新疆兵團地下管網信息管理系統的設計與實現

胡捍東，康偉偉

（1.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆兵團地下管網信息管理系統的設計與實現

胡捍東1，康偉偉1

（1.新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

基于ArcGIS Engine 10.0開發平臺，采用C#高級程序設計語言，建立新疆兵團地下管網信息系統。結合新疆兵團城市的特點，闡述了開發背景、設計思路、總體結構設計、功能設計，以及主要功能模塊的開發思路，以期達到對地下管網信息科學管理的目標。

智慧城市；地下管網；信息系統；C#；GIS

1 系統開發模式

城市地下管網信息系統的開發通常遵循GIS開發的3種模式：獨立開發模式、宿主型開發模式和GIS組件式開發模式[1,2]。獨立開發模式不依附于任何GIS工具軟件，且所有算法均由開發者獨立設計，但其工作量龐大，開發周期長；采用宿主型開發模式開發的系統功能較弱，界面不美觀；組件式開發在開發過程中和開發結果上均優于其他兩種開發模式，是當今開發人員的主流選擇。采用組件進行開發，可以有效減少代碼的冗余度，使用戶開發過程有所簡化。通過對比3種系統開發模式、分析可行性，新疆兵團城市地下管網管理系統的開發模式選擇GIS組件式開發，采用ArcGIS Engine 作為地理信息系統技術支撐平臺，結合網絡中的一些開源組件，并使用C#作為開發語言。

2 系統設計

2.1 系統功能設計

系統設計了建庫成圖、工程管理、地形瀏覽、數據編輯、查詢統計、管線分析、輸出顯示等7大模塊，每個大模塊又由若干子模塊組成，如圖1所示。

圖1 系統總體設計

1）建庫成圖，目前該軟件系統使用的矢量數據主要有2種類型：①分層后的.dxf格式的管網數據通過系統的導入管網數據功能生成管網圖；②分層后的.dxf格式的地形數據通過系統的導入地形數據功能生成地形圖。在導入這兩種數據時，根據以往的工作經驗和該項目的要求，可將.dxf格式數據轉換為系統預設數據庫格式。若后期有需要，系統也提供了數據庫增加、修改、刪除等字段編輯功能。

2）工程管理，包括圖形數據庫的加載清除、工程的保存退出、用戶權限的設置更改等功能。該模塊中主要實現的功能是管網、地形數據庫.mdb、. dwg、. mxd、. shp、 . lyr、.jpg、.bmp、.png、 .tiff等格 式數據的加載，對圖面進行一系列操作后的工程保存，用戶權限的更改設置。

3）地圖瀏覽，包括視圖縮放處理、圖層控制管理、量測、地圖定位等功能。其中視圖縮放處理包括地圖放大、縮小、移動、全圖顯示等，通過縮放平移可有效地實現地圖的快速瀏覽。圖層控制管理能夠對所指定的圖層設置顯示和隱藏。量算工具主要實現圖面的點坐標的標注，兩點之間的距離、折線長度的量算以及任意指定圖形的面積和周長等。地圖定位功能極大地提高了地圖實時定位的速度，為用戶提供快速瀏覽圖面的效果。在進行所有的操作后，若需要進行圖面的清理，點擊刷新狀態功能，圖面即清除數據庫以外的圖面標注。

4）數據編輯，用于修改各種管線實體的屬性和增加后期有所變更的管線實體，包括管點、線的增加、刪除、移動，管線的其他相關專業操作等。該模塊可以直接通過在圖面上點擊獲取坐標，然后再進行屬性的修改添加。或者在數據庫中直接進行地理實體的屬性和圖形的修改和添加。在該板塊中還可以實現管線方向的調整、管線的扯旗標注等。需要注意的是，該板塊中的任何操作都會對數據庫進行修改，對數據庫的修改具有不可逆性，所以最好在修改前進行數據庫備份（系統中提供有該功能）。

5）查詢統計，包括對圖面和各種屬性查詢統計。圖面查詢統計主要是對點選擇、區域選擇下的實體屬性信息和圖形信息的統計顯示。屬性查詢統計功能主要是根據管點、線的屬性字段的設置進行查詢，如管線材質、管線半徑、建設年代、所在道路、權屬單位等。不僅可以進行單一條件的查詢統計，還可以根據用戶指定的簡單條件、復合條件、模糊條件等進行管點、線的查詢統計，用戶可以指定任意區域。在區域內的查詢統計數據能以表格和圖表形式顯示。

6）管線分析，包括斷面分析、凈距分析、爆管分析、最短路徑分析、緩沖區分析、管線規劃輔助設計等功能。其中，斷面分析是根據管網數據庫和地形數據庫中的三維數據，對所選擇位置生成橫斷面分析圖，對斷面圖可以放大、縮小、平移等，并可查看相關管線的屬性信息，支持打印功能。管線規劃輔助設計功能根據設計成果，將其導入到現有的管網中，通過模擬顯示，可分析得出該管線設計是否符合要求，避免了施工中的土方量計算錯誤、挖斷管線等可避免的錯誤。

7）輸出顯示，包括管線成果輸出和三維成果顯示等功能。在管線成果輸出中，對視圖的當前狀態可以保存為多種圖片格式進行打印輸出。在三維成果顯示中，根據管網數據庫中的數據，結合符號庫中的三維符號，對數據庫中的管線數據模擬現實狀況進行三維顯示，在三維視圖下可實現瀏覽，漫游、鳥瞰、放大、縮小、屬性查看等功能。滿足二三維視圖的聯動功能，可以在2個視圖間進行實時切換。

2.2 空間數據和屬性數據組織

1）空間數據組織。系統所涉及的空間數據主要包括地形數據和管網數據，由于數據的海量性以及復雜性，需對其進行分層管理。基礎地形圖數據庫主要包含行政區劃、居民點、交通設施、水系設施、地貌土質、植被土質等內容。它既包括以矢量結構描述的帶有拓撲關系的空間信息,又包括以關系結構描述的屬性信息，基礎地形圖數據庫的數據結構依賴提供的基礎地形圖圖層結構。用數字地形數據可進行距離、面積量算，以及各種空間分析，如緩沖區分析、空間疊加分析、地形分析等。數字地形圖數據庫反映了新疆建設兵團的自然地理條件和社會經濟狀況，而該庫的完備性將影響該地區未來的城市建設規劃、投資環境分析、資源管理等各方面，與此同時可為人口、資源、交通等各專業信息系統的建立提供準確的空間定位。綜合管線數據庫主要包括給水、排水、燃氣、熱力、電力、通信電纜等地下管線數據。

2）屬性數據與空間數據的鏈接。每一個地理實體無論其位置、大小、形態在數據庫中都只能使用唯一的一個幾何對象標識碼。基礎數據分為基礎信息數據和擴展信息數據兩類。基礎信息數據是指地形圖、基本空間數據以及分類碼、標識碼、名稱等基本屬性信息。基礎信息數據直接連接到圖形數據的特征表上，不必分開存儲，可方便數據的操作、維護。擴展信息數據是指基礎信息之外的其他專業屬性信息數據，采用空間數據與屬性數據的分離存儲。二者通過唯一的標識碼鏈接，以便于空間數據與屬性數據的操作、管理與擴展[3]。

3 系統主要功能的實現

3.1 數據的導入

外業的測量數據在CAD中成圖后，可直接通過該軟件打開、瀏覽，若需要，可根據預先設置好的管網數據庫格式，通過數據庫檢查功能，調整數據，即可轉換為管網數據庫，如圖2所示。

圖2 數據導入

3.2 屬性查詢

在系統中點擊屬性查詢即可彈出屬性對話框，然后在地圖顯示窗口中選中某一地理空間要素即可獲取所要查詢要素的屬性信息。在地圖上選擇地理對象時，使用鼠標以單擊、畫圓、拉框或者畫任意多邊形方式來確定所需查詢的對象范圍，若實體被選中即會以高亮形式顯示，對話框中顯示的查詢結果如圖3所示。

圖3 屬性查詢

3.3 緩沖區分析

緩沖區分析是該軟件中不可或缺的GIS分析功能之一，通過設置其類型、點緩沖、多邊形緩沖、緩沖半徑的大小，選擇緩沖起始點，獲得緩沖范圍，分析其影響范圍。緩沖結果可以輸出保存,如圖4所示。

3.4 橫斷面分析

管線橫斷面分析用于分析檢查管線在任意截面位置上與其他管線、道路在垂直方向的交叉情況，使道路與管線的地下部分實現空間可視化，也可以反映截面位置上的管線分析情況,從而準確反映管線及道路間的空間關系[4]。

圖4 緩沖區分析

系統功能實現的核心代碼如下：

//在地圖上繪制一條斷面線

ILine line =new LIneClass()

line.putcoords(starpoint,endpoint)

GXline=axMapControl1.SelectByShape(line, pSelectionEnv, false);

//顯示斷面圖

DlgForHdm objHdmDlg = new DlgForHdm(this.axMapControl1);

objHdmDlg.Show(GXline);

管線的橫斷面分析結果如圖5所示。

圖5 橫斷面分析

3.5 三維視圖的顯示

將視圖切換到三維視圖，在管線圖層窗體中，右鍵點擊選擇添加三維管線，即可將地下管網以三維模型的形式直觀、多視角、多層次地表現出來。在視圖窗體中，可對三維管線進行瀏覽，查看其對應的屬性，實現二三維聯動等功能，如圖6所示。

圖6 三維視圖

4 結 語

該軟件系統基于GIS集成的二次開發方式，不僅實現了普通軟件的基本功能，如加載不同格式的數據，瀏覽、查看管線基礎信息，而且實現了三維的城市地下管網系統的管理，多視角、形象生動地表現了地下管網的復雜相互關系和空間分布，使得城市地下管網的管理工作變得簡單易行。

[1] 王君澤.城市地下管網信息系統的應用與發展[J].南通大學學報:自然科學版，2008,7(1):46-49

[2] 熊自明,葛文,吳紹民,等.城市三維地下管網信息系統研究與實現[J].信息工程大學學報,2010,11(1):59-62

[3] 高鐵軍,吳立新.論城市管網智慧管理研究范疇與關鍵技術[J].地理與地理信息科學,2011,27(4):19-23

[4] 李學軍.我國城市地下管網信息化發展與展望[J].城市勘測，1999(1):5-10

[5] 赫建忠,李成名,印結,等.城市綜合管網地理信息系統的建立[J].工程勘察，2002(3): 55-57

[6] 孟亞鋒，張淑英.城市地下綜合管網地理信息系統[J].工程設計CAD與智能建筑，2002(2):7-10

[7] 史惠春,雷偉剛,馬莎.城市地下管網信息系統研發實踐[J].海洋測繪,2003(3):24-28

[8] 張文君.基于MapGIS的天然氣管網信息系統的建立[J].測繪通報,2002(3):47-49

[9] 雷偉剛.城市管線信息系統的幾個問題[J].測繪學報,2002(增刊):103-108

P208

B

1672-4623（2015）04-0027-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.010

胡捍東，高級工程師，主要從事地理信息測繪工作。

2015-05-05。