兰州市的生活用水造成了不小的压力：
一方面居民生活用水的需求日益增加；另一方面水源和生活用水的管理手段十分落后。
因此，在解决兰州市居民生活用水问题上，不但要考虑增加自来水的供求量，还要考虑提高自来水管网的管理水平。
GIS技术是近年来广泛应用于城市生活用水的规划和管理的科学手段。
本文在分析兰州生活用水的基础上开发了兰州市自来水管网管理信息系统。
地理信息系统（GIS）是建立在地球科学之上的新兴学科，是对描述地理信息环境信息的地理坐标及相关信息的采集、管理、查询、分析和制图输出的系统。
是融合地理学、测绘科学、计算机科学等各类应用对象为一体的综合性高新技术。
其最大特点为把社会生活中的各种信息与反映地理信息的图形有机的结合在一起，并可以根据用户的需求对信息进行分析，把分析结果作为有关领导和部门的决策的依据，并为有关职能部门提供简洁、有效、直观快速处理与地理信息有关的数据的方法。
兰州市位于甘肃中南部，黄河正好从中间穿过，居民的饮用水都来源于此。
在如何利用GIS建立水管网管理模型中，传统的方法容易导致模型继承数据更新不及时、处理突发问题不完善、系统维护费用高等问题。
本文提出建立共享数据库的方法和基于网络的管理方式从根本上解决了这些问题。
实现了给水管网和GIS之间的无缝连接。
同传统的方法相比，建模更准确，而且减少了重复开发，节约了项目投资和维护资金。
关键词：
自来水管网（GIS）地理信息系统需求分析工程设计
第一章立项报告
1.1引言
城市自来水管网是一个纵横交错的巨大网络，具有十分复杂的空间和非空间属性。
在传统工作方式中，这些信息一般经图纸、图表描述（例如施工和竣工资料图表）、采用人工管理，各种图档资料的不齐全使我们再管理这样一个庞大的管网时感到力不存心。
自来水输配调度缺乏依据，遇到紧急情况时无法及时得到有关信息并采取相应措施。
有关资料只存在一些有经验的技术人员的头脑里，因大规模市政建设而日益变化的参照建筑，使有些管网资料失去了其原有价值，设备管理相当困难，管网设计也很难优化。
为彻底改变这一现状，引入计算机技术——地理信息系统（GIS）来管理管网资料。
1.2系统简介
兰州市自来水管网管理系统是建立在计算机网络之上的，以全面、准确、实时动态的供水管网现势图为基础，处理以供水管网为核心的空间信息以及其相关信息的综合信息系统。
它为供水行业的规划、设计、调度、抢修和图籍资料的档案管理提供了强有力的科学研究依据，实现了供水企业的管理、分析、决策的全计算机操作过程。
旨在建立一个以数字化的管网基础测绘资料为主要内容，以城市地下供水管网基础测绘资料为主要内容，以城市地下供水管网为对象，以完善的地理空间数据管理体系和数据服务体系为主要结构的信息系统。
综合运用GIS技术、AUTOCAD技术、数据库技术、网络技术等实现对地下供水管网信息的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、信息更新并提供其他专题系统应用。
总体上，《兰州市自来水管网管理系统》要满足几方面的要求：
1）为城市供水所有涉及管网信息的部门提供专业的业务流服务
2）针对管网图籍资料、城市供水的设备、设施进行管理
3）能够快速提供准确的抢修、施工方案和决策支持
4）查询统计各种供水管网信息，提供标准的规划、设计图纸
5）实施有效的管网动态监测分析，为供水调度决策提供支持
6）进行管网设备运行状况分析，对管网规划、设计和现势管网做出适当的评估
7）对管网工程进行综合管理
8）网上统计和发布各种供水信息
初步拟订该系统的处理业务流程如下：
其中管网的数据管理包括图形数据和属性数据的录入、图形编辑、图幅管理、数据输出、坐标量算、符号管理、数据的符号转换等。
而设备设施管理主要包括资产管理和维修管理。
管网辅助设计主要指根据相应信息，确定最优管网设计方案。
工作流管理指对管网维修管理、工程管理过程中的审批、会签等业务流程动态配置、监控管理。
管网工程管理主要包括用户增容流程、施工进度管理，质量管理，财务管理。
查询统计，按各种条件进行管网设备信息（如阀门、消防栓）的图文互查，统计输出和分析管理。
管网分析，包括碰撞分析、纵横剖面绘制、爆管分析、关阀分析、水力计算、三维分析。
网上发布可以通过浏览器，查看动态的管网信息，也可向公众发布相关信息。
系统管理，主要包括设置和修改系统运行的环境变量、设置和修改模块权限及用户权限、连机帮助三部分。
1.3建设必要性
水是生命之源，城市供水系统对市民的生活质量和生活水平起着决定性的作用，它的发展状况也直接影响着城市经济发展和城市建设。
因此担负着输水配水的供水管网，在城市基础设施中也占有极其重要的位置。
兰州市的飞速发展也伴随着对自来水管网管理提出了高标准的要求。
建立供水管网地理信息系统，实现供水管网规划设计、输配管理、图档管理、抢修辅助决策及综合查询、统计等项工作的科学化、自动化，已迫在眉睫。
兰州市自来水集团公司担负着整个兰州市人民的生活生产用水的主要任务。
自来水的输水配水网络中有DN15到DN2600等二十多种管径。
钢管、球墨铸铁、PVC等多种管材混合使用。
此外兰州市狭长的地理特征也直接意味着输水配水网络必定要经历很长的跨度。
这无形中增加了管网管理的难度。
为了对着庞大的供水管网进行高效的、科学的管理，我们考虑将GIS引入到管网管理中来。
目前给水管网建设和运行管理中存在的问题有：
在进行给水管网现状核算与改扩建时，需要管网计算。
给水管网计算需要的资料包括：
管网准确的拓扑结构、管网附件（如阀门、消火栓）等准确位置，集中用水量位置（大用户位置），分散用水量位置（小用户位置）泵站进出水管道与管网连接情况，城市地面标高等。
给水管道布置在街道下，管道多、管径级数差别大。
并且城市地下供水管网管理水平参差不齐（如管线资料丢失、管网设备与管道资料不齐全等），给管网计算造成困难。
运用管网的数据管理则大大减轻了这些困难。
1.4投资概算
由于软件技术的发展，软件的性能和功能日趋成熟，而软件成本大幅下调，对于开发系统的GIS组件和网络软件的购买也相对便宜。
同时由于计算机硬件的快速发展，其性能提高，成本下降。
这些使得开发系统的可行性大为提高。
因此预算不需要太多的资金就可以到达很好的效果。
数据可以到政府部门获取，软硬件都不需要太多的资金。
所以管网管理信息系统所提供的对业务过程的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、信息更新等管理功能，为兰州市自来水集团公司的政务公开和社会服务承诺提供了切实可行的实施手段和高效率的办公环境，达到了“投资省、见效快、影响大”的预期目标，使自来水管网管理工作迈上新台阶。
人员需求：
项目经理有GIS基础知识，相关地学知识，项目经验，较好的沟通与表达能力。
开发人员对城市地理信息公众查询系统专业知识掌握较好。
系统设计人员经验比较丰富。
编程人员，能够熟练运用visual开发平台，熟悉webgis客户服务端的开发。
测试人员，有丰富的测试经验。
软硬件资源需求：
数据库软件（SQLsever）MicrosoftvisualArcEngine组件、Geodatabase数据库。
开发本系统具体的投资如下：
人力资源：
角色
知识技能要求
建议人数
项目经理
有关项目经验，较好的沟通与表达能力，以及分析问题解决问题的能力
1
需求开发人员
对管网信息的相关内容有较为专业的知识。
4
系统设计人员
在系统设计方面比较有经验。
3
编程人员
熟悉VB开发平台，熟悉ArcEngine系统构架和SQLsever.
5
测试人员
有较强的学习能力，具有相关项目的测试实验。
3
调查人员
交际能力强，并有一定经验。
5
销售人员
推销能力强，有一定经验。
5
软硬件资源：
资源名称
详细配置
获取方式
费用（RMB）
开发及测试用机5台
HPLH4
双CPUPII450
内存1G
硬盘160G
可采用阵列方式扩充
显示器17’
光驱24XCD
买
690000元
MicrosoftVB
略
买
10000元
ArcGIS软件
ArcEngine
买
50000元
数据库软件
SQLsever
买
30000元
网络集线器
3Com3C1695112口
1
6800
喷墨绘图仪
HPDJ750C
5*3000
15000
票据打印机
HPSON
2*8000
16000
扫描仪
A4幅面
5*4000
20000
软硬件资源合计
837800元
综上所述总的项目资金预算如下：
类型
成本（RMB/半年（元））
备注
人力资源
624000
工资平均每月4000元
办公资源
50000
办公室及办公设备等
不可预见费用
50000
用于社会调查等
软硬件资源
837800
租用购买等
总计
1561800
1.5附件
《可视化面向对象建模技术》《城市给水管网地理信息管理系统》《ArcGIS设计与开发》《自来水地理信息系统解决方案》兰州市自来水管网图等。
第二章可行性分析
2.1引言
当今世界是一个抢夺资源的世界，而21世纪最重要的资源或许不是现在价格高涨的石油，而是人类赖以生存的水。
为了响应国家节能减排的号召，在自来水管网管理上应该建立一套科学的管理体系，使得自来水管网的管理更加科学化，水的利用率得到提高。
兰州作为西北重镇，虽然有黄河穿城而过，但毕竟属于西北干旱区，如何使有限的水资源发挥更大的作用，为西北的经济发展做出更大的贡献，这才是我们所应该关心的。
2.1.1系统简介：
城市自来水供水管网是城市基础设施的重要组成部分，是维持城市正常运转的大动脉。
建立科学、准确、完整、动态的自来水供水管网信息管理系统，不仅能够提高企业的管理水平，满足自来水公司建设和发展的需要，而且为城市规划建设和发展打下了良好的基础。
2.1.2参考资料：
.GDInfo供水管线信息管理系统
.关于开发兰州市自来水输配管网地理信息系统的探讨
.GIS软件工程原理与方法
GIS技术支持下的给水管网模型与网络分析（南京师范大学陶陶闾国年张书亮）
2.2对现行系统的分析
在传统管理方式中，对自来水管道信息保存、调用均以图纸和纸质档案的方式进行。
随着管网建设规模的不断扩大及时间的流逝，新老资料越积越多，许多已铺设的管线需要维修、维护，同一管线由于改造，会出现多份资料，从而给管理带来混乱。
随着类似问题的积累，给管网正常，维护与维修造成困难，影响对故障的抢修，而抢修时间的延误会造成更大的经济损失。
使用地理信息系统技术，可以避免以上问题，实现对自来水管道的高效管理。
2.2.1组织结构
兰州市给水管网组织结构图
给水管网档案管理
城市给水管网技术档案是机关、团体、单位或个人在网络技术活动中形成，是历史记录整理留存下来的文献。
目前城市地下管网档案资料的内容、分类、和要求至今尚无统一规范或标准。
尤其一些分类统计数据都是各取所需，没有统一，这使数据的实用性、拓展性、延伸性受到限制。
虽然对给水管网管理内容没有统一划分标准，但从各个供水企业及其主管部门建立的档案管理系统看，一半按管网设施分类，与生产实际最为接近。
该方法使用管道、阀门、水表、消火栓及相应供水设施的安装、维护、运行、使用及维修、改造的档案进行分类。
主要有：
图纸类、图表类、统计数据类、电子信息类、实验研究类等，如下表：
分类
内容
图纸类
管道施工图、管道竣工图、分区索引图、管线网络图、管道链接点大样图及安装、改造、验收说明等
图表类
管道设备图卡、管道材质分类说明、阀门卡、水表卡、消火栓卡、水质监测卡、水压监测卡、流量监测卡及相关数据等
统计数据类
全市或某区域的管线材质、管径、长度的使用情况分类或沿线供水设施类别、数量等的使用统计
电子信息类
电脑硬件记录、软件记录、管道或设备的电子地图资料、地理信息统计分析结果或检查、维修、改造的效果分析图等
实验研究类
新装、改扩建管道施压记录、消毒冲洗实验说明、附属设施管理新技术实验记录、实验效果说明等技术攻关类
组织管理的方法的发展
a.手工管理阶段
这是目前我国大多数城市管网的管理手段。
这种方法以纸质为存储介质。
特点如下
特点
图纸修改等操作繁琐，可靠性不高
不能用一套完整的图纸管理整个给水管网，根据用途滑冰窟若干套图纸，然后采用一定的检索手段来实现管理
管线的排设阶段、运行阶段、管理使用阶段分别产生不同类型图纸，手工管理记录复杂，管理资料完整性差
管网资料图纸、说明记录性资料庞大，存放图纸的场地大
统计分析管理效率低
b.计算机初级辅助管理阶段
以计算机为媒介，吧图纸数字化为电子文档
特点
存放图纸的介质从纸张变为计算机，场地变小
图纸方便修改、拼接、删除等操作
有一定程度的统计分析管理功能，但数量方法有限
计算机初级辅助管理是从手工管理方式向计算机高级辅助管理的过渡，在利用计算机进行给水管网资料记录、分析、辅助决策等智能化管理已经取得国内供水行业各方人士的共识。
c.计算机高级辅助管理阶段即信息化阶段
特点
利用计算机全面记录给水管网各方面图纸及数据，基础资料完整
图纸数据资料齐全，修改、移动、拼接、删除等操作灵活
给水管网中水流状态模拟，全面掌握给水管网系统运行状态
强大的统计分析、空间拓扑分析管理功能
目前兰州市自来水管理还没有达到信息化的程度，在管理的过程中还存在很多难以解决的问题。
2.2.2业务流程
供水企业的管网管理系统不同于一般企业管理的特殊性
供水企业
一般企业
企业性质
公共行业。
产供销一体
私人或者股份制企业，以营利为目的，属于产供销中间某个环节
管理地域
整个城市区域，地理特征明显
管理本公司设计区域，一般不涉及地理区域分析
信息化
信息化范围广，生产管理信息化内容复杂，各个信息化系统关联度大
本企业档案管理内容信息化，各个信息化系统关联度不大
兰州市自来水管理系统还基本处于计算机初级辅助阶段，其业务流程如下图：
2.2.3费用、人员、设备
1现行系统费用
设备名称
配置
数量
单价
经费
网络服务器
HPLH4
双CPUPII450内存512M
硬盘40G
可采用阵列方式扩充
显示器17’’
光驱24XCD
1
138000
138000
客户机（微机）
联想IBMPII400
8
8900
71200
网络集线器
3Com3C1695112口
1
6800
6800
网卡
3Com3c905BTX
8
500
4000
网络设备附件
网络连线、墙柜等
一套
约2000
2000
喷墨绘图仪
HPDJ750C
1
票据打印机
HPSON
2
8000
16000
扫描仪
A3幅面
1
6000
6000
2现行系统人员：
人是开发中的一个非常重要的资源，它除了具有一般资源的特性外还具有不确定性。
软件是一种特殊的商品，它是智力的结晶，它需要多种可见资源和参与者的相互配合，但人力资源和其他资源的一个区别在于不会由于人力的增加就会使得生产率得到线性提高，过多的投入人力会增加通信费用和成本开支，因此，必须合理安排人员的结构和数量。
现行系统中的人员只是进过一定的培训，并没有具备专业的GIS知识，如果进行系统改造之后还必须进行进一步的培训。
3设备：
1）.硬件设备：
信息服务器，管理客户机，大幅面绘图仪，打印机，数字化仪，光盘刻录机，GPS设备，局域网设备
2）.软件设备：
现行系统由于结构简单，所需的软件有：
Windows操作系统、常用办公软件、商用统计分析软件、SQL2000数据库软件。
4现行给水管网系统所面临的问题用户对供水安全性的要求提高
1）.给水管网系统是一个庞大复杂的“反应器”，经水厂处理合格的水，在管网中会发生一系列的物理、化学及生物反应而导致水质下降。
用户对水量和水质要求的提高也加大了供水系统的运行难度。
2）.供水效益亟待提高
在满足社会需求和环境保护要求的前提下，必须尽量减少供水成本。
电费在自来水成本中所占比例较大（一般为30%～40%[1]），故降低电耗始终是贯彻节能方针、提高供水企业经济效益的重要环节。
管网漏失在计算供水成本时往往被忽视，实际上它应是影响供水企业经济效益的最重要因素。
一般采用供水产销差代替漏失量进行统计分析。
供水产销差过大是长期困扰我国供水行业的一个老大难问题。
随着近年来劳动力价格的提高，劳动力成本成为供水成本中一个不可忽视的项目。
3）.管网优化运行要求管网布局科学
由于我国经济发展迅速、城市化发展快、自来水普及率提高迅速而导致供水系统布局和规划有欠科学，忽略了供水系统是一个多目标问题，致使管线连接复杂、铺设冗余，出现了管理困难、停留时间长、事故影响范围大等问题，故应逐步改善管网布局以实现管网的优化运行。
2.3拟建系统候选方案
2.3.1拟建系统的目标：
根据自来水公司对供水管网等设施信息管理的要求，以及数字化、信息化发展趋势，供水管网信息管理系统建设的目标是：
．建立供水管网及相关设施数据库及基础地形数据库，实现各类信息的数字化存储。
．建立供水管网信息管理系统，该系统汇集供水管网及相关设施和地形的综合信息，实现数据输入、数据编辑、属性查询、数据统计、综合分析、资料输出等多种功能。
．实现管网及相关设施的动态管理，为规划、建设及各有关部门提供服务，为管网规划、抢险、改扩建决策提供技术支持。
2.3.2系统的建设规模及初步设计方案
供水管网信息管理系统将利用物探技术、测绘技术、计算机技术、GIS技术、网络技术、数据库等技术，把管线信息以数字的形式获取、存储、管理、分析、查询、输出、更新，为自来水公司的建设与发展提供准确的供水管网基础资料。
系统以地形图库和管网数据库为基础，在这个基础之上，建立了数据输入、GIS基本管理、管网管理、数据动态更新、管线综合分析等子系统。
2.3.3系统建设的实施计划
自来水管网地理信息系统是一个较为复杂的图形和数据库相结合的系统。
系统基础信息资料的规范化采集输入以及日后的系统维护是本项目的难点所在。
应该本着“统一规划，分步实施”，边建设边应用，有投入有效益的原则，既要为公司节约项目开发资金，又要建立起稳定可靠，切实可用的自来水管网地理信息系统。
任何急功近利，急于求成，幻想一步到位的开发思想，都是不切实际的。
这样做的结果，必将给本项目留下后患，给公司造成损失。
采用前期预研的方法，充分利用当地的技术优势和力量，可避免走弯路，减少系统开发后续服务的费用。
地理信息系统的最大特点之一是：
基础地理信息采集数据量大，信息的现势性强。
应充分利用众多相关的兰州市地理信息基础数据，并考虑逐年更新、充利用这些资源的便利性，有利于开发后的信息数据维护、城市管网规划。
避免因到非专业部门获取数据由于格式不统一而造成的大量问题。
预研步骤：
利用ArcView系统在兰州市1：
10000的电子地图上进行项目预研。
预研的内容有：
1．将兰州市自来水主干管网1：
1000的地理信息输入系统。
2．建立系统的信息采集、资料管理、辅助设计、信息分析等功能。
3．通过预研，系统应基本具备的功能有：
（1）查询（包括：
按地段、按型号、按类型等）
（2）分析（包括：
管网故障影响地域等）
（3）统计（基于地图数据的统计,如：
管段长度、阀门总数等）
（4）编辑（包括：
基本图形要素<点、线、面、圆、矩形、多边形等>）的增、删、改的编辑。
并能记录权限，若无权，则禁止修改。
（5）属性数据的修改
（6）图形表格输出
另外；还应熟悉图层勘口、测量、视窗变换、数据维护更新、备份，图例显示、修改、编辑、立体图形显示等功能。
2.3.4人员培训及补充方案
自来水管网运行管理系统要涉及管网情况的了解，熟悉管网的管理以及响应的GIS知识是开发自来水管网管理系统人员的要求。
当然在操作的过程中不需要专业的人士。
但必须对职工以及相关人员进行培训，使其对操作过程有大致的了解，这样才能正确的操作，使该管理系统使用寿命更长。
2.3.5其他可共选择的方案
风河供水GIS系统
1、供水GIS系统的需求分析
GIS技术在自来水行业中的功能应用已经有很多，除了编辑、查询、统计和打印等基础功能外，还有关阀搜索、运行调度、用水量读取、管网维修记录、管网设计与WEB发布等等二次开发的应用功能，但是在实际工作中这些应用功能又被使用了多少呢？
由于这些应用功能仅存在于GIS系统之内，没有相应流程管理的系统与要求予以配合，最后就造成了“孤芳自赏”的局面。
就功能而功能，目前的供水GIS软件都不可避免地存在着这个问题。
本公司风河GIS软件系统具有GIS功能的同时具有AUTOCAD制图功能可以化图组。
2、供水GIS系统软件平台的选择
目前可供选择的GIS系统平台非常多，国外的如mapinfo或arcgis 产品价格昂贵， 南京风河gis系统完全自有gis平台不采用第三方控件，具有较高的性价比。
南京风河系统软件采用oracle数据库采用最新java技术所以能满足大型数据量的需求。
3、海量历史数据的数字化
GIS基础模块的运用
根据相关技术标准，首先开发出适合本企业特点的GIS基础模块。
按照图形分层和对象类别，在管网象限图已经配准位置的基础上，开展供水管线屏幕数字化的工作。
4、关于GPS数据采集与位置校准
通过屏幕数字化工作，仅仅实现了管网资料的数据入库。
由于纸质图纸本来就有管线位置上的偏差问题，数据入库后难免会把这些问题带入GIS系统。
因为历史久远，甚至有部分管线找不到任何资料可供参考，所以相应的管线探测与测量工作也应排入工作日程。
测量工作传统上采用全站仪等仪器测量的方法，目前也出现了采用GPS来定位管线的新方法。
5、利用GIS系统管理业务信息
设备业务信息主要是指针对管网、设备的一些关联业务信息，例如
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