基于GIS的城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)研究

張建東 周沛勤

廣東廣量信息測繪有限公司

摘要：本文詳細介紹了 GIS 技術以及組件式 GIS 的發(fā)展狀況，探討并提出了利用 GIS技術實現管線綜合管理模式所建城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的系統(tǒng)目標、體系結構、數據流程、網絡結構以及系統(tǒng)設計的主要內容。

關鍵詞：城市地下管線；綜合管理；信息系統(tǒng)

引言：隨著經濟的發(fā)展、城市規(guī)模的擴大和現代化程度的不斷提高，城市地下管網也越來越龐大、密集，其種類也越來越繁多。相對于城市地下管網的快速發(fā)展，對城市地下管線的管理卻顯得滯后，已根本不能適應管網業(yè)務的增長需求，并在很大程度上制約了城市發(fā)展。因此，需要建立一個應用地理信息系統(tǒng)技術（GIS）的，能夠為城市地下管網科學管理、規(guī)劃設計以及輔助決策等工作服務的城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，實現對城市地下管線全面的信息化管理。

一、地理信息系統(tǒng)及其數據結構

1、地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱 G1S）是近十年來發(fā)展起來的一門綜合應用系統(tǒng)，它能把各種信息向地理位置和有關的視圖結合起來，并把地理學、幾何學、計算機科學及各種應用對象、CAD 技術、遙感、GPS 技術、Internet、多媒體技術及虛擬現實技術等融為一體。廣義來說，它是存儲和處理與地理空間分布有關信息的集合。G1S 主要由以下四部分組成：信息獲取與輸入、數據處理與管理、數據轉換與分析、成果生成與輸出。

地理信息系統(tǒng)是利用數據表達地球表層各種地形地物的計算機系統(tǒng)，它用一組相互關聯(lián)的數據層描述現實世界的眾多地理特征，如圖 3.1 所示。

地理信息系統(tǒng)處理的信息主要由兩類：第一類是反應事物地理空間位置的信息，從計算機的角度可稱為空間數據，它包括點、線、面和三維表面以及彼此之間的拓撲關系；第二類是與事物的地理位置無關，反映事物其他特征的信息，通常被稱為屬性信息。

GIS 系統(tǒng)的功能主要有：①數據輸入、存儲、編輯；②操作運算；③數據查詢、檢索；④應用分析；⑤數據顯示、結果輸出；⑥數據更新。

GIS 能回答和解決以下五類問題：

位置，即在某個地方有什么。

條件，即符合某些條件的實體在哪里。

趨勢，即在某個地方發(fā)生的某個事件及其隨時間的變化過程。

模式，即在某個地方的空間實體的分布模式。

模擬，即某個地方如果具備某種條件會發(fā)生什么。

圖 3.2 為地理信息系統(tǒng)的結構示意圖

2.組件式GIS

組件式 GIS，即 Com GIS，就是指采用了面向對象技術和組件式軟件的 GIS 系統(tǒng)（包括基礎平臺和應用系統(tǒng)）。Com GIS 的基本思想是把 GIS 的各大功能模塊劃分為幾個組件，每個組件完成不同的功能。各個 GIS 組件之間，以及 GIS 組件與其它非 GIS 組件之間，都可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的 GIS 基礎平臺以及應用系統(tǒng)。

① GIS軟件技術體系的發(fā)展

GIS軟件技術體系主要指 GIS軟件的組織方式，依賴于一定的軟件技術基礎，決定了 GIS軟件的應用方式、集成效率等許多方面的特點。從發(fā)展歷程看，GIS軟件技術體系可以劃分為六個階段，即：GIS模塊、集成式 GIS、模塊化GIS、核心式 GIS、組件式GIS和萬維網 GIS。

GIS軟件技術的發(fā)展經歷了從簡單到復雜、從單一功能到多功能的逐漸成熟完善的發(fā)展過程。傳統(tǒng) GIS大多是基于十多年前甚至更早的技術體系設計和開發(fā)的，在很大程度上限制了 GIS軟件的進一步發(fā)展和應用。計算機技術和全球信息技術的飛速發(fā)展，特別是面向對象（Oject-Oriented）、可視化程序設計、組件式軟件（Components Software）、分布式計算（Distributed Computing）、多媒體（Multimedia）和 Internet/Intranet等技術的不斷出現和廣泛應用，對 GIS 提出了新的技術要求，GIS軟件發(fā)展到一個全新的階段，出現了組件式 GIS（Components GIS，簡稱Com GIS）和萬維網 GIS（簡稱Web GIS）。

組件式 GIS不是一種小技術在 GIS軟件開發(fā)中的應用，而是一種全新的 GIS軟件技術體系。不僅僅是 GIS，組件式軟件技術給整個軟件產業(yè)帶來了一場技術革命

② 組件式 GIS的特點

組件式 GIS為新一代 GIS應用提供了全新的開發(fā)工具。同傳統(tǒng)的 GIS軟件相比，Com GIS 軟件具有如下多方面的特點：

1）系統(tǒng)集成

使用組件式 GIS構造應用系統(tǒng)的基本思路是：讓 GIS組件做 GIS的工作，其他功能讓其他的組件去完成，GIS組件與其他組件之間的聯(lián)系由可視化的通用開發(fā)語言來建立，如：Visual Basic、Delphi、C++ Builder、Power Builder、Visual Foxpro等，這些開發(fā)語言建立了應用系統(tǒng)的框架。組件式GIS 提供了實現GIS功能的組件，專業(yè)模型則可以使用這些通用開發(fā)環(huán)境來實現，也可以插入其它的專業(yè)性模型分析控件。因此，使用組件式 GIS可以實現高效、無縫的系統(tǒng)集成，如 GIS與辦公自動化的集成，GIS與GPS數據遠程網絡傳輸和多媒體的集成等等。

2）開發(fā)語言

組件式 GIS不需要專門的 GIS二次開發(fā)語言，只需實現 GIS 的基本功能函數。組件式 GIS與其他集成環(huán)境的交互 Active X 控件標準開發(fā)接口。有利于減輕 GIS軟件開發(fā)者的負擔，而且增強了 GIS軟件的可擴展性。組件式 GIS的用戶則不必掌握專門的 GIS開發(fā)語言，只需熟悉基于 Windows平臺的通用集成開發(fā)環(huán)境，以及組件式GIS各個控件的屬性、方法和事件，就可以完成應用系統(tǒng)的開發(fā)和集成。組件式 GIS 控件可以跨語言使用，目前，可供選擇的開發(fā)環(huán)境很多，如 Visual C++，Visual Basic，Visual Fox Pro，Delphi，C++ Builder以及Power Builder等。

3）可擴展性

在組件式軟件技術背后，有一個十分龐大的組件資源庫，用戶可以從不計其數的組件中挑選需要的組件與組件式 GIS 一起集成應用系統(tǒng)，極大地擴展了 GIS 的功能。

4）可視化程序設計

使用組件式 GIS 控件集成應用系統(tǒng)，能可視化地設計系統(tǒng)界面，在窗口上布局按鈕、列表框、圖片框和 GIS 控件，可以立即反饋窗口界面的外觀，實現所見即所得（What you see，what you get --WYSWYG）的界面設計。

5）可伸縮性

組件式GIS 提供空間數據的采集、存儲、管理、分析和模擬等功能，至于其他非GIS 功能（如關系數據庫管理、統(tǒng)計圖表制作等）則可以使用專業(yè)廠商提供的專門組件，有利于降低 GIS 軟件開發(fā)成本。另一方面，組件式 GIS 本身又可以劃分為多個控件，分別完成不同功能，用戶可以根據實際需要選擇所需控件，降低了用戶的經濟負擔。

二、信息系統(tǒng)的特點與軟件環(huán)境

1.城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的特點

城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)就是指利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術和其他專業(yè)技術，采集、管理、更新、綜合分析與處理城市地下管線信息的一種技術系統(tǒng)。它同一般的 GIS 相比，具有一下特點：

① 城市地下管理信息系統(tǒng)是一個四維的系統(tǒng)，隱蔽性決定了時間及三維空間動態(tài)的復雜性。

② 隱蔽性、埋設位置的集中性也決定了地下管線數據的重要性，數據的完整性、可靠性與準確性（高精度）是城市地下管線管理信息系統(tǒng)的使用性關鍵。

③ 非常重視線段間的連接性和彼此的關系，必須具有綜合的網絡分析能力，如拓撲關系、最短路徑分析、管線事故分析。選線分析等。

④ 城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)是一個信息在空間分布上極不均勻的空間異質系統(tǒng)，建成區(qū)內密度大，從中心向城市邊緣急劇減少。

⑤ 城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)必須將地下、地上的各種管線全部納入，以便統(tǒng)一的管理。

⑥ 城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)必須同管線探查、測量和成圖系統(tǒng)具有良好的銜接能力，以便通過管線普查、竣工測量等方式確保系統(tǒng)數據的采集與現勢性。

⑦ 城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)通過 Internet 與各個已經建立的專業(yè)子系統(tǒng)相連，并能夠通過一定的訪問權限實現多源數據的互操作，即異構數據與異地數據的互讀、互寫。

2.城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的軟件環(huán)境

本系統(tǒng)選擇的地理信息系統(tǒng)軟件為北京超圖地理信息技術有限公司開發(fā)的新一代地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺——Super Map Object 3.0。Super Map Object 3.0 是全組件、開放式的軟件系統(tǒng)，集成了目前國際上比較先進的 GIS 軟件開發(fā)技術，如 COM技術、海量數據壓縮、多源空間數據無縫集成、線性四叉樹快速索引等，并可方便地嵌入到流行開發(fā)程序設計語言（如VC、VB、Delphi）中，使用戶可以方便快捷地開發(fā)出基于 Windows 風格的各類基于 GIS 的應用系統(tǒng)。

當前基于組件開發(fā)的重要規(guī)范有 Microsoft 的 COM/DCOM、OMG的CORBA和Sun的 Java Bean。Microsoft的 COM/DCOM占市場核心地位，已經逐漸成為業(yè)界事實上的標準?；贑OM/DCOM 規(guī)范，Microsoft 推出了Active X 技術，Super Map Objects 2003 即是基于 Active X技術開發(fā)的。Supermap 的Active X控件實質是一種可編程、可重用的對象，封裝了地理信息系統(tǒng)絕大部分的功能。Super Map 控件通過屬性、事件和方法等接口與應用程序通訊，利用可視化編程語言集成不同的控件，實現對 Super Map 二次開發(fā)。Supermap 組件具有開發(fā)方便、易于與其它系統(tǒng)集成、良好的擴展性、強大的伸縮性和較高的性能價格比等優(yōu)點。

結束語

通過研究，結合現今所采用的各種管線管理方法進行分析，無論是理論上的科學性還是實踐的可靠性，均表明 GIS 技術對城市地下管線的綜合管理具有巨大的優(yōu)越性。

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上接第461頁

引入了Ba2+，造成新的污染。

（2）以氫氧化鉻或三氧化二鉻形式回收

該法首先是把六價鉻還原成三價鉻，再把三價鉻沉淀為氫氧化鉻，進一步把氫氧化鉻加熱脫水，則變成三氧化二鉻。含鉻廢水中的六價鉻在酸性條件下是以C r2O72 -形式存在，而在堿性條件下是以C rO42 -形式存在。在酸性條件下六價鉻的還原反應速度較快，故要求還原反應pH <4，最佳pH 值為2.5～3.0。

5、含其他重金屬離子的廢水處理

電鍍廢水中的其他重金屬離子一般是指銅、鋅、鎳、鎘等，它們有一種共性，在堿性條件下可形成氫氧化物沉淀；若加入硫化鈉，則形成硫化物沉淀。氫氧化物沉淀和硫化物沉淀的有關數據如表1。

表1 電鍍常用重金屬氫氧化物和硫化物的有關數據

從表1 可以看出，Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Fe2+重金屬的硫化物容度積要比其氫氧化物容度積小很多，因此金屬離子沉淀會更徹底；但由于硫化物形成的絮團很小，沉降緩慢，需另加凝絮劑；另外生成的金屬硫化物，是有潛在毒性的物質，需進行再處理。因此調整廢水的pH 值到6.8～9.7，使之形成重金屬氫氧化物沉淀較好。金屬氫氧化物沉渣還可以進一步進行回收性的無害化處理。

三、結束語

實踐證明用以上所述工藝處理電鍍廢水，首先能夠大幅度地降低廢水的排放量；根據系統(tǒng)分別處理電鍍廢水，簡潔化了處理方法，是的處理效果提高；鑒于回收鉻等重金屬，能夠有效防止污泥對環(huán)境造成的二次污染。因此，這種方法有近一步研究完善和推廣的必要。

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