GIS数据在城市管网系统建设中的实现

第 1 章 绪 论

1.1 GIS 发展和应用
1.1.1 GIS 的产生
20 世纪 80 年代，国外 GIS 进入普及阶段，从 2000 年开始，进入高发展期。与国外相比，我国的 GIS 应用起步较晚，20 世纪 90 年代才开始兴起和发展，不过，随着我国经济的高速发展，基于 GIS 的应用也随着进入快车道，目前，在城市公交、旅游、军事、企业网络、校园地图、城市规划中，到处可以看到 GIS 的身影。目前，GIS 被广泛地应用到社会、生活的各项活动中，在经济发展中发挥着重要的作用。[1]
1.1.2 GIS 的应用领域
随着社会经济的发展，地理信息处理技术的进步，GIS 几乎被应用到经济发展的各个领域，社会生活的各个角落，上至电子政务，下至家居生活，几乎都可以看到 GIS 的身影，众所周知的谷歌地图是 GIS 的具体应用。到目前为止，GIS 的应用领域主要体现在下列几个方面：
（1）城市规划和管理。以往的城市规划和管理，缺乏数据的全面性和准确性，发现问题再修改，很容易造成资金和人力资源的浪费，通过 GIS 应用，不但可以准确掌握各方面数据，还可以为规划作出分析和决策性支持。
（2）基础设施管理。基础设施是城市生活的物质基础，量大面广，不便于管理，有了 GIS 应用系统，在数字地图上，通过鼠标操作，就可以对这些设施记性查阅和管理，高效又方便。
（3）土地信息系统和地籍管理。这是 GIS 的最初应用，也是最基本的应用，为人们所熟知。
（4）资源配置。像粮食、公用设施、石油这些有限资源，如何进行合理配置，是非常值得考虑的问题，借助 GIS，可以帮助人们实现资源配置的最优化。
（5）地学研究与应用。通过 GIS 应用系统，可以帮助人们进行流域分析、地形分析等许多地理方面的研究，解决经济建设和发展方面的问题。

1.2 城市规划的 G I S 应用
1.2.1 城市规划的 G I S 发展
以前的城市规划，采用手工管理，数据不全面，准确度不高，数据不能共享，因此难免发生重复规划的情况，造成了资金、时间和人力的浪费。另外，城市规划涉及的信息量大面广，非常复杂，统计和分析手段有限，这都制约了规划的效率和准确。随着 GIS 的出现和发展，将其应用到城市规划中，将会大大提高规划的科学性和实效性。G I S 在上世纪 60 年代出现，最初由于硬件的限制（速度慢、价格高），只有少量的功能可用，很少应用到城市规划中。到后来，软硬件技术大幅度提高，GIS 的应用逐渐增多，不再局限于科研院所，到上世纪 80 年代，国外的社会管理机构开始采用 GIS 参与城市规划和管理[3]。尽管我国的 GIS 应用起步较晚，但是 2000 年以后，发展迅速，目前在电子政务，公交旅游，城市规划等诸多事务中，都广泛地采用了 GIS，辅助进行管理和决策。[4]
1.2.2 基于 GIS 的城市规划
在城市的规划与建设中，GIS 与规划模型、可视化和互联网相结合，将发挥越来越大的作用。在构成数字城市的众多项目中，GIS 已经被广泛应用，如城市地下管网、城市规划、电信、电力、公安、消防、急救等等方面。随着硬件的大幅度降价，以及 GIS 软件功能的提高、界面的日趋友好，GIS 不再让用户望而却步，很快成为规划支持系统的重要组成部分，为城市规划辅助管理提供了强有力的技术支持。GIS 是基于计算机的信息系统，能够结合通过不同渠道获得的数据，并提供必要的信息，以便帮助管理者做好规划设计中的决策。城市规划中还要用到数据库管理系统、决策支持系统和专家系统等其他信息系统。GIS 在城市规划中应用的主要功能是数据库管理、可视化、空间建模和空间分析。GIS 用来存储规划方案、社会经济学数据、土地使用和规划的地图和环境数据，规划者可通过空间查询获取有用的信息。G I S 提供了强大的可视化工具，可以进行空间统计分析、规划活动区域的识别、场所选择、土地使用传输建模、土地适宜性分析和效果评估。

1.3 市政管网管理的 GIS 应用
1.3.1 “数字化”市政管网管理
由于地理化信息和空间化信息的要求，人们开始广泛关注数字城市、数字中国和数字地球。“数字市政”的重要意义也逐渐被国家和地方各级政府认识，以 GIS 为基础的“数字化市政”已经成为市政管理的未来发展要求。依托 GIS 平台，对市政设施及相关的内容进行全面的信息化处理，形成一个基于网络的数字化数字管理、服务与决策的信息体系，采用可视化、优化决策支持等手段，可以节能降耗，提高工作效率，提高系统的运行管理水平，具有极大的社会效益和经济效益。
 
   1.4 本文研究的主要内容 .....................13
    1.5 论文组织 .....................13-15
第2章 系统相关内容 .....................15-18
    2.1 GIS概述 .....................15
    2.2 GIS分类 .....................15
    2.3 GIS的特征和功能 .....................15-17
        2.3.1 GIS 的特征 .....................15-16
        2.3.2 地理信息系统的功能 .....................16-17
    2.4 城市地下管网管理的必要性 .....................17-18
第3章 系统分析和设计 .....................18-28
    3.1 系统业务分析 .....................18-20
        3.1.1 市政管网管理的内容 .....................18-19
        3.1.2 管网管理工作特点 .....................19-20
    3.2 系统分析 .....................20-21
    3.3 系统数据模型 .....................21-28
        3.3.1 GIS 数据类型和模型 .....................21-23
        3.3.2 市政管网空间数据模型 .....................23-24
        3.3.3 城市道路数据模型 .....................24-25
        3.3.4 系统数据库设计 .....................25-28
第4章 系统技术方案 .....................28-37
    4.1 基于 GIS 的工程开发模式 .....................28-29
    4.2 GIS 硬件组成 .....................29-30
    4.3 GIS 的软件系统 .....................30-31
    4.4 系统技术方案的确定 .....................31-33
        4.4.1 方案选用原则 .....................31-32
        4.4.2 方案选择 .....................32-33
    4.5 系统运行环境和开发架构 .....................33-37
        4.5.1 系统运行环境 .....................33-35
        4.5.2 系统开发架构 .....................35-37
第5章 城市管网管理系统的实现 .....................37-50
    5.1 数据库详细设计 .....................37-39
    5.2 系统主要算法 .....................39-42
        5.2.1 管网追踪算法 .....................39-41
        5.2.2 事故分析流程 .....................41-42
    5.3 系统界面设计 .....................42-45
    5.4 数据查询与输出的实现 .....................45-50
        5.4.1 空间查询的实现 .....................45-49
        5.4.2 数据输出的实现 .....................49-50

结 论

本文以辽阳市城建局城市地下管网管理系统建设项目为出发点，进行城市地下管网管理系统的分析、设计和开发，主要研究成果有：
1、基于对目前城市道路建设和地下管网建设的现状调研，结合自己的工作经验，以及用户的充分交流，分析并总结出建立城市地下管网管理系统的真正需求，从技术和管理两方面综合考虑，解决了当前城市地下管网管理系统设计和开发方面的相关问题。
2、分析了 GIS 在城市管网建设中的应用，结合管网管理工作的特点和内容，设计了系统的功能模块。
3、综合比较 GIS 开发的三种模式，明确技术方案的选择原则，结合本人工作单位实际情况，确定了系统开发技术方案和系统开发架构，对其他 GIS 应用的开发有一定借鉴意义。
4、论述了 GIS 的基本格式，基于 GIS 空间管理方法，设计了城市管网管理系统的数据模型，结合传统数据库，设计了存储和管理空间数据和属性数据的基本方式，对 GIS 专用软件配合关系数据库开发具体 GIS 应用的方法做了有益的探讨。
5、利用高级语言 C++ Builder、结合 GIS 组件 MapObjects，利用 ArcSDE和 SQL Server2000 进行空间数据和属性数据的存储，设计、开发并实现了城市地下管网管理系统，使城市管网管理更具有科学性。
本课题基于 GIS 技术，实现了辽阳市城建局城市地下管网管理系统，与同类系统相比，由于本系统以城市道路为主要载体，管理管网信息更加方面、明确。该系统具有功能强大、管理规范、安全稳定等特点，可以为城市建设管理提供决策上的技术支持。目前，该系统已通过测试，正式投入使用，运行稳定，获得了较高的用户满意度。