關(guān)于開發(fā)鄭州市天然氣輸配管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的探討

一、必要性及可行性

必要性：

鄭州市燃氣管網(wǎng)地下設施從1985年開始敷設至今，已有十六年的時間。據(jù)最新資料統(tǒng)計，截止2001年初，已敷設長輸管線76KM，市區(qū)中壓管道380KM，庭院管道1100KM，門站兩個，干式儲氣柜3個(共20萬立方米)，年供氣量8500萬立方米， 日最大供氣量42萬立方米，供氣面積覆蓋120平方公里，民用戶36萬戶，公福戶860戶，工業(yè)用戶38戶。以往對這些信息的保存、調(diào)用，均以圖紙檔案的方式。隨著管網(wǎng)建設規(guī)模的不斷擴大及時間的流逝，新老資料越積越多，許多已鋪設的管線需要維修、維護，同一管線由于改造會．出現(xiàn)多份資料，從而給管理帶采混亂。隨著類似問題的積累，給管網(wǎng)正常，維護與維修造成困難，影響對故障的搶修，而搶修時間的延誤會造成更大的經(jīng)濟損失。隨著計算機應用技術(shù)的不斷發(fā)展，對地下管網(wǎng)設施信息的保存、調(diào)用，目前已發(fā)展到“智能”化的程度�；�于計算機地理信息系統(tǒng)技術(shù)，可高效、快速、準確的調(diào)出所需要的管網(wǎng)信息，并具有一定的分析功能，為搶險、維修、規(guī)劃燃氣管網(wǎng)提供了方便、快捷的手段。地理信息系統(tǒng)的開發(fā)，是行業(yè)發(fā)展、邁向高效管理的必由之路。國外發(fā)達國家的發(fā)展證實了這一點。結(jié)合公司已建和在建的CAD設計系統(tǒng)，計算機調(diào)度系統(tǒng)，用戶服務系統(tǒng)以及內(nèi)部網(wǎng)辦公自動化系統(tǒng)，開發(fā)天然氣輸配管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)是十分必要的。

可行性：

目前，國內(nèi)流行的地理信息開發(fā)軟件有Maplnfo，ArcView，MAPGIS，GeoStar等。比較這些軟件開發(fā)平臺，ArcView適用于較大的地理信息系統(tǒng)，它是由美國ESRI公司研制的ARC/INFO平臺系列產(chǎn)品，是GIS技術(shù)的先驅(qū)，適用于各種尺度應用系統(tǒng)的開發(fā)，尤其是較大的系統(tǒng)多采用該穩(wěn)定的開發(fā)平臺。其它系統(tǒng)則用于開發(fā)較小型的地理信息系統(tǒng)、桌面制圖及管理系統(tǒng)。

經(jīng)考察，分析如下：

1．地理信息系統(tǒng)的開發(fā)，屬于計算機領(lǐng)域的應用開發(fā)，能否成功，取決于開發(fā)人員對應用軟件的熟悉程度。基于平臺的開發(fā)工作，是一種高級語言的開發(fā)，系統(tǒng)提供了大量的基本工具庫，經(jīng)過短期學習和培訓，能夠較快的掌握平臺，具備基本的應用能力。

2. 地理信息系統(tǒng)的開發(fā)，需要有燃氣行業(yè)地下管網(wǎng)的知識、資料，公司有這方面的優(yōu)勢。綜上所述，開發(fā)鄭州市天然氣輸配管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)是可行的。

二、系統(tǒng)設計原則

為使地理信息系統(tǒng)的實施滿足公司現(xiàn)階段的需要，并使之成為鄭州市綜合地理信息的一部分，另外考慮在系統(tǒng)內(nèi)容及功能方面進一步拓展的需要，系統(tǒng)設計應遵循，以下原則：

1．標準化原則：系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分類編碼應嚴格遵循現(xiàn)有的國家標準、行業(yè)標準，除此之外，還應制定適合鄭州市特點的具有區(qū)域推廣應用價值的地方標準。

2．完備性原則：數(shù)據(jù)庫中存儲的圖形及屬性等信息，應能滿足系統(tǒng)的正常運行和用戶日常工作的需求。系統(tǒng)具有的功能應當完成系統(tǒng)總體方案定義的全部功能，并提供友好的用戶界面。

3．可靠性的原則：一是數(shù)據(jù)可靠性，圖形信息和屬性數(shù)據(jù)準確可靠，并可及時補充、更新和備份已變動的數(shù)據(jù)。二是系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)無故障率須達到用戶的管理要求，并具備良好的安全保密措施。此外，系統(tǒng)還考慮到數(shù)據(jù)的兼容性及技術(shù)先進性等原則。

三、系統(tǒng)開發(fā)硬件環(huán)境

系統(tǒng)開發(fā)硬件環(huán)境建設原則是：依托公司現(xiàn)有的或即將建設的網(wǎng)絡環(huán)境及設備基礎，增加具有適合地理信息系統(tǒng)開發(fā)的圖形工作站，可進行數(shù)據(jù)共享的網(wǎng)管地理信息服務器。

四、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)采用windows NT 或(windows 2000)操作系統(tǒng)。GIS軟件的選擇：經(jīng)考察國內(nèi)已建成的天然氣管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，大多采用國外的GIS軟件。國內(nèi)自行研制的GIS軟件，雖經(jīng)幾年發(fā)展有了相當?shù)幕�礎，但在功能的穩(wěn)定性和二次開發(fā)上與國外軟件尚存在距離。

國外典型GIS性能比較：

經(jīng)調(diào)研分析，專業(yè)軟件采用美國ESRI公司的ARC／INFO系列產(chǎn)品。

理由如下：

1．ESRI公司于20世紀70年代開始研制GIS軟件產(chǎn)品，是公認的GIS軟件鼻祖，現(xiàn)仍是GIS軟件的領(lǐng)頭羊。產(chǎn)品系列全，穩(wěn)定性。

2．ARC／工NFO系列產(chǎn)品不僅具有強大的空間數(shù)據(jù)管理功能，而且其分析功能是其它GIS軟件所無法比擬的。尤其是網(wǎng)絡分析功能十分強大，這一功能在管網(wǎng)故障分析中是不可或缺的，它對系統(tǒng)的深層次開發(fā)具有重要意義。

3．在數(shù)據(jù)兼容方面具有優(yōu)勢。由于系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)開放功能，可直接讀取關(guān)系數(shù)據(jù)庫文件，可無須轉(zhuǎn)換直接讀取AUTOCAD圖形文件。目前，設計室采用的AUTOCAD設計圖紙，本系統(tǒng)可直接引用。

4．鄭州市規(guī)劃局及鄭州市房地產(chǎn)局所建的市區(qū)1：10000和1：500電子地圖均采用ARC／INFO系統(tǒng)，為以后使用大比例尺圖提供可能。

五、系統(tǒng)前期的預研

天然氣管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)是一個較為復雜的圖形和數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的系統(tǒng)。系統(tǒng)基礎信息資料的規(guī)范化采集輸入以及日后的系統(tǒng)維護是本項目的難點所在。應該本著“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施”，邊建設邊應用，有投入有效益的原則，既要為公司節(jié)約項目開發(fā)資金，又要建立起穩(wěn)定可靠，切實可用的天然氣管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)。任何急功近利，急于求成，幻想一步到位的開發(fā)思想，都是不切實際的。這樣做的結(jié)果，必將給本項目留下后患，給公司造成損失。

采用前期預研的方法，充分利用當?shù)氐募夹g(shù)優(yōu)勢和力量，可避免走彎路，減少系統(tǒng)開發(fā)后續(xù)服務的費用。地理信息系統(tǒng)的最大特點之一是：基礎地理信息采集數(shù)據(jù)量大，信息的現(xiàn)勢性強。應充分利用眾多相關(guān)的鄭州市地理信息基礎數(shù)據(jù)，并考慮逐年更新、充利用這些資源的便利性，有利于開發(fā)后的信息數(shù)據(jù)維護、城市管網(wǎng)規(guī)劃。避免因到非專業(yè)部門獲取數(shù)據(jù)由于格式不統(tǒng)一而造成的大量問題。

預研步驟：

利用ArcView系統(tǒng)在鄭州市1：10000的電子地圖上進行項目預研。預研的內(nèi)容有：

1．將鄭州市天然氣主干管網(wǎng)1：1000的地理信息輸入系統(tǒng)。

2．建立系統(tǒng)的信息采集、資料管理、輔助設計、信息分析等功能。

3．通過預研，系統(tǒng)應基本具備的功能有：

(1) 查詢(包括：按地段、按型號、按類型等)

(2) 分析(包括：管網(wǎng)故障影響地域等)

(3) 統(tǒng)計(基于地圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,如：管段長度、閥門總數(shù)等)

(4) 編輯(包括：基本圖形要素<點、線、面、圓、矩形、多邊形等>)的增、刪、改的編輯。并能記錄權(quán)限，若無權(quán)，則禁止修改。

(5) 屬性數(shù)據(jù)的修改

(6) 圖形表格輸出

另外；還應熟悉圖層勘口、測量、視窗變換、數(shù)據(jù)維護更新、備份，圖例顯示、修改、編輯、立體圖形顯示等功能。

六、系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系

圖形數(shù)據(jù)層次的設計應兼顧通用性和方便實用的原則，分為基礎地理信息數(shù)據(jù)、專業(yè)應用數(shù)據(jù)�；�礎地理信息數(shù)據(jù)：含道路層(街區(qū)層：主干道、次干及支路)、單位、鐵路、水系層、建筑物層、其他市政管線層(預留)等。專業(yè)數(shù)據(jù)層：含主干管層、支管層、專用結(jié)點(水井、閥門等)層、用戶層、注記層等。

1． 圖形數(shù)據(jù)

基于1：1000電子地圖上的內(nèi)容：高中低壓管線、閥門及單體圖、主要管件、調(diào)壓站、儲配站、輔助信息圖等。

2． 屬性數(shù)據(jù)

(1) 管線屬性數(shù)據(jù)：管徑、材質(zhì)、埋深、管線性質(zhì)(中、低壓橋管、隧道)、管線等級(出廠站管、環(huán)線、干管)；

(2) 設施屬性數(shù)據(jù)：閥門銘牌、類型、轉(zhuǎn)向和圈數(shù)；調(diào)壓器類型、大小、進出管口徑、出口壓力、有無壓力監(jiān)測等；

(3) 歷史性數(shù)據(jù)：埋設日期、維修記錄、接口形式等。

(4)輔助型數(shù)據(jù)：

a．統(tǒng)計型數(shù)據(jù)：可按口徑、壓力級別、影響范圍、故障類型、調(diào)壓器類型、管齡和材質(zhì)等進行統(tǒng)計分析；

b．說明型數(shù)據(jù)：用戶調(diào)壓氣的壓力要求、與之相關(guān)聯(lián)的有關(guān)信息。在具有1：1000鄭州市地圖基礎數(shù)據(jù)的基礎上，對1：1000市區(qū)圖的管網(wǎng)分布進行布丁式方法錄入。

七、系統(tǒng)主要功能

根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能及圖形分類原則，進行計算機編程模塊設計。主要分為：

(一)數(shù)據(jù)錄入模塊設計：其中包括干管錄入模塊；支管及入戶管錄入模塊；管網(wǎng)屬性資料錄入模塊。

(二)查詢模塊設計：其中包括管網(wǎng)圖形信息查詢模塊；管網(wǎng)屬性信息查詢模塊；

查詢功能：

1．實現(xiàn)圖數(shù)及數(shù)圖查詢。即可在圖形目標上進行查詢并將查詢結(jié)果以新圖表示，同時檢索出相應屬性庫；也可以根據(jù)屬性進行任意復雜程度的邏輯查詢，并將查詢結(jié)果以圖形方式表示。具體可分為：管線線狀信息查詢；檢修管網(wǎng)、閥門等特殊結(jié)點查詢；管線斷面信息查詢；參考點位圖查詢；指定點重新生成點位圖；圖元量算(指定區(qū)域內(nèi)點數(shù)、指定管線長度、指定點間距等)

2．管道資料查詢：可按口徑、壓力級別、影響范圍、故障類別、調(diào)壓器類型、維修日期、管齡和材質(zhì)等進行查詢；

3．閥門資料查詢：可按閥門編號、維修日期等進行查詢；

4．調(diào)壓器資料查詢：可按調(diào)壓器編號、類型、維修日期等進行查詢；

5．歷史資料查詢：可查詢改建前的管道、閥門、調(diào)壓器等資料；

6．規(guī)劃資料信息查詢：如規(guī)劃新的煤氣管網(wǎng)等。

7．地址匹配查詢：用地址匹配功能，用戶臺巨快速有效的獲得所需要的地圖。

8． 預留：相關(guān)自來水、污水、電纜、電訊設施查詢；管網(wǎng)輸配實時信息查詢。

(三)日常工作管理模塊：其中包括文件資料管理模塊；系統(tǒng)維護管理模塊；

(四)分析模塊

管網(wǎng)圖形信息分析模塊提供以下功能：

1．圖層疊加分析功能。提供多種比例尺、多層次圖形選擇疊加。提供不同比例尺圖形的無級放大及在不同視野范圍內(nèi)的自動顯示控制。

2．提供主要圖形信息的漫游功能；爆管處理：根據(jù)爆管點確定管位，氣體泄露量，確定關(guān)閘方案等。

3．閥門開關(guān)影響范圍分析。

4．管網(wǎng)跟蹤：當某一段泄露時能快速找到應關(guān)閉的閥門，準確找到應隔離的用戶，有助于隔離決策。

5．具有對現(xiàn)有圖形數(shù)據(jù)歸納分析的功能，為應急處理和調(diào)度起輔助決策作用。

6．地圖測量

(五)輔助設計模塊：

該功能能通過AUTOCAD實現(xiàn)，開發(fā)輔助設計子系統(tǒng)技術(shù)具有管網(wǎng)的平面設計；管網(wǎng)縱斷面設計；常規(guī)設計工具；設計圖紙輸出；修改原設計及設計變更資料管理等功能；同時設計數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換程序，將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入ArcView系統(tǒng)。

(六)文字資料及表格管理功能：

系統(tǒng)實現(xiàn)對文字資料、表格數(shù)據(jù)、圖紙檔案的電子化管理。

(七)統(tǒng)計模塊：

管網(wǎng)屬性信息統(tǒng)計模塊提供以下功能：基于地圖數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。提供用戶日常工作中常用的統(tǒng)計功能。如：統(tǒng)計管網(wǎng)公里數(shù)、管段長度、閥門總數(shù)等。

(八)編輯模塊

基本圖形要素<點、線、面、圓、矩形、多邊形等>的增、刪、改的編輯。并能記錄權(quán)限，若無權(quán)，則禁止修改。

屬性數(shù)據(jù)的修改

不同圖層數(shù)據(jù)復制

圖形表格輸出

視窗變換

數(shù)據(jù)維護與更新

數(shù)據(jù)備份

(九)輸出模塊：

其中包括圖形輸出模塊；屬性信息統(tǒng)計分析報表輸出模塊。

八、 信息輸入步驟

以覆蓋鄭州市36萬用戶的六個管網(wǎng)所為基礎，在1：1000的鄭州市電子地圖上準確的做出天然氣管網(wǎng)地理信息圖，并輸入相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。本步驟完成后，可提供調(diào)度中心，搶險部門試用，提出修改完善意見，以建立完善的系統(tǒng)框架。

由于管網(wǎng)信息需每年維護，所以，應在年度管網(wǎng)普查、拆遷、規(guī)劃、維護中對計算機地理信息系統(tǒng)資料進行維護，以保證本系統(tǒng)建立后，切實發(fā)揮．出它的作用。

以上為我們對開發(fā)鄭州市天然氣輸配管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的粗淺認識，不當之處請指正。

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