文 | 王十七

编辑 | 王十七

前言

随着我国改革开放和现代化建设的不断深入，人们对供水行业的要求也在不断地提高，城市供水事业使用信息技术，借助GIS系统进行科学管理，提高企业管理水平和服务质量已成为一个趋势。

上海市自来水市南有限公司是一个集制水供水、营业销售、排管施工、管线养护等为一体的综合性大型供水企业，供水规模为 258×10 4m3 /d，供水面积约为312 km2 ，服务人口约为320万。

供水区域为苏州河以南黄浦江以西的上海中心城区及部分乡镇，包括黄浦、静安、卢湾、长宁和徐汇五个区以及普陀区苏州河以南的一小部分；闵行区北部的华漕镇；青浦区东部的徐泾镇、华新镇。

供水区域内口径 75 mm以上的自来水管线长度约为 3400 km，在装水表数约为 120万只。

为建设满足自来水行业需求的 GIS系统，上海市自来水市南有限公司根据“统一规划、分步实施、 实用当先、易于扩充”的原则，整合了许多自来水行业的业务工作于其中。

通过建设，总结经验，提出了供水地理信息系统(WGIS)，以促使 GIS能更好地应 用于供水行业的管理。

系统总体设计

上海市自来水市南有限公司(以下简称“市南水司”)WGIS系统的设计主要分为系统数据库的设计和程序开发的设计。

针对市南水司海量数据的特点，选用 Oracle作为其后台数据库。

而在 WGIS程序的选择上，选用了ESRI公司的系列产品，保证了该系统与其他系统数据的兼容性。

WGIS系统数据采用了ArcSDE+Oracle的存储平台，并且设计为图形和属性分离的存储模式。

图形要素与属性表数据用一个关键字标识字段关联。

每个图层(空间要素集)按照一定的分类原则分为若干个子类(要素子集)，以设备类别字段标识区分。

与模型相关的图层主要有管网、节点、设备、泵站、水厂等。

单个或者多个子类型可以与一个属性表对应关联，如下图所示。

与自来水行业传统的 GIS系统相比，WGIS系统在数据类型上增加了水表数据项。

针对水表数量众多的特点，WGIS引入了“虚拟表”的概念，即将一些小口径的水表统一归入至接水阀后，视作一个虚拟的水表。

这个“虚拟表”在后台数据库与众多小水表的水量数据做关联，从而系统可以获得准确 的节点水量信息。

通过这一模式，WGIS在块水量统计、节点流量分配上都有很强的实用性。

WGIS是利用GIS平台提供的开发环境进行二次开发，针对供水行业所建立的专题信息系统。

在市南水司的WGIS系统中，利用了C#、VB、Delphi、JAVA等开发工具，结合 ArcGIS Engine、ArcGIS Server、ArcGIS Mobile等提供的接口，建立起一个完整的供水综合管理系统。

市南水司的WGIS系统在传统的客户机/服务器(C/S)模式、浏览器/服务器 (B/S)模式的基础上，增加了M/S(Mobile/Server)的构架。

M/S是计算机信息系统移动客户端／服务器应用的新兴计算机综合应用技术，也是传统的 C/S、B/S应用体系的延伸。

它结合 GIS、GPS和 GPRS/ CDMA前沿技术，把 GIS的应用由有线向无线延伸， 由室内向户外延伸，将GIS的信息服务带到了工作的现场，在为管理决策者服务的同时直接为具体的生产实践服务。

WGIS的架构模式如下图所示。

在 C/S、B/S、M/S相混合的框架结构上，对系统的内部功能进行了模块化设计，确保在系统各功 能模块开发完成后，完全可以依据生产管理的流程选择不同的模块或组件进行组合，通过设置模块的功能和模块之间的关系满足不同的管理需求，从而有助于提高软件的可靠性、可继承性、可维护性和可扩充性。

系统采用了面向对象的技术和“大对象”的概念，将一个特定的应用作为一个大对象来处理，使它具备一个对象所具有的广义上的封装性和继承性，保证了各应用之间界面的清晰性、应用本身的相对独立性和安全性。

遵循当前各项开放式国际标准，系统提供开放的应用编程接口(API)，有利于系统 今后的功能扩充。

系统模块设计自下而上分为3层：基础数据层、逻辑层和应用层，如下图所示。

在 WGIS的开发中，采用 ArcObjects 这个对象库作为C/S、B/S、M/S这 3种架构的基础，ArcObjects与其他组件的关系如下图所示。

可以看出，ArcObjects是一组功能强大的、供应开发人员使用的 GIS功能组件，包含了上百个组件和几千个可编程对象。

通过 ArcObjects可以灵活地建立适合各个行业的地图接口，在小内存空间中，适用于工业标准程序环境，专为程序开发者设计。

针对供水管网，ArcObjects提供了空间数据库访问、管网地图显示、几何网络创建与分析、ArcGIS Mobile移动终端组件、ArcGIS Server地图服务发布等。

这些组件可以访问重量级的空间数据库引擎 ArcSDE，并可以支持 Oracle、SQLServer等大型数据库，为供水行业大量数据资料的管理提供了保障。

Delphi7.0是一个全新的可视化编程环境软件，可以直观、快速地进行Windows应用程序的开发。

它借鉴了Microsoft Windows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，采用弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言、快速的编译器、领先的数据库技术。

它还支持 COM和.NET组件开发，这为基于ArcGIS Engine组件的开发提供了基础。

使用 ArcObjects与 Delphi7.0可以进行空间数据库的管理。

其管理的的数据结构有矢量数据集、栅格数据集、矢量数据图层、几何网络、拓扑结构、表等。

使用ArcObjects与Delphi7.0还可以开发众多图形对象，例如地图视图对象、地图对象、图层对象等。

在 WGIS系统中，网络分析模块非常重要，它能实现众多WGIS中的功能。

使用 ArcObjects与 Del phi7.0可以开发众多网络分析的对象，例如几何网络对象、拓扑边对象、拓扑点对象等。

系统的主要功能

建立在C/S模式下的GIS桌面应用系统具有强大的数据编辑、设备设施管理、管网网络分析和辅助决策等功能。

它采用 Windows 2003操作系统及 ArcGIS Engine、ArcObjects软件包，通过网络访问集中存储于ArcSDE数据库中的各级数据，支持多用户的图形编辑和大数量用户的并发访问，主要是数据维护人员和专业技术人员使用。

C/S系统支持在生产工作中辅助各级工作人员完成对管线数据、设备设施数据、 业务运行数据等信息的录入、存储、查询、统计，并在此基础上提供一系列的基于网络拓扑分析的高级应用分析功能。

具体包括：GIS基础功能模块(浏览、查询、统计)、设备业务信息管理、供停水模拟分析、监视表的水量校核、最优关阀方案辅助生成、漏水分析管理、管网等压线生成管理、用户数据处理和查询、与 MIKE URBAND管网建模软件的数据交换和辅助分析等功能。

建立在B/S模式下的WebGIS应用系统主要服务于市南水司各级管理人员和业务人员，使他们在不安装应用系统客户端的情况下，也可以通过WEB浏览器，实现对管网数据的图形浏览、设备资料查询统计、业务资料查询等功能。

除了一般 GIS功能以外，市南水司的 WGIS还包含了一系列给水业务专用模块。

利用这部分增强功能的模块，能够更好地对整个供水系统进行管理，同时也较大地提升了管理水平。

这些特色模块主要有：接水资料管理模块、竣工图管理模块、阀门排水卡管理模块、工程管理模块等。

系统的应用与维护

GIS应用系统是否能够取得成功，不单单靠建设，更需要维护。

因此，各种业务数据采集的及时性、精确性，对GIS系统来说非常重要。

在系统建设之初，市南水司就把建立一个有效的数据维护机制放在重要的位置，制定了一系列管理方法，并落实成文，发放到各个业务部门中去。

首先在GIS维护管理上，在项目启动的同时，组成了项目领导小组和工作小组，成员包括各个业务部门的骨干。

通过 GIS项目的建设，不断地发现问题，解决问题，同时根据公司的实际情况制定了一系列管理规定和考核办法，用工作流程和制度来控制、保证GIS数据采集的准确性和时效性。

其次在技术上，通过先进的GPS定位仪等设备，对部分缺少管线资料的区域进行全面排摸，调查和绘制最新的现场管网图形数据，以保证数据来源的及时、准确。

系统有针对性地建立了对外业探测数据自动转换处理功能，GIS系统可以直接对这些数据进行无缝转换，并将其存储到ArcSDE中。

作为一个动态的供水综合信息系统，WGIS与其他相关业务系统的集成也是关键。

目前考虑将 WGIS与SCADA实时数据采集系统、PERMALOG供水管网漏水监测系统、DHI管网建模软件系统的数据做接口，在基础数据和业务数据上实现最大限度的共享。

例如在与 DHI建模软件系统的接口处理过程中，就确定由GIS系统直接按照双方的数据接口生成其所需要的网络拓扑结构和节点流量，并整理出相应的基础台帐数据，供模型的高级计算分析使用。

结语

市南水司以 GIS项目的建设为契机，很好地梳理了自来水管线及相关的业务流程，同时锻炼并造就了一支技术队伍，并使其在今后的工作中稳定地发挥作用。

通过一段时间的试运行，市南水司WGIS系统在自来水的生产过程中发挥了很好的作用，促进了企业管理的规范化、科学化及信息化管理水平。

GIS的应用辐射面很广，从公司总部的业务部，到基层单位的管线所、营业收费站点、模型应用组等等。

从长远来看，市南WGIS系统投入使用后，必将推动和提升市南水司的管网工作和管理，提高数据共享的程度，使工作和管理更为便捷、高效。