馮錦霞

(廣東省惠州市供水有限公司，廣東 惠州 516000)

基于J2EE的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

馮錦霞

(廣東省惠州市供水有限公司，廣東 惠州 516000)

為了便于供水設(shè)施管理，有效地提供信息，設(shè)計構(gòu)建了供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為信息化管理工具，能有效解決海量地理信息存儲、管理、分析和應(yīng)用等問題，也為管網(wǎng)改造、爆管搶修等業(yè)務(wù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

供水管網(wǎng)；管網(wǎng)分析；J2EE；GIS

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展，供水管網(wǎng)縱橫交錯，變更速度加快，管網(wǎng)體系逐漸龐大，大量現(xiàn)場管網(wǎng)資料堆積給管理帶來困難。由于管線資料散亂，導(dǎo)致工作效率低下和水資源大量浪費，傳統(tǒng)管理手段和模式已無法滿足現(xiàn)代供水企業(yè)信息化發(fā)展要求，迫切需要建立供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)綜合管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)構(gòu)建目標

構(gòu)建供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，能夠集成多比例尺管網(wǎng)地圖，整合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，滿足實時更新、調(diào)閱、分析管網(wǎng)資料信息的業(yè)務(wù)需要。與此同時緊貼供水企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展總體規(guī)劃，實現(xiàn)開放的、擴充性強的信息化基礎(chǔ)平臺，為企業(yè)提供更深層次的信息化應(yīng)用服務(wù)。

1.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)遵循開放和集成一體化的思路，這是系統(tǒng)伸縮性與可擴展性的保障[1]。在功能實現(xiàn)方面，系統(tǒng)基于組件式技術(shù)開發(fā)，結(jié)合用戶現(xiàn)有功能需求，提供各種應(yīng)用接口保證系統(tǒng)的擴充能力；在應(yīng)用軟件接口方面，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，利用事件驅(qū)動和封裝的思想為應(yīng)用軟件提供接口；在應(yīng)用系統(tǒng)擴展方面，提供中間件來對系統(tǒng)進行擴充，同時提供二次開發(fā)能力。

系統(tǒng)基于J2EE與ArcGIS Server構(gòu)建，采用ArcSDE管理空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)無縫集成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的核心部分采用J2EE技術(shù)路線，按照J2EE技術(shù)規(guī)范設(shè)計。J2EE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為4層：展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)集成層[2]。

1)展現(xiàn)層通過AJXA架構(gòu)向用戶提供靈活友好的用戶交互界面。

2)業(yè)務(wù)層利用已封裝的服務(wù)來構(gòu)建綜合調(diào)度系統(tǒng)中的具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

3)服務(wù)層將GPS定位服務(wù)通過Web服務(wù)發(fā)布到企業(yè)總線上。經(jīng)過Web封裝將API用基于XML的WSDL重新描述。基礎(chǔ)服務(wù)包括：GPS定位服務(wù)、動態(tài)數(shù)據(jù)展現(xiàn)服務(wù)、空間分析服務(wù)、專題展現(xiàn)服務(wù)、管網(wǎng)GIS服務(wù)、地圖數(shù)據(jù)服務(wù)等。

4)數(shù)據(jù)層提供從RDBMS到ODBMS，從文本文件數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的透明存儲及訪問能力，根據(jù)未來發(fā)展規(guī)劃，也提供系統(tǒng)到其他異構(gòu)EISs(企業(yè)信息系統(tǒng))的集成連接。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)Fig.1 Framework of water supply pipe network geographic information system

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

結(jié)合供水管網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，依據(jù)“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一設(shè)計、數(shù)據(jù)共享”的基本原則，建立GIS中心數(shù)據(jù)庫。中心數(shù)據(jù)庫由空間數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一屬性數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫等組成。空間數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)類型分為5大類型數(shù)據(jù)庫，每一大類型數(shù)據(jù)庫按照數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)特點組織成不同的要素集及圖層。空間數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫、供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫。

1.3.1 基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫

作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)空間位置參照，包括居民地、工礦及附屬設(shè)施、交通及附屬設(shè)施、水系及附屬設(shè)施、地質(zhì)地貌、植被、境界7大類等。

1.3.2 供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫

作為核心數(shù)據(jù)圖層，體現(xiàn)要素的空間位置信息，提供空間對象的屬性信息查詢。

供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

1.3.3 元數(shù)據(jù)庫

通過元數(shù)據(jù)可以檢索訪問數(shù)據(jù)庫，有效利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)的效率。

傳統(tǒng)的供水管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)是按圖幅方式組織，數(shù)據(jù)生產(chǎn)和處理存在很多問題。在系統(tǒng)建設(shè)中，將變長空間數(shù)據(jù)按邏輯關(guān)系映射成定長關(guān)系型數(shù)據(jù)，從而可存儲到常規(guī)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。對于海量的GIS圖形數(shù)據(jù)，突破了文件方式管理的數(shù)據(jù)量限制。通過設(shè)計分類編碼庫，保證了數(shù)據(jù)的可管理性[4]。

給水管線屬性數(shù)據(jù)表設(shè)計，如表2所示。

表2 給水管線屬性數(shù)據(jù)表

由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)采用ESRI公司的ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)管理引擎，采用Oracle 10g作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)，ArcSDE與Oracle的結(jié)合緊密，Oracle自身也提供了空間數(shù)據(jù)管理的功能，因此可以解決空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的集成設(shè)計需要。

為了提高空間查詢的性能，ArcSDE采用空間索引的機制，可以賦予三層空間索引網(wǎng)格，每個網(wǎng)格層都具有自己的格網(wǎng)大小。每次向數(shù)據(jù)庫添加一個空間要素的時候，ArcSDE都會為它自動創(chuàng)建一個空間索引。對于在供水管網(wǎng)業(yè)務(wù)辦理過程中所修改的數(shù)據(jù)而言，由于這類變更的數(shù)據(jù)量比較小，可以在數(shù)據(jù)庫運行一段時間后統(tǒng)一對數(shù)據(jù)庫的FEATURCLASS進行空間索引的重建[5]。

針對海量空間數(shù)據(jù)處理問題，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計的時候，將內(nèi)存的20%分配給操作系統(tǒng)、30%分配給PGA(Oracle數(shù)據(jù)操作進程)、50%分配給SGA(Oracle的全局共享區(qū))。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)提供地圖工程、數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計、輔助設(shè)計、事故處理、網(wǎng)絡(luò)分析、決策調(diào)度、打印輸出、離線應(yīng)用、系統(tǒng)管理等功能。功能結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)Fig.2 Function framework of water supply pipe network geographic information system

2.1 地圖工程

工程管理功能包括：新建工程文檔、打開工程文檔、保存工程文檔、另存工程文檔、打開歷史工程、加載SDE圖層、加載SDE影像、加載本地數(shù)據(jù)、調(diào)圖定位、退出系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要是圖庫管理和數(shù)據(jù)維護。圖庫管理包括：地圖加載、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)屬性、拓撲關(guān)系檢查、物探測量數(shù)據(jù)監(jiān)理及入庫、在線數(shù)據(jù)檢查。數(shù)據(jù)維護主要包括：管網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)維護和屬性數(shù)據(jù)維護。系統(tǒng)提供管線打斷和合并功能、管網(wǎng)設(shè)施更換換層、管線廢棄和管網(wǎng)拓撲修復(fù)功能。

2.3 查詢統(tǒng)計

能夠通過方框、圓或多邊形選擇區(qū)域，查詢區(qū)域內(nèi)所有管線、設(shè)備點目標，結(jié)果生成選集，并顯示結(jié)果報表。

2.4 輔助設(shè)計

能夠直接在管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)中進行圖紙設(shè)計或?qū)AD設(shè)計圖轉(zhuǎn)入到系統(tǒng)中，建立工作流程，由安全技術(shù)部門根據(jù)竣工圖完善修改設(shè)計圖。工地勘察設(shè)計人員在管網(wǎng)圖上設(shè)計接管、改管、裝表方案。

2.5 事故處理

事故處理主要包括爆管分析、管網(wǎng)故障搶修、火警分析、停水分析、爆管頻率分析、預(yù)警分析、漏損控制等。

如果出現(xiàn)水管爆漏或計劃停水，只要在管線上指定爆漏點，系統(tǒng)就能用不同的顏色來顯示出受影響的管段和地區(qū)，給出最優(yōu)關(guān)閥方案?；鹁治龉δ苣軌蛲ㄟ^分析離火警點最近范圍內(nèi)消防栓位置，或分析特定區(qū)域內(nèi)所有消防栓給出報表，通過消防栓卡片圖生成最優(yōu)滅火供水方案。爆管頻率分析、預(yù)警分析、漏損控制主要是通過歷史事故記錄反向顯示爆漏的位置，對多次發(fā)生事故的區(qū)域進行預(yù)警，給出建議和方案。

2.6 網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)分析主要提供、緩沖區(qū)分析、設(shè)計管線沖突分析、最短路徑分析、連通分析、三維圖形處理、斷面分析、模擬開關(guān)閥門等GIS空間分析功能。

2.7 調(diào)度決策

供水調(diào)度與決策支持包括管道測量點管理、流量計監(jiān)測管理和管網(wǎng)平差。

管道測量點管理主要是通過讀取SCADA系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)來實時顯示、監(jiān)控管網(wǎng)運行工況信息，例如節(jié)點水壓、管段流量、水源供水壓力和供水量等遙測點預(yù)警信息顯示。對于異常信息，系統(tǒng)將在地圖上異常點用特殊顏色標記。流量計監(jiān)測管理主要是區(qū)域用水量統(tǒng)計。管網(wǎng)平差主要是通過自動繪制管網(wǎng)等水壓線，生成管網(wǎng)供水區(qū)域圖、用水分布圖，提供壓力滿足區(qū)范圍查詢。

3 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)界面，如圖3所示。

圖3 供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)界面Fig.3 Interface of water supply pipe network geographic information system

4 結(jié)束語

用J2EE開發(fā)多層分布式WebGIS的優(yōu)點主要有以下幾個方面：易維護、易擴展、可重用性強、開發(fā)效益高、靈活的安全和事務(wù)管理策略等[5]。系統(tǒng)服務(wù)器需要存儲運行多個地圖服務(wù)，但大量地圖服務(wù)也給服務(wù)器部署策略和硬件水平提出了更高的要求。供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)整合了業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不僅有效實現(xiàn)了管網(wǎng)數(shù)據(jù)與行業(yè)數(shù)據(jù)的共享，而且實現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)分析和輔助決策功能。在提高供水管網(wǎng)供水可靠性以及供水業(yè)務(wù)管理水平和工作效率方面都將發(fā)揮重要的作用。

[1] 楊驥，林繼賢，周志剛.廣州市供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準的研究與編制[J].測繪通報，2011(7)：82-84.

[2] 梁曉松，游雄，王珂珂.面向服務(wù)的ArcGIS Server架構(gòu)研究[J].測繪科學(xué)，2009，34(3)：89-91.

[3] 王戰(zhàn)舉，范玉茹.基于ArcEngine的供水管網(wǎng)GIS符號庫的設(shè)計與實現(xiàn)[J].地理空間信息，2012(1)：112-126.

[4] 陳靜，龔健雅，朱欣焰，等.基于J2EE的分布式Web GIS [J].測繪通報，2004(2)：27-30.

[5] 陳能成，龔健雅，朱欣焰，等.基于J2EE的分布式GIS研究[J].測繪學(xué)報，2003(2)：158-162.

Design and Implementation of Water Supply Pipe NetworkGeographic Information System Based on J2EE

FENG Jin-xia

(HuizhouMunicipalWaterworksCo.Ltd，HuizhouGuangdong516001，China)

To manage the water supply equipment and provide effective information，water supply pipe network geographic information system was designed and constructed in this study.As one of the information management tools，the system can effectively solve the problems of geographic information storage，management，analysis and applications，and can also provide a scientific data support for pipe network reconstruction，pipe burst repair and other jobs.

water supply pipe network；pipe network analysis；J2EE； GIS

2017-03-06

P 208； P 209

B

1007-9394(2017)02-0045-03

馮錦霞(1981～)，女，湖北麻城人，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事工程測量、供水管網(wǎng)GIS工程等應(yīng)用研究方面的工作。