基于GIS的南堡输水管线信息化建设及应用研究硕士学位论文1

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1、根据中国图书馆分类法（第四版）对应填写，不用此信息时，删除此框。填写由学位办编制的论文编号，不用此信息时，删除此框。中图分类号：单击此处键入分类号 论文编号：HBLH 2011-001 U D C： 密级： 公 开 硕 士 学 位 论 文基于GIS的南堡输水管线信息化建设及应用研究作者姓名：唐永会学科名称：测绘工程 研究方向： 地理信息系统 学习单位：河北联合大学 学习时间: 3年 提交日期: 2013年12月5日申请学位类别：工程硕士导师 姓名：张永彬 教授 单位：河北联合大学 学院刘正刚 高工 单位：唐山三友化工股份有限公司技术中心论文评阅人：匿 名 单位： 匿 名 单位： 论文答辩日期：

2、2014年02月15日 答辩委员会主席：姓名职称关 键 词： GIS ；输水管线 ； 信息化建设及应用 ； 唐山 河北联合大学 2013年 12月Based on the GIS nanpu water-transmission line information construction and application researchDissertation Submitted toHebei United Universityin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofMaster of EngineeringbyTa

3、ng Yonghui(Surveying and Mapping Engineering)Supervisor:Professor Zhang YongbinLiu ZhenggangFebruary, 2013独创性说明本人郑重声明：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。尽我所知，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已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北联合大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名： 日期： 年 月 日关于论文使用授权的说明本人

4、完全了解河北联合大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。论文密级： 公开； 保密（至 年 月）(保密论文在解密后遵守此规定)。作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要摘要单击此处键入中文摘要内容论文摘要是论文内容不加注释和评论的简短陈述。摘要的编写应遵循下列原则：1）摘要应具有独立性和自含性，即不阅读论文的全文，就能获得必要的信息。摘要是学位论文的缩影，是学位论文的主要内容、见解

5、、结论简短明了的缩写。2）摘要中要有数据、有结论，是一片完整的短文，可以独立使用，可以引用。3）摘要内容应尽可能包括原论文的主要信息，供读者确定有无必要阅读全文，也供文摘汇编等二次文献采用。4）摘要一般应说明研究工作的目的意义、研究方法、研究结果、主要结论及意义、创造性成果和新见解，而重点是结果和结论。5）要用文字表达，不要附图和照片，除了实在无变通办法可用以外，摘要中不用图、表、化学结构式、非公知公用的符号和术语，不要使用表格、公式、上下标以及其他特殊符号，要突出重点，阐述清楚，少用数据表。用语力求简洁、准确。原则上600-800字，外文一般不超过700个实词(一页能够排得下)。用完后删除此

6、框。图 个数幅；表 个数个；参 个数篇。关键词：单击此处键入中文关键词（自定义3-8个）；用分号隔开分类号： ； 关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。如有可能，应尽量用汉语主题词表等词表提供的规范词。不用此信息时，删除此框。Abstract单击此处键入英文摘要，内容应当与中文摘要相同Figureamount; Tableamount; Reference amountKeywords: 单击此处键入英文关键词（自定义3-5个），内容与中文相同英文关键词的每一个字母均小写，每个关键词之间用半角逗号分开，最后一个关键词后不打标点符号。不用此信息时，删除

7、此框。Chinese books catalog: - V -目 次目次摘要1第1章 绪论21.1研究背景及研究意义21.1.1研究背景21.1.2研究意义31.2国内外研究现状41.2.1国外研究现状41.2.2国内研究现状71.3研究目标和内容111.3.1研究目标111.3.2研究内容111.3.3研究方法和技术路线11第2章 理论基础和相关技术132.1地理信息系统132.2地下管线系统142.3数据库理论172.4管线普查、检测等数据采集技术19第3章 南堡输水管线信息化建设与应用203.1 工程背景203.2目前管线管理现状及存在问题223.3数据来源243.4管线管理模式探讨25

8、3.5管线管理中GIS的应用25第4章 部分功能的实现254.1利用 ArcGIS软件二次开发进行管网功能设计254.1.1基于ArcEngine二次开发264.1.2利用ArcEngine对南堡输水管线进行功能性设计264.1.3系统软硬件配置方案274.2管线信息化实现的主要内容274.2.1主界面274.2.2查询284.2.3目标物周围阀门分析294.2.4区域分析304.2.5标注314.2.6专题图32第5章 结论与展望34导师简介39个人简介40学位论文数据集41插图或附表清单插图或附表清单单击此处键入内容论文中如图表较多，可以有此页。图的清单应有序号、图题、和页码。表的清单应有

9、序号、表题和页码。此页并非必要。不用此页时，请删除此页。注释说明清单单击此处键入内容（此页并非必要，不需要时请删除此页。主要是符号、标志、缩略词、首字母缩写、单位、术语、名词等方面的注释清单）论文中符号、标志、缩略词、首字母缩写、计量单位、名词、术语的注释说明，如需汇集，可置于此页。此页并非必要。不用此页时，请删除此页。引 言摘要随着城市规模的不断扩大和现代化程度的日益提高，各种市政管线越来越密集，越来越复杂，更新越来越频繁，管理的工作量也越来越大。供水管网是城市的重要基础设施，城市供水与人民生活息息相关，由于管线长期深埋地下，分布广泛，结构复杂，各种资料的处理数据量大，资料保存时间长。因多方

10、面的原因，人们仍在沿用传统的纸图资料管理和手工管理维护方式，但采用人工管理的纸图档案，跟不上城市日新月异发展变化的步伐，造成档案不全，精度不高，管理跟不上等问题。在建设施工中挖坏地下管线，造成事故的情况时有发生，与城市建设和发展的矛盾日益突出。南堡开发区作为唐山市乃至河北省起步较早的开发区之一，供水管线特别是工业企业生产用水管线相对较多，情况也较为复杂，特别是随着进入曹妃甸发展的大格局，招商引资力度的不断加大，落地开工项目不断增多，今后管线的建设更将会快速增加，这就需要一个系统去进行科学安全管理。而GIS作为一门新兴学科，采用数据库，计算机图形学，多媒体等最新技术，对地理信息进行数据处理，能够

11、进行空间分析，为决策者提供可视化支持。目前，在很多领域GIS已被广泛应用，在城市管线管理领域，尤其需要一个GIS系统对其进行管理。本论文主要以南堡某输水管线为例，通过对南堡开发区某输水管线工程中管线信息化的建设与应用研究，设计一种基于ArcGIS的输水管线管理系统，并试图将其应用于南堡开发区的各种管线管理。使用户在地区上能查询到管线分布，阀门的分布情况以及管线阀门周围其他目标物的分布情况并对阀门缓冲区分析等功能。借以解决施工过程中的盲目性和低效率，初步研究管线数据的动态更新与共享的方法和机制；避免在规划、建设阶段造成不必要的管道交叉、穿越等；杜绝工程施工时对附近的线路造成破坏；尝试在建成管线维

12、护过程应用GIS等手段，大幅提高维护效率，有效的降低维护费用，提高管线的管理的水平。- 1 -结 论第1章 绪论 （蓝色是改动好的。红色为直接粘贴的）随着科学技术的发展，社会生活中的信息不断急速增长，城市管理变得日益复杂，对其管理手段也提出了越来越高的要求。空间资源非常有限，人类需要尽最大的努力使之产生最大的效益。同时，快速发展的计算机技术，对管网管理起着重大作用。城市输水管网是市政设施的重要组成部分，对城市社会和经济发展的全局性和先导性有很大的影响。随着社会和经济的发展，现代城市的基础设施管理，要求各类地下管线资料如水、电、煤气、通讯、下水、房地产等能资源共享；与此同时，城市输水管网也将进一

13、步扩展和完善，其信息量必然会有改动和增加。传统的手工管理模式已跟不上现代化城市的发展的需求，想要通过管理和利用这些管网资料来创造更多的社会效益和经济效益非常困难。因此，寻求新的管理方式和技术来对输水管网进行科学、合理的管理是必然趋势。（地理信息系统在城市排水管网中的应用 天津大学 硕士论文）应用地理信息系统(GIS)，可以方便地获取、存储、管理和显示各种市政信息，而且还能够对城市地下管线进行有效监测、分析、评价、模拟、预测等管理及研究工作，从而为城市地下管线管理提供全面、及时、准确和客观的信息管理和技术支持及决策。1.1研究背景及研究意义1.1.1研究背景温家宝总理在审议通过国家信息化发展战略

14、的讲话中指出：“信息化是当今世界发展的大趋势，是推动经济社会发展和变革的重要力量。制定和实施国家信息化发展战略，是顺应世界信息化发展潮流的重要部署，是实现经济和社会发展新阶段任务的重要举措。”当今世界，信息技术高飞猛进，它以先导性、倍增性渗透到经济和社会发展各个领域。信息化建设已成为推进经济社会变革和各行业发展的重要力量1。信息化力量无所不在，它正深刻地改变着经济的发展方式，社会的发展面貌，同时也在促进着人们的思维方式、工作方式、生活方式发生了质的飞跃和变化。城市地下管线信息是城市空间基础地理信息的重要组成部分，是城市规划、建设、管理的重要基础信息。在进行城市规划、设计、施工和管理工作中，如果

15、缺乏完整准确的管线信息，就如同“盲人”，四处碰壁，举步维艰，给工作带来诸多不便，甚至造成重大损失。随着城市规模的不断扩大和现代化程度的日益提高，各种市政管线越来越密集，越来越复杂，更新越来越频繁，管理的工作量也越来越大。但是，由于历史和现实的各种原因，我国城市地下管线管理滞后于城市的发展和国际同行业水平，其混乱无序的状况，已成为制约我国城市建设和国民经济发展的瓶颈之一。以前传统的管理办法对各种比例尺图形以及历史资料的查询、统计和分析难度较大，即使目前通过计算机辅助手段形成了一些电子版的资料，但也多是离散存贮，共享度很低，很难适应快速发展的海量数据管理要求，导致管理效率低，资料更新工作量大，造成

16、人力、物力和资源的极大浪费2。面对大量的浩繁的地下管线数据，要做到及时、准确、明晰，共享方便，便于应用，就需要采用现代计算机科学与技术建立一个城市地下管线信息系统，海量资源信息，客观上需要GIS为其服务3。GIS与一般的计算机辅助制图（CAC/CAD）系统的主要区别在于GIS具有空间分析功能，基于各种测绘数据和 GIS 技术建立的城市地下综合管线信息化系统，应用其空间分析功能可以灵活地管理城市中各类管线信息，并为城市规划、建设和管理提供一种有效的计算机辅助决策手段4。随着信息时代的发展，实现地下管线信息化管理是未来数字城市的需要，因此进行管线信息化系统建设迫在眉睫，势在必行。1.1.2研究意义

17、地下管线是重要的基础设施, 包括给水、排水、燃气、热力、电信、电力、工业管道等, 担负着传递信息和输送能量的工作, 是城市赖以生存和发展的物质基础, 被称为城市的“生命线”， 并且随着经济的发展构成了强大的地下管网。地下管网的安全运行是现代化城市高效率、高质量运转的保证5。地下管线的图纸、资料又是城市规划建设的重要基础信息。良好的基础设施和完善的城市功能所形成的良好的投资环境，是加快经济发展, 加速现代化进程的重要保障。城市发展越来越快, 负载也越来越重, 对地下管线的依赖性也越来越大。在市政管线管理中引进GIS，使管线管理有关信息以表格化向图形化方面发展，系统的运行，将快速准确地提供信息从而

18、提高了工作效率与质量，为真正做到市政管线业务的全方位计算机管理打下基础6。采用高新技术和方法来高效管理地下各类专业管线，满足决策机构、管理部门和施工单位的需要已成为当务之急。现代化城市的规划、建设和管理必须把城市的地上和地下空间作为一个整体来考虑, 科学的规划来自完整的信息和对城市发展的准确预测, 这就需要对城市地下管线工程进行动态管理, 以保证地下管线信息的科学、准确和现势性7。城市地下空间的开发利用离不开已有城市地下空间信息的支撑，建设城市地下空间信息共享平台是提高城市地下空间资源规划、开发和管理水平的必要手段8。.地下管线信息属于城市的基础地理信息，具有统一性、精确性、完整性和基础性等特

19、点。地下管线信息是进行城市规划建设工作的基础。规划部门在进行城市规划审批过程中，必须准确掌握地下管线的铺设情况、连接方向及埋设方式，才可以正确合理的进行审批，减少规划决策失误。地下管线信息是进行建设、施工和管理的信息保证。掌握完整、准确的地下管线信息，可以有效避免施工破坏管线事故的发生。地下管线信息是设施安全维护工作的基础，掌握完整、准确的地下管线信息，可以高效、准备的开展地下管线及其设施的安全维护工作9。地下管线信息是城市应急工作的数据支撑。城市地下管线信息化系统共享平台的建设，可为城市日常管理、应急指挥、抢险系统提供基础数据支撑，为应急指挥和抢险提供准确的数据依据，提高决策效率10。综上所

20、述，地下管线是维系城市地上地下空间、保证城市整体运行的基础设施，规划、建设和管理好地下管线是未来充分利用地下空间的重要的基础工作。所以， 我们要从城市发展战略高度来认识地下管线在城市规划、建设和管理中的作用与地位, 掌握和摸清城市地下管线的现状，通过现代科学技术实现地下管网数字化和信息化系统建设和应用，满足城市自身经济社会发展的需要，满足城市规划建设的需要，满足防灾和应付突发性重大事故的需要，对维护城市“生命线”的正常运行、保证城市人民的正常生产、生活和社会发展都具有重大的现实意义和深远的历史意义。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状在管线铺设方面，采用城市地下管道综合走廊(共同沟)的模

21、式是目前世界上比较先进的形式，也是城市建设和城市发展的趋势与潮流。共同沟的建设最早是在欧洲开始的，巴黎是共同沟发源地。第一次工业革命初期，迅速的城市化导致城市人口大量增加，同时原有的城市基础设施根本无法适应城市化水平的迅速提高，进而在工业化较早的伦敦和巴黎等城市产生了一系列的城市问题。巴黎在18犯年建造以排水为主的廊道中，创造性地在其中布置了一些供水管、煤气管和通信电缆等管线，形成了早期的共同沟，目前巴黎已建共同沟超过l00km，且收容的管线也越来越多。1861年，英国伦敦修造了宽12英尺、高7.6英尺的共同沟。1890年，德国也开始在汉堡建造共同沟，在城市主干道一次性挖掘共用市政管线走廊(共

22、同沟)，内包括电力电缆、通信电缆、给水和燃气管道等，并设专门入口，供维修人员出入。西班牙目前有92km长的共同沟，除煤气管外，所有公用设施管线均进入廊道，并制定了进一步的规划，准备在马德里主要街道下面继续扩建。俄罗斯莫斯科建有120km的共同沟，除煤气管外，各种管线均有。日本的共同沟试点建设起步于1923年，1963年，日本政府颁布了关于建设共同沟的特别措施法，以规范和推动共同。沟的建设。到1992年，全国共同沟总长达310km。因在1995年的阪神大地震中，共同沟发挥了明显的作用，日本计划到21世纪初，在县级中心城市干线道路下建成长约1100km的共同沟。现在日本已经成为共同沟建设最先进的国

23、家。在管线信息管理方面，国外普遍利用地理信息技术建立城市地下管线信息系统。1960年加拿大测量学家诺基尔汤姆林逊（Roger F .Tomlinson）博士提出要把地图变成数字地图，便于计算机的处理和分析的思想，并提出了地理信息系统这一术语，随后在他的倡导下，建立了世界上第一个GIS加拿大地理信息系统，用于自然资源的管理和规划（地理信息系统在城市排水管网中的应用）。国外将 GIS 技术应用于城市规划始于 20 世纪 70 年代初期，美国、加拿大、西欧等许多国家和地区的大城市建立了目的不同、规模不同的地下综合管线管理信息系统，为城市的规划建设管理提供高精度、高可靠性的地下管线信息，取得了较好的经

24、济效益 徐建红.城市管线管理信息化与地理信息系统J.河南科学，2002，20（8）。1993 年，美国的 Daene.C.Mckinney 提出了建立管网信息系统的思想，将地理信息系统应用于城市管线管理以提高管理水平Daene C Mckinney. Expert Geographic Information System for Texas Water PlanningJ. Journal of Water Resources Planning And Managerment，1993，119(2)：38-40。1998年，美国副总统戈尔正式提出了“数字地球”的概念，使得地理信息系统和数字化

25、城市理论得到迅猛发展。随着社会对GIS的认识普遍提高和需求大幅度增加，GIS已成为许多机构及政府决策部门等必备的工作系统，全球化的地理信息系统已成为人们所关注的焦点之一。2001 年，Director of M&IS Market Segment Ron Booth 认为应该使用 GIS 管理地下管线，这样不仅能够高效管理管线，而且可以减少管线建设风险Ron Booth.Using GIS Technology To Manager Infrastructure Capital Assets. AWWA，2001，93(11)：58-73；2002 年 11 月英国的 Si.Smith 博士在

26、供水管网计划管理的研究和技术一文中指出，英国使用 GIS 管理供水网络，在事故预测方面取得了较好的效果Si.Smith. Water Network Projects Manager Research & TechnologyJ. Water Network Seminar Zhengzhou.2002,90(17)：336-350。针对于各种市政基础设施的监测和研究英国剑桥大学在2005年开展了一项智能基础设施(smart infrastructure)研究计划；奥地利于2004年开展了CITY GRID项目的研究，其目标是建立地上、地下统一的整个城市数字化模型，用于城市规划、市政管线规划和

27、城市防灾及工程项目管理等；欧盟也开展了一项集规划、勘察、设计、施工和运营维护于一体的地下管线工程信(underground construction information system，UClS)研究计划，即TUNCONSTRUCT(technology innovation in underground construction)p121，该项目将为城市系统的工程建设和管理提供将数据；美国洛杉矶市启动了一项污水管道检修项目，市政工程局通过闭路电视探测其主干排污管道，然后利用ARCINFO软件和管道系统数据库来确定那些管道最有可能损坏，从而制定了三年的管道检修计划；新加坡利用GIS技术建立了

28、地下管网系统，以提供电力设施部门所需的电线追踪和其它分析功能。这些国家都利用地理信息系统技术对城市综合管线进行规划管理，并获得了较好的经济效益（市政管线系统的数字化研究 杨杰）。日本开发出了商品化的管网(包括排水管网)信息处理软件，并且在世界范围内推广，它集成了很多管网方面的数学模型如最佳路径分析、空间定位分析、缓冲区分析、管线事故分析、最优输配水方案、拓扑关系分析等，系统中集成的许多专业模型增强了其功能，也拓广了其应用范围。（地理信息系统在城市排水管网中的应用 邓春颖）1.2.2国内研究现状在管线铺设方面，中国进行共同沟的建设起步较晚。北京在1958年在天安门广场下铺设了1000多米的共同沟

29、。台湾共同沟的建设始于1991年的台北，目前台湾已建共同沟有300多km；正在建设淡海及高雄新市镇、南港经贸园区等的共同沟；完成了洲美快速道路、大度路等共同沟工程的设计；制定了台中市、嘉义市、新竹市、台南市、基隆市的共同沟整体规划；进行了配合捷运路网、敦化南北路、新社区、铁路东延等共同沟的规划。1992年，上海市政府规划建设了大陆第一条规模最大、距离最长的共同沟浦东新区张杨路共同沟。该共同沟全长n.125km，共有一条干线共同沟、两条支线共同沟，其中支线共同沟收容了给水、电力、信息与煤气等四种城市管线，为我国其他城市共同沟的发展提供了可供借鉴的经验和教训。2003 年，北京修建了中关村广场共同

30、沟，其主线长约 2 km，支线长约 1 km。2004 年，广州大学城修建了呈环状布局的地下共同沟，长约 10 km，是广东省规划建设的第一条共同沟。杭州城目前最长的共同沟钱江新城第一条长达2.16km的管线共同沟也于2006年初完工。同年在中关村(西区)建成了我国大陆地区第二条现代化的共同沟，该共同沟主线长2km，支线长1km，包括水、电、冷、热、燃气、通信等市政管线。在城市地下管线信息管理方面，中国的地理信息技术相对世界水平而言有明显差距。纵观我国城市地下管线的发展历程，城市地下管线信息化建设的发展历程大致可以分为三个阶段，即原始阶段、自动化管理阶段和数字化及信息化阶段（城市地下管线探测与

31、管理技术的发展及应用 李学军、洪立波）。1 、原始阶段上世纪90年代以前，我国城市地下管线类别相对较少，规模不大。地下管线资料主要包括管线设计资料、竣工资料和开井调查、整测资料，这些资料基本都是以纸质的图、表和卡片的形式保存，采用人工方式进行管理，并且相当一部分资料仍然保留在各权属单位，不能集中保存和数据共享。1990年代初，我国部分城市开始尝试采用计算机机助成图方法编绘地下管线图，利用计算机管理部分已有地下管线资料，但是仍未摆脱传统人工管理档案资料的管理模式，行业内称之为的地下管线信息化建设的“原始阶段”。此阶段，由于管线的空间信息和属性信息分别存贮于不同的介质，很难统一利用和管理，也难以进

32、行信息的更新。2、 自动化管理起步阶段上世纪九十年代中期，随着我国城市化进程的加速，城市地下管线已经形成一个庞大、复杂的系统，城市地下管线在城市规划、城市建设和城市管理中的作用与功能越来越重要。但是地下管线资料的不全、不准、不现势和不一致问题日渐突出，传统人工管理管线信息的模式远不能够满足当时社会发展的需求，种种原因严重制约了城市的发展。许多城市开始尝试运用数字测绘技术、计算机机助制图技术、数据库技术和GIS技术，实现地下管线资料的计算机管理，改变传统的管理模式，即将已有地下管线图、表、文字及相关资料进行数字化，并建立地下管线数据库系统，地下管线管理的自动化程度有所提高。例如，1990 年北京

33、市建立了第一个城市地下管线管理信息系统，随后上海、广州等大城市和无锡、常州、天津、济南等中小城市的 GIS 管网系统也逐渐建设并应用于日常管理中王炎.城市地下管网地理信息系统的研究及实现D.首都师范大学，2006；聂更亮等采用三层 C/S 架构开发了株洲市综合管网地理信息系统，通过远程登录数据库实现对管线数据的查询、浏览、增删改等操作，在城市规划中起到了很大的作用聂更亮.株洲市综合管网地理信息系统的研究D.中南大学，2004。此阶段城市地下管线信息化的目标由最初的编绘综合地下管线图逐步过渡到建立城市综合地下管线数据库。城市地下管线普查工作也逐步走向规范化、标准化和现代化。3、数字化及信息化阶段

34、原建设部于1998 年颁布了建规199869号文“关于加强城市地下管线规划管理的通知”，有效的推进了地下管线动态管理。2004 年 12 月 15 日，建设部第 136 号令城市地下管线工程档案管理办法经建设部第 49 次常务会议讨论通过，并于 2005 年月 7 日颁布，2005 年 5 月 1日起施行，该办法颁布以来，城市地下管线信息化进程明显加速。随着地理信息技术的发展，部分城市先后尝试设计和建立所需的城市地下管线信息系统，例如，王润伟等建立了中山市地下管线信息管理系统，通过 ArcSDE 结合 Oracle 实现管线数据的存储和管理，系统主要实现了图形编辑、综合查询、统计量算、抢险分析

35、、断面分析等功能，为中山市管线探测、管理和成果应用提供了良性循环，更好的为城市规划建设服务王润伟，刘凯澎等.中山市地下管线信息管理系统的设计与实现J.地理空间信息，2006，4（2）；王炎等针对北京城市地下电缆、供水、供热、燃气、排水等地下管网的现状和实际需求，研究建立了城市地下管网地理信息系统，利用 Oracle Spatial 技术实现了空间信息与属性信息的一体化存储和双向查询，并通过对传统遗传算法进化策略的改进，实现管网连通分析功能，大大提高了管网管理工作的效率和质量王炎.城市地下管网地理信息系统的研究及实现D.首都师范大学，2006；陆向珍等建立了基于 GIS 的无锡市政地下管线信息系

36、统，用于管理无锡市市政局下属六个单位的专业管线数据，实现对综合管线的空间（属性）查询、编辑以及断面分析等功能，为管理部门指挥调度提供科学、准确的依据陆向珍.基于 GIS 的无锡市政地下管线信息系统的实现D.吉林大学，2006；李映东等采用 VC+编程语言结合 ArcGIS Engine 组件开发了赣州市地下综合管线信息系统，不仅实现了数据输入输出、图形操作与编辑等GIS 基本功能，并实现了适合赣州管线自身特点的查询统计、专题图分析和爆管故障分析，满足了赣州市地下综合管线信息系统动态信息管理的要求李映东.基于 ArcEngine 的赣州市地下综合管线信息系统设计与开发D.江西理工大学，2007；

37、刘德赢等基于ArcObjects 开发了上海市地下信息管线管理信息系统，完成了地图操作、数据编辑、业务管理、统计查询、制图与输出等功能模块，实现地下信息管线图文一体化业务办公，优化前置审核流程，进一步提高了管理水平刘德赢.基于 ArcObjects 开发的上海市地下信息管线管理信息系统的设计与实现D.华东师范大学，2007；律海波等以 MAPGIS 为开发平台建立了峰峰综合管网地理信息系统，并建立了峰峰综合管网数据库，系统实现了图形编辑、图形管理、查询统计、自由量算、爆管分析等功能，不仅能有效地输入、存储、组织、管理各种主干管线信息，而且能够及时对各种综合管线数据进行更新、维护，保证管线数据的

38、准确性和实时性，为保证城市地下生命线的正常运转提供强大的技术保障，同时也为建设“数字峰峰”奠定了坚实的基础律海波.基于 GIS 的峰峰综合管网地理信息系统的研发D.河北工程大学，2007。到目前为止，部分已经实现地下管线的数据处理、信息检索、查询统计、空间分析与辅助设计、信息输出等综合应用，达到规范化、科学化管理的目标；奠定了地下管线信息资源共享的基础，为城市规划、建设、管理和实施突发事故的应急反应和救援预案提供可靠的决策依据；利用现代网络技术，建立一个能够支持分布式地下管线集成应用和共享的框架，满足及时了解地下管线信息不断增加信息的需求；利用基于Web Service技术的数据服务与互操作，

39、较好地解决了地下管线信息共享的平台搭建问题。到目前，全国大约有近13的城市建立了地下管线信息管理系统，其中多数城市逐步建立完善地下管线档案信息的动态更新机制，探索信息资源共享，发挥地下管线信息的社会效益。（我国城市地下管线信息化建设三十年历程_刘月月）（城市地下管线探测与管理技术的发展及应用 李学军、洪立波）。1.3研究目标和内容1.3.1研究目标以唐山市南堡经济开发区某条输水管线为研究内容，对Arcgis 进行二次开发，进行管线的信息化建设，并将其初步成果应用推广至南堡开发区地下管线的建设、管理、维护之中，从而达到提升建设管理水平的效果。1.3.2研究内容（1）结合工程实际情况，研究该输水管

40、线信息化的建设模式，以 GIS软件为支撑平台进行功能设计，实现地下管线管理所需的查询、分析、综合、统计和辅助决策等功能，重在功能、数据、模型的分析与设计。（2）研究在运营管理中管线信息化应用，输水管线工程竣工阶段开展动态管线测量工作，保证管线数据的动态更新，探索管线信息化的共享应用问题。1.3.3研究方法和技术路线在论文中运用调查法、演绎法等方法进行管线信息化建设及应用的研究。在研究过程中运用GIS等的现代技术手段，利用南堡某输水管线工程的相关数据资料进行管线信息化建设，并在管线建设管理的各阶段加以应用，解决施工中的相关问题，提升后期维护管理的水平。深入研究并掌握管线信息化建设及应用的普遍规律

41、和一般方法，进而根据工程实例的特点有针对性地进行管线信息化建设，并在施工和管理中加以应用。在建设施工阶段，可以利用ArcGIS软件二次开发进行管线信息化建设，并实现部分功能指导施工，对关键部位的施工方案进行优化，并通过对施工的动态测量，对管线数据信息进行修正、优化，保证数据的动态更新；在接下来的维护与管理中可方便的将管线信息加以应用，并将相应的管线数据信息化提交相关部门留存，形成共享的机制，在使用过程中有变化的部分可进行随时更新并将更新后的信息随时提交各相关管理使用部门。最终通过管线信息化建设并将其在工程的建设和维护管理各阶段加以应用，提升工作水平，提高工作效率。初步建立管线信息化模型施工图数

42、据录入进行管线信息化的功能设计规划部 门管理部 门使用部 门实现部分数据录入、查询、分析等功能共享管线数据信息通过管线信息化的建设和应用，提升管理水平和效率图1 技术路线图Fig.1 Technology route map解决施工中的相关问题竣工动态测量数据使用管理期间数据动态更新深入研究并掌握管线信息化系统建设及应用的普遍规律和一般方法第2章 理论基础和相关技术2.1地理信息系统地理信息系统（GIS）是以采集、存储、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息决策支持系统。美国国家地理信息与分析中心（NCGIA）于1988年曾给地理信息系统下过一个定义

43、：为了获取存储检索分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。GIS是以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，主要涉及地理学、测量学、制图学、摄影测量与遥感、计算机科学等领域。GIS是管理和研究空间数据的技术系统、在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据（包括地理实体的空间数据和属性数据）的有效管理、研究各种地理实体及相互关系，通过对多种地理要素的综合分析，迅速地获取满足应用需要的信息，并以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。广义上讲，地理信息系统由硬件设备、计算机软件、数据和用户四大要素组成

44、。硬件设备包括数据存储设备、输入设备、输出设备；数据包括与地理实体相关的各种定量数据和定性数据：用户则是地理信息系统服务的对象。狭义的地理信息系统仅指计算机软件，软件部分由五个子系统组成（如图2.l所示）。图2.1 GIS软件的结构组成数据采集 是解决把现有资料转换为计算即可处理的形式，按统一的参考坐标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织到数据库中的处理过程。数据的采集方法包括：现有地图数字化、野外测量数据、航空摄影测量、数字式地理信息处理、属性数据和文字信息的录入等。数据编辑 指对地理信息系统中的空间数据和属性数据进行数据组织和修改等。包括空间数据编辑和属性数据编辑，空间数据编辑就是利用地

45、理信息系统软件工具，对现有的己采集到的空间数据进行处理和再加工的过程。数据存储管理 地理数据不仅具有地理目标的空间位置与形状的三维信息，而且还有空间关系和属性信息；它不但描述地理目标的现状，还可描述地理目标的过去和预测未来，可以具有第四维的时间信息；作为各种专题信息的公共空间载体，数据的一致性和稳定性、权威性要求很高，并与各类专题数据相关，涉及面广，数据共享性强。查询与空间分析对单幅或多幅专题图件进行分析运算和指标量算。地理信息系统的查询与空间分析功能是GIS的主要特色功能，是区别于一般地图制作系统的主要特点。输出与表示 输出与表示是指将GIS内的原始数据或经过系统分析和转换后重新组织的数据以

46、某种用户可以理解的方式提交给用户；表示方式可以是地图、表格、图表、文字、数字、影像等。本文所提到的地理信息系统均是指狭义上的地理信息系统。2.2地下管线系统一条管线就是由管线点按一定连接关系构成的线，代表实际管线的走向。管线要实现在计算机内的管理就必然面对如下问题：管线的起点、终点位置；管线的属性数据（如管径、材料、埋设方式等）的特点及其表示方法；管线点的性质。要解决上述问题，就必须对信息系统内的每条管线给出严格的定义，这关系到整个地下管线信息系统的综合查询、网络分析、断面生成等综合功能的实现。地下管线分为地下管道和地下电缆两大类：地下管道包括给水、排水、煤气、热力及工业管道；地下电缆包括电力

47、及电信电缆。 各大类仍可向下细分，各类管线又设有不同的建筑物、构筑物以及附属设施，具体如表2.1所示。表2.1 地下管线的分类专业建（构）筑物附属设施给水水源井、给水泵站、水塔、清水池、净化池阀门、水表、消火栓、排水阀、排泥阀、预留接头、各种窨井排水排水泵站、沉淀池、化粪池、净化构筑物、暗沟、地面出口检查井、跌水井、水封井、仲洗井、沉泥井、排污装置燃气、热力、工业抽水井、调压房、煤气站、锅炉房、动力站、储气罐、冷气塔浓缩器、排气(排水、排污)装置、凝水缸、各种窨井电力变电所、配电室、电缆检修井、各种塔（杆）杆上变压器、露天地面变压器通讯电缆检修井、控制室、变换站、塔、杆、增音站、差转台交接箱、

48、分线箱、各种窨井这些建、构筑物和附属设施按照其本身的运转特性有机结合，构成城市的生命线工程。以给水管网为例，它是一个由各种管道、水源、泵站、水塔、调节阀（减压阀，止回阀等）、用户等多种设施构成的庞大而复杂的输水管道系统。地下管线GIS的几何数据与属性数据可以用如图2.2所示的方法连接起来。 地下管线 管线的线 管线点 空间数据 属性数据 空间数据 属性数据图2.2 地下管线的层次结构示意图地下管线信息系统的实现方式之一是由城市各职能部门和各有关行业的实体以各自成熟运行的专业(或专题)GIS以一定方式集成为一体。地下管线信息系统是以城市地下管线信息为主要对象的空间信息系统，地下管线信息自身有确定

49、的空间定位，能够自成体系，它是系统空间信息的一种组成部分。地下管线信息系统就是在GIS基础上开发出来的综合性系统，它与GIS系统一样都包含数据采集、数据编辑、数据存储管理、查询与空间分析五个部分。 城市地下管线信息系统是城市地理信息系统（UGIS）重要的组成部分，是GIS在城市管理中的现实应用，是对GIS的发展和延伸。从功能上来说，城市地下管线信息系统应能快速提供现势性强、真实准确的地下管线信息，并能实现快速查询、综合分析、辅助设计等操作，从而为城市的发展预测、规划决策等管理提供可靠的依据。同时，它不同于一个单纯的MIS（信息管理系统）、DSS（决策支持系统）、 OA（办公自动化系统）等，它是

50、在某种条件下各系统的综合运用，不仅应用于城市管线的日常管理工作，还可以进行城市规划的辅助设计等管理方面。 根据对城市地下管线信息系统的功能要求，可归纳出该系统的如下特征：(1)有效地实现对空间数据（图形数据）和非空间数据（属性数据）这两种不同性质数据的操作和管理。空间数据表示所描述特征的几何位置，非空间数据是对此位置上特征的属性描述，两者有效的结合才能使“GIS的统计与分析”优势得以充分发挥。(2)所需存储、处理的数据量大，内容繁杂。地下管线信息系统以城市地下管线空间信息为主要操作对象，而任何城市的地下管线，都包括电力、通讯、燃气、热力、给水、雨水、污水、工业及各种其它管道。它们隶属于不同的专

51、业部门管理、建设和维修，但又是一个有机的整体。城市地下管线信息系统对这些空间特征的表示，甚至比常规地形特征描述更为复杂。(3)点线相连，有机结合。各种地下管线不同的井位与地面建立联系，如给水管道通过检修井、各种水表、阀门与地面建立关联。在地下管网GIS中，它们以不同的地理特征表达，以MapObjects平台为例，管线用线（line）表示，井位用点（Point）表示，且以不同的图层来区别；而ARCINFO中管线可用弧表示，井位用结点表示，以不同的编码来区别。不论用何种方式，都须构成点、线结合的整体，形成管网的数据结构。(4)三维立体的表示、实现、分析困难。地下管线信息不但数据量大，内容繁杂，更有

52、位于地下，层层叠加的特点。常常在地下上、下交叉多层，每层并排铺设多根管线，各类型管线形成纵横交错的地下管线立体空间。目前普遍使用的二维GIS技术，是采用地下(或地上架空)数据投影至地表，再加以处理。所有这些系统处理的二维平面图形，都定位于地表，在某一位置上，形成“层”。对于这样的二维系统，可以用公式2-1表达：V=f（x, y） (2-1)Vf（x，y，z） (2-2)其中公式2-1中（x，y）是平面坐标，V是对应于此点的属性数据，对子不同的层，V表示不同的含义。对于三维系统，可扩展为公式2-2，其中（x，y，z）是表示空间真实坐标，它在三维空间连续、自由变化，V是表示该点的属性值，有相对唯一

53、性。但由于三维数据结构的复杂性，三维 GIS技术尚存在许多争议。公式 2-2表达地下管网信息在目前阶段还不成熟，而二维系统在对地下管网信息的描述和空间分析方面受到一定限制。(5)决策支持。决策支持在GIS平台基础上建立适合于地下管线信息系统的空间数据分析、规划。城市地下管线信息化建设的目的是实现地下管线信息的共享与应用，为此，我们需要对城市地下管线普查数据和竣工测量数据进行有效管理，建设一个为城市地下管线信息的动态管理和共享应用提供技术支撑的平台。因此，城市地下管线信息化建设的主要任务：一是综合运用地下管线探测技术、测绘技术、数据仓库技术和3S技术，建立城市地下管线现状数据库；二是综合运用计算

54、机技术、网络技术和通讯技术，构建覆盖城市应急指挥中心、政府与地下管线相关的各个职能部门、各专业管线公司等单位间的高效、快速、通畅的信息网络系统；三是加强法规标准建设，规范和完善地下管线信息的收集、整理、采集、处理、存储、交换、传输、分发和应用等环节的管理，提高信息的质量；四是建设城市地下管线信息共享的技术平台，提高城市地下管线管理以及公共基础设施突发事件监测、应急反应、执法监督和指挥决策的能力。具体包括：建立城市综合地下管线现状数据库；建立和完善地下管线信息共享平台基础网络；建立和完善地下管线共享法规标准体系和技术体系；地下管线数据动态更新管理体系建设。本论文的选题是基于南堡开发区的某条输水管

55、线进行研究，利用ArcGIS软件二次开发进行初步信息化建设。城市供水管网信息系统是建立在以动态和静态的管网电子地图为基准，对管线及各种设施进行属性操作。其中包括了查询、定位、分析、统计等功能；对各类统计信息数据进行实时输出；供水管网发生故障后，能在较短的时间内提供关阀方案，发生新情况后能迅速调整方案。实现了供水管网图文一体化的现代化管理。为供水规划、设计、调度、抢修和图籍资料管理提供强有力的科学决策依据，实现分析决策的全计算机操作过程。2.3数据库理论20世纪50年代，随着计算机技术的发展，其应用领域不再局限于科学计算，人们开始使用计算机来管理数据。在数据库出现前，计算机用户是使用数据文件来存

56、放数据的，用户通过对文件的访问来实现对记录的存取。但是这种存取方式下数据间存在着大量的重复，造成了资源与人力的浪费。为了解决这一问题，人们想到将数据集中存储、统一管理，这种方法就慢慢演变成了数据库技术。数据模型（Data Model）是对现实世界数据特征的抽象，是用来描述数据的一组概念和定义。数据库技术根据基于的数据模型不同，主要分为五类：层次模型、网络模型、关系模型、面向对象模型和关系对象模型。（1）层次模型数据库的诞生以20世纪60年代IBM公司推出的数据库管理产品IMS（Information Management Svstem）为标志。IMS是第一个以层次模型来组织和管理数据的数据库。

57、相对于通过访问文件获取数据的方式，层次模型数据库具有结构简单、层次分明，便于在计算机内实现；从根结点到树中任一结点均存在一条唯一的层次路径，为有效地进行数据操纵提供了条件；层次模型DBMS对层次结构的数据有较高的处理效率等优点。同时也有局限性，如对非层次数据使用虚拟记录，大量指针的使用降低了数据使用的效率；对插入或删除操作有较多的限制；查询子女结点必须通过双亲结点等。（2）网络数据库为了克服层次模型结构描述非层次型事物的局限，20世纪60年代末美国数据库系统语言协会（CODASYL，即Conference On Data System Language）下属的数据库任务组对数据库的方法和技术进

58、行了深入的系统研究，并提出了DBTG报告。该报告确定并建立了数据库系统的许多基本概念、方法和技术报告成为网状数据模型的典型技术代表。网络数据模型能够更为直接地描述现实世界；具有存取效率高等良好性能。缺点是数据结构比较复杂，不便于终端用户掌握；其数据定义语言（DDL）、数据操作语言（DML）较为复杂，用户掌握使用较为困难；数据独立性较差。（3）关系数据库关系数据库技术出现在20世纪70年代。1970年，关系数据库随着IBM公司E.F.Codd发表的基于关系模型的数据库论文大型共享数据库数据的关系模型的诞生。20世纪80年代，关系数据库逐渐取代了层次和网络系统所占的市场，经过80年代的发展到90年

59、代已经比较成熟。关系型数据库典型数据库有Oracle公司的Oracle 9i，IBM公司的DB2，还有微软的SQL Server等。关系数据模型具有坚实的理论基础；=二维表不仅能表示实体集，而且能方便地表示实体集间的联系；表示方法统一、简单，便于计算机实现，使用用户使用；数据独立性高等特点。关系数据模型的主要缺点是查询效率常常不如非关系数据模型；不能以自然的方式表示实体集间的联系、语义信息不足、数据类型过少等。（4）面向对象数据库20世纪80年代后期以来，多媒体应用的发展对数据库提出了新的需求，要求数据库系统能存储和处理图形、图像、声音等复杂的对象，并能实现复杂对象的复杂行为。在这种需求的驱动

60、下数据库模型又进入了新的研究阶段面向对象数据库技术（OODBS）的研究。1989年在东京举办的面向对象数据库国家会议上，第一次明确定义了其需要实现的功能，涌现出一系列新一代数据库产品如：Oracle 8、SQL89、SQL92、SQL99等。面向对象数据库可靠性强、速度快、和系统软件的兼容性强，面向对象数据库得到进一步发展，成为第三代数据库的主流数据库；但是可拓展性差、易用性一般（面向对象的数据库概论蒋秀凤）。（5）面向对象的关系数据库由关系模型和面向对象模型混合组成的数据库为面向对象的关系数据库。对象关系型数据库的特点为：对象关系型数据库支持六种基本的空间数据类型，九种拓扑逻辑操作符和空间路

61、径表达；对象关系型数据库丰富了空间数据的管理内容，除数值、字符数据、空间数据外，还利用面向对象特征，支持各种多媒体数据、应用格式数据等，这样能让系统的开发和建设能达到友好的交互功能，丰富GIS地图的表达功能；扩展的SQL语句，摈弃面向对象数据库的缺点，对象关系型数据库继承了关系型数据库的优点，用人性化的SQL语句，达到人机交互的空间查询和分析。本输水管线信息系统是基于ArcEngine软件的二次开发，利用已有的CAD矢量图及1:10000的地形图入库，能够对其实现查询、分析、提供决策等功能。GIS空间数据的基本特征：（1）空间特征：因每个空间对象都具有空间坐标，在存储空间数据的同时需考虑数据的

62、空间分布特征；（2）非结构化特征：通用数据库或是传统数据库的数据记录一般是结构化的，对空间图形信息进行管理的时候难以直接采用关系数据管理系统；（3）空间关系特征：空间数据的空间关系最重要的就是空间拓扑关系，能够方便空间数据的查询和空间分析，但给空间数据的一致性和完整性的维护增加了复杂性；（4）海量数据的特征：数据库在面对海量数据的存储和组织时，在二维空间上划分块或图幅，垂直的方向上划分层在组织海量空间数据。考虑到数据的来源及方便程度，此系统采用基于ArcCatalog的空间数据库为数据库，利用ArcCatalog建立并存储相应的属性信息表，并通过ArcGIS的空间数据引擎ArcSDE对数据进行管理及分析。2.4管线普查、检测等数据采集技术第3章 南堡输水管线信息化建设与应用3.1 工程背景本论文的选题是基于唐山市南堡