摘要：本文對(duì)計(jì)算機(jī)管理閥門的方法進(jìn)行了一般性的介紹，對(duì)在通用GIS平臺(tái)上，利用二次開發(fā)的方法開發(fā)爆管關(guān)閥分析系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)論述。并在此基礎(chǔ)上，介紹了利用AUTOMAP3.0開發(fā)閥門管理系統(tǒng)的步驟、方法，重點(diǎn)論述了爆管分析功能模塊程序的開發(fā)。最后，通過一個(gè)實(shí)例說明了該系統(tǒng)在實(shí)際工作中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)管理 閥門 GIS
閥門管理是給水管網(wǎng)管理的重要內(nèi)容之一，閥門的啟閉，是管網(wǎng)局部停水檢修的唯一方法，同時(shí)也對(duì)用戶的水量、水壓造成直接的影響。閥門管理工作中還存在許多問題，如：閥門的位置在現(xiàn)場(chǎng)難以確認(rèn)；閥門的運(yùn)行狀況難以確定，不知是否能正常啟閉；管網(wǎng)中的某一點(diǎn)停水時(shí)，需關(guān)閉哪些閥門；關(guān)閉這些閥門后對(duì)哪些用戶會(huì)產(chǎn)生影響難以估計(jì)；這些問題靠人工進(jìn)行閥門管理是難以解決的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行管網(wǎng)閥門的管理已經(jīng)成了一種必然。
1. 計(jì)算機(jī)進(jìn)行閥門管理方法簡(jiǎn)介
計(jì)算機(jī)進(jìn)行閥門管理最簡(jiǎn)便的方法是建立閥門的數(shù)據(jù)庫，并在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立MIS系統(tǒng)。這種方法是最初步的方法。其程序編制簡(jiǎn)單，利用通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)如FOXPRO、ORACLE等就能達(dá)到要求。但由此建立的MIS系統(tǒng)只能對(duì)閥門的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)等操作，而不能進(jìn)行圖形的查詢，更不能進(jìn)行爆管關(guān)閥等專業(yè)分析。
隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行閥門的管理已成為可能。GIS系統(tǒng)將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)鏈接在一起，統(tǒng)一進(jìn)行管理。建立系統(tǒng)后使用者可以進(jìn)行由圖查數(shù)、由數(shù)查圖的雙向查詢操作，標(biāo)有閥門精確位置的圖形、閥門的屬性數(shù)據(jù)能同時(shí)顯示在同一屏幕上，方便、直觀。GIS系統(tǒng)最初是利用FORTRAN、C++等專用語言進(jìn)行開發(fā)的，由于開發(fā)的難度較大，所以系統(tǒng)的應(yīng)用一直都不很成熟。后來，出現(xiàn)了商品化的通用GIS軟件平臺(tái)，如：ARCINFO、MAPINFO、AUTOMAP等，系統(tǒng)開發(fā)人員在這些軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，按照自己的需要進(jìn)行二次開發(fā)，形成專業(yè)的GIS系統(tǒng)。這種方法由于開發(fā)工作量小，開發(fā)效率高而被廣泛采用。
隨著用戶要求的不斷增加，GIS系統(tǒng)功能也不斷得到完善。除了通用的圖數(shù)雙向查詢功能外，多媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治黾夹g(shù)等不斷應(yīng)用于GIS系統(tǒng)。如：AUTOMAP中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿K具有最短路徑分析，洪水淹沒分析及緩沖區(qū)分析等功能，按照用戶的應(yīng)用要求不同，開發(fā)人員可以利用系統(tǒng)提供的功能函數(shù)開發(fā)自己的專業(yè)程序。
2. 爆管關(guān)閥分析系統(tǒng)的建立
深圳市自來水公司一直在進(jìn)行利用GIS系統(tǒng)管理閥門的嘗試，最后，在AUTOMAP的基礎(chǔ)上，利用二次開發(fā)的方法，我們建立了閥門管理的GIS系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了爆管分析的子程序。該系統(tǒng)包括8000多條市政管線，3000多個(gè)市政管線上的閥門，3000多個(gè)大用戶數(shù)據(jù)?，F(xiàn)將系統(tǒng)的開發(fā)方法說明如下：
2.1 原始數(shù)據(jù)收集、整理
要建立閥門管理的GIS系統(tǒng)，應(yīng)首先繪制給水管網(wǎng)圖形。公司在對(duì)全市管網(wǎng)竣工圖調(diào)查的基礎(chǔ)上，繪制了全市的1：10000市政給水管網(wǎng)圖，并在圖上精確繪制了市政管線上的閥門。后經(jīng)幾年的不斷修改、完善，市政管線、閥門的位置及精度基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的要求。其后，我們又發(fā)動(dòng)各分公司對(duì)全市的閥門情況進(jìn)行了大規(guī)模的普查，共收集了全市5000多閥門（包括市政及預(yù)留口閥門）的位置及型號(hào)等屬性數(shù)據(jù)，并對(duì)每一閥門定制了閥門卡片，編號(hào)存檔，基本查清了閥門的數(shù)據(jù)。
2.2對(duì)閥門按路名編號(hào)，將閥門基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，建立閥門數(shù)據(jù)庫，同時(shí)建立用戶及管線數(shù)據(jù)庫
為了查詢、統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)查找的方便，閥門的編號(hào)是按各條道路進(jìn)行的，對(duì)于每條路，按從東至西或從南至北的方向?qū)﹂y門按順序依次進(jìn)行編號(hào)。這樣編號(hào)便于現(xiàn)場(chǎng)的查找，也便于按道路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。閥門編號(hào)并整理成卡片后，輸入計(jì)算機(jī)，考慮到數(shù)據(jù)庫的通用性及AUTOMAP外掛數(shù)據(jù)庫的能力，我們選用FOXPRO的數(shù)據(jù)庫格式建立了有5000多條紀(jì)錄的閥門屬性數(shù)據(jù)庫。
為了能分析爆管時(shí)所影響的管段、用戶等數(shù)據(jù)，必須將管線及用戶的屬性數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫。我們同樣利用FOXPRO的數(shù)據(jù)格式，建立了8000多條管線，3000多個(gè)大用戶的屬性數(shù)據(jù)庫。
2.3 利用AUTOMAP提供的整飾功能，對(duì)圖形進(jìn)行整飾，建立正確的拓?fù)潢P(guān)系
AUTOMAP是通用的GIS開發(fā)平臺(tái)，其具有圖形整飾的功能。圖形整飾是將AUTOCAD等格式的電子地圖，整理成為具有正確拓?fù)潢P(guān)系的地圖。具體在閥門管理系統(tǒng)中，就是要建立正確的節(jié)點(diǎn)、管線、閥門的連接關(guān)系。如：在繪制電子圖形中，管線在節(jié)點(diǎn)或閥門處有時(shí)沒有斷開，系統(tǒng)自動(dòng)生成拓?fù)潢P(guān)系時(shí)就會(huì)出現(xiàn)管線與節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤連接，要避免此種錯(cuò)誤，在建立拓?fù)潢P(guān)系前就必須用圖形整飾的功能，手動(dòng)或自動(dòng)地將管線在該節(jié)點(diǎn)處斷開。類似的，在電子圖形中還存在偽節(jié)點(diǎn)、重復(fù)管線、節(jié)點(diǎn)，懸掛節(jié)點(diǎn)等錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤都要利用圖形整飾功能一一進(jìn)行消除。在消除這些錯(cuò)誤后，利用系統(tǒng)的自動(dòng)生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能自動(dòng)生成表示管段、閥門、節(jié)點(diǎn)正確拓?fù)潢P(guān)系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
2.4 將管網(wǎng)圖形上的閥門、管線等圖形與數(shù)據(jù)庫中的閥門數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)建立鏈接關(guān)系
該步驟的工作是建立圖形中的管線、閥門與外部數(shù)據(jù)庫中的閥門、管線及用戶數(shù)據(jù)的鏈接關(guān)系，以便進(jìn)行圖數(shù)的雙向查詢或進(jìn)行爆管關(guān)閥分析時(shí)，搜索相關(guān)的閥門、管段用戶等屬性信息。ＧＩＳ技術(shù)中圖形與屬性數(shù)據(jù)的鏈接方法有許多種，一種方法是將鏈接的屬性數(shù)據(jù)保存在圖形中，圖形與屬性的鏈接關(guān)系也保存在圖形中。一種方法是將屬性數(shù)據(jù)保存在外部數(shù)據(jù)庫，而鏈接關(guān)系保存在圖形中。還有一種方法是屬性數(shù)據(jù)保存于外部數(shù)據(jù)庫中，鏈接關(guān)系也保存于外部數(shù)據(jù)庫中。這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，AUTOMAP中提供了前兩種鏈接方法?？紤]到圖形鏈接的屬性數(shù)據(jù)較多，如果屬性數(shù)據(jù)按第一種方法存取，將會(huì)使圖形文件過于龐大，因此，閥門等屬性數(shù)據(jù)的存取是按第二種方法進(jìn)行的，即屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于外部數(shù)據(jù)庫，而圖形與屬性的鏈接關(guān)系存儲(chǔ)于圖形中。
2.5 利用拓?fù)浞治龉δ芎瘮?shù)編制關(guān)閥分析程序
上述的四步都是進(jìn)行的圖形和數(shù)據(jù)的整理，完畢后就要進(jìn)行爆管關(guān)閥分析系統(tǒng)的二次開發(fā)工作。該系統(tǒng)是以AUTOMAP的內(nèi)嵌開發(fā)語言AUTOLISP進(jìn)行二次開發(fā)而成。包括閥門、管線、用戶等圖數(shù)的雙向查詢、編輯功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能及爆管分析功能等，現(xiàn)以爆管分析功能為例，說明開發(fā)的方法。
爆管分析功能模塊應(yīng)具有管網(wǎng)中某一點(diǎn)出現(xiàn)故障后，計(jì)算管網(wǎng)停水應(yīng)關(guān)閥門及影響管段、用戶的能力，經(jīng)分析，該模塊包括以下子程序：
?、俪跏蓟?
初始化的功能是將拓?fù)潢P(guān)系裝入內(nèi)存，并建立與外部數(shù)據(jù)庫的鏈接關(guān)系。為計(jì)算關(guān)閥方案作準(zhǔn)備。
?、谥付ü收宵c(diǎn)
管網(wǎng)中的故障點(diǎn)可以是管段、節(jié)點(diǎn)或者閥門，使用者可以在圖上用鼠標(biāo)指定。程序返回故障點(diǎn)的拓?fù)銲D號(hào)。
?、坳P(guān)閥方案計(jì)算
進(jìn)行關(guān)閥策略計(jì)算。該子程序主要利用AUTOMAP3.0提供的拓?fù)浞治龊瘮?shù)（FLOOD TRACE函數(shù)）完成。這些函數(shù)提供了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥粉櫟墓δ埽軓狞c(diǎn)、線建立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械哪骋稽c(diǎn)出發(fā)，自動(dòng)追蹤該點(diǎn)的所有連線及相應(yīng)的下游點(diǎn)，直到所經(jīng)過路徑的阻力值之和大于指定值為止。這些函數(shù)能返回所有追蹤到的點(diǎn)、線的拓?fù)銲D號(hào)，從而得到相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。子程序利用這些函數(shù)，生成受影響管段、節(jié)點(diǎn)及應(yīng)關(guān)閥門的數(shù)據(jù)，并在圖上用不同的顏色表示?？梢宰鲞B續(xù)的關(guān)閥方案計(jì)算。
④關(guān)閥方案數(shù)據(jù)查詢及報(bào)告生成
可以查詢受影響管段、節(jié)點(diǎn)、用戶及應(yīng)關(guān)閥門的屬性數(shù)據(jù)，并可以生成文本報(bào)告，以便編輯、打印。
?、輬D形打印
利用AUTOMAP3.0的打印命令打印圖形。
?、迯?fù)位
刪除關(guān)閥方案計(jì)算后的結(jié)果數(shù)據(jù)標(biāo)注及將顏色換為原來的顏色，以備再一次做關(guān)閥策略計(jì)算。
⑦結(jié)束
先將拓?fù)鋽?shù)據(jù)從內(nèi)存中卸下，并斷開與外部數(shù)據(jù)庫的鏈接關(guān)系。然后退出子系統(tǒng)。
3. 應(yīng)用實(shí)例 
該系統(tǒng)已建成，應(yīng)用于深圳市自來水公司，效果良好。例如，如圖所示的局部管網(wǎng)，閥門LHZSE005發(fā)生故障，需要停水維修，利用系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閥分析，所得結(jié)果如圖所示。
其中，停水管段用粗線表示，應(yīng)關(guān)閥門已做了標(biāo)記，相應(yīng)編號(hào)也已標(biāo)注在圖上。系統(tǒng)自動(dòng)生成停水報(bào)表，包括故障點(diǎn)編號(hào)，應(yīng)關(guān)閥門數(shù)據(jù)，停水管段數(shù)據(jù)及影響用戶數(shù)據(jù)等內(nèi)容，如附表所示。
綜上所述，利用GIS的二次開發(fā)技術(shù)，建立閥門管理系統(tǒng)，進(jìn)而建立爆管關(guān)閥分析系統(tǒng)是可行的。系統(tǒng)建立后，將會(huì)對(duì)閥門及停水的管理大有幫助，使閥門管理工作上一個(gè)新臺(tái)階。
深圳市某局部地區(qū)停水關(guān)閥分析結(jié)果表
管網(wǎng)故障部件編號(hào):LHZSE005
影 響 管 段 數(shù) 據(jù)| 管段編號(hào) |
起點(diǎn)編號(hào) |
終點(diǎn)編號(hào) |
管 長(zhǎng) |
管 徑 |
管 材 |
阻力系數(shù) |
| 15287 |
704 |
727 |
15.8 |
100.0 |
|
|
| 14548 |
704 |
714 |
16.0 |
200.0 |
鑄鐵管 |
100.0 |
| 9241 |
695 |
704 |
20.5 |
200.0 |
鑄鐵管 |
100.0 |
| 10181 |
305 |
442 |
273.7 |
400.0 |
鋼筋混凝土管 |
100.0 |
