三維管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)設計方案

1、xxxxxxx三維管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)設計方案xxxxxxxxxxxxxxxxx二零一四年二月1. 概述1.1. 項目背景xxxxxxxxx現(xiàn)所轄管網(wǎng)主要涉及四座汽包站、17個小區(qū)自來水/供暖/供氣/污水管網(wǎng)、一個污水處理凈化站、5座污水提升泵站、兩座供暖鍋爐房和真武油田各廠區(qū)、廠辦及生活小區(qū)的供暖、供水、供氣、污水管網(wǎng)等管網(wǎng)監(jiān)控和管理。管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)是真管中心能夠高效工作的一個重要保障。由于管線的縱橫交錯、上下起伏，各類管線空間關系復雜，目前的平面布置圖不能夠很好的表達出實際管線的布設情況。且每年由于開挖事故（比如：天然氣、自來水、污水管等被挖斷）給油區(qū)工作和生活帶來了嚴重的影響。由于三維直觀

2、性強，可從不同方位再現(xiàn)物體，具有較強的立體感、逼真感，通過三維可視化可以直觀地看到縱橫交錯、上下起伏的實際管線建立三維管網(wǎng)系統(tǒng)，有利于全面反映管網(wǎng)的分布狀況，便于管網(wǎng)的維護、檢測，實現(xiàn)管網(wǎng)信息從無序到有序化管理，這使得開發(fā)三維管網(wǎng)監(jiān)控信息系統(tǒng)成為了必然趨勢。我們使用真實地理數(shù)據(jù)，開發(fā)一個三維可視化的管線信息系統(tǒng)。以信息技術和自動化技術為支撐，建設以管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))、地理信息系統(tǒng)(GIS系統(tǒng))、仿真系統(tǒng)為一體的三維管網(wǎng)信息管理平臺，達到管網(wǎng)運行管理的智慧化，可科學管理管網(wǎng)資源及相關的管網(wǎng)信息，實現(xiàn)整個管網(wǎng)的協(xié)調與統(tǒng)一，實現(xiàn)綜合管網(wǎng)規(guī)劃設計、輸配管理、圖檔管理、搶修輔助

3、決策及綜合查詢、統(tǒng)計等功能，各管網(wǎng)相關部門，可以實現(xiàn)在各自部門同時查閱、更新管網(wǎng)信息，提高管網(wǎng)信息利用的效率，進而實現(xiàn)辦公自動化。1.2. 設計內容1.2.1. 數(shù)據(jù)庫內容數(shù)據(jù)庫分類數(shù)據(jù)庫名稱數(shù)據(jù)庫內容空間地圖數(shù)據(jù)庫空間地圖數(shù)據(jù)庫道路、綠化、房建、廠區(qū)、廠辦、生活小區(qū)、自來水站、自來水管道、鍋爐房、供暖管道、汽包站、供氣管道、排污管道、凈化站等。用戶管理數(shù)據(jù)庫信息管理數(shù)據(jù)庫用戶登陸權限、 用戶對應權限、管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)采集/存儲/監(jiān)控管理，可人工補錄監(jiān)測點數(shù)據(jù)。1.2.2. 軟件系統(tǒng)內容融合先進理念，利用現(xiàn)代信息技術，控制技術和通訊技術，搭建由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成的三維管網(wǎng)建設及運行智慧化信

4、息管理平臺，實現(xiàn)對長區(qū)廠辦、生活小區(qū)、自來水管道、自來水站、供暖管道、鍋爐房、汽包站、供氣管道、排污管道、凈化站等信息進行管理，并能更好的服務于社會企業(yè)。感知層構建智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控的三維管網(wǎng)。網(wǎng)絡層由有線和無線通訊網(wǎng)絡(GPRS/CDMA、ADSL、光纖網(wǎng)絡等)與RTU控制系統(tǒng)（后期各站點自動化改造，可監(jiān)視和采集液位、壓力、流量、濁度、余氯、泵頻等各種數(shù)據(jù)）網(wǎng)絡相連構成通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。系統(tǒng)留有多種接口，支持設備的多種接入方式，達到組網(wǎng)簡單、傳輸可靠、實時在線功能。應用層管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))、地理信息系統(tǒng)(GIS系統(tǒng))、仿真系統(tǒng)為一體的管網(wǎng)資源信息管理平臺。本方

5、案以三維GIS 技術為支撐，結合海量的業(yè)務數(shù)據(jù)，充分考慮系統(tǒng)的可用性、易用性，實現(xiàn)了管網(wǎng)的三維可視化管理，地圖操作，信息存儲，查詢，統(tǒng)計分析，報表輸出、打印等功能，形成一套完善的三維管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，支持C/S和B/S系統(tǒng)架構。主界面是真管中心所轄廠區(qū)廠辦、生活小區(qū)、自來水管道、自來水站、供暖管道、鍋爐房、汽包站、供氣管道、排污管道、凈化站等平面布置信息總圖?？梢郧宄吹讲煌伾墓芫W(wǎng)交錯分布，藍色是供水管，褐色是污水管，綠色是供氣管，粉色是供熱管。分界面各管網(wǎng)以三維立體圖形呈現(xiàn)，直觀一目了然（各管網(wǎng)分屬不同界面）。實時顯示管網(wǎng)壓力、流量等數(shù)據(jù)點信息，可點擊管網(wǎng)查看管線信息（含管道編號、管線長

6、度、起始點、建設年代、材質、敷設方式等），也可漫游管網(wǎng)地圖（縮放、平移等）。1.2.3. 管理中心配置硬件防火墻Internet相關站點路由器中心管理交換機打印機顯示屏各部門計算機客戶端計算機Web服務器數(shù)據(jù)服務器通信服務器序號設備、軟件名稱數(shù)量備注1服務器2通信、數(shù)據(jù)、Web服務器2打印機13投影儀14幕布15管理交換機16路由器17硬件防火墻18不間斷UPS電源19標準機柜119吋 2000mm10數(shù)據(jù)庫軟件1SQL Server 2000以上11服務器操作系統(tǒng)軟件1Windows 2003 Server以上12客戶端操作系統(tǒng)軟件2Windows XP以上13管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)軟件21.3. 設

7、計原則1.3.1. 先進性與實用性相結合的原則在保證系統(tǒng)整體結構、操作系統(tǒng)平臺、軟件平臺、開發(fā)平臺、應用功能等方面總體先進的前提下，盡可能采用實用成熟的技術，促進項目的建設成功。1.3.2. 安全性與易用性相結合的原則在保證系統(tǒng)安全的前提下，充分考慮實際運行和操作的簡單化、標準化。1.3.3. 前瞻性與經(jīng)濟性相結合的原則系統(tǒng)設計時在設備容量、計算機性能、軟件平臺指標等方面應有適當?shù)某傲?，以延長系統(tǒng)的生命周期。同時要把握好系統(tǒng)設備的性能價格比，注重經(jīng)濟實用。1.3.4. 基礎性與應用性相結合的原則系統(tǒng)的基礎性工作是為了更好地為應用服務，系統(tǒng)的應用服務也需要一個堅實的基礎保障，在落實基礎性的工作

8、的同時，應用要及時跟上。1.3.5. 通用性與特色性相結合的原則應該盡量采用目前通行的、成熟的和具有普遍推廣價值的技術和解決方案，有利于技術交流，避免走不必要的技術彎路，也有利于項目成果的推廣和應用。同時，在具體應用上，特別是在一些關鍵技術和創(chuàng)新點上應該結合本系統(tǒng)的具體要求和真管中心信息管理的具體情況、具有特色。2. 基礎數(shù)據(jù)和基礎資料準備2.1. 基礎空間數(shù)據(jù)1、1：500的CAD電子圖需要準確的CAD電子圖,包括點、線、面分層明確；空間數(shù)據(jù)圖層分層明確；線段與線段結合點誤差小等；2、管線管網(wǎng)施工圖、竣工圖等，以求真實可靠，最好實際對比；3、各管線管網(wǎng)信息匯總表。2.2. 三維建模管線的資料

9、大多是二維矢量線數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)二維數(shù)據(jù)的平面坐標、埋深、管徑等數(shù)據(jù)進行虛擬再現(xiàn)批量生成三維管網(wǎng)模型，關聯(lián)屬性數(shù)據(jù)庫，并且提取管線之間拓撲關系，以三維GIS 技術為支撐建立三維模型。三維管網(wǎng)視圖效果2.3. 管網(wǎng)實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表輸出在安裝 SCADA（自動監(jiān)控）的管網(wǎng)中，監(jiān)控點按照固定的時間周期（例如：2 秒）收集管網(wǎng)的各種物理量指標參數(shù)，三維管網(wǎng)系統(tǒng)提供動態(tài)數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)與SCADA 對接，在三維場景中實時監(jiān)控遠程的設備運行狀況。流量計瞬時流量監(jiān)控圖在管網(wǎng)中，具有監(jiān)測功能的設備記錄了海量的歷史數(shù)據(jù)， 三維管網(wǎng)系統(tǒng)以統(tǒng)計圖表的形式進行查詢展示，例如供水管網(wǎng)的流量計按日、月年等周期統(tǒng)

10、計。三維管網(wǎng)系統(tǒng)有各種報表輸出功能，如：不同類型的管線都有各自的使用年限，三維管網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)管線的建設年代和使用年限，統(tǒng)計出超期服役的管線列表，在三維地圖上高亮突出顯示，并且以報表的形式輸出。2.4. 空間數(shù)據(jù)編碼規(guī)則2.4.1. 管線分類與代碼管點及管線命名規(guī)則我們用Z打頭代表自來水給水類，W代表污水排水類，N打頭代表供暖類，Q打頭代表供氣類，對于管線點、管線線的編號遵循一定的規(guī)定，并參考有關規(guī)定，這樣才能實現(xiàn)不同系統(tǒng)見的數(shù)據(jù)共享。2.4.2. 管線、管點數(shù)據(jù)表三維管網(wǎng)系統(tǒng)在三維場景中點擊管線模型查看屬性表格，以獨特的屬性氣泡形式展現(xiàn)管網(wǎng)業(yè)務信息，操作簡便，表現(xiàn)力強，支持各種報表、圖片等形式的

11、數(shù)據(jù)展現(xiàn)；也能夠輸入查詢條件進行模糊查詢屬性表格，并在三維場景中定位到管線模型。管線數(shù)據(jù)表字段名稱字段類型字段長度是否為空編號起點點號終點點號起點高程終點高程戶號管網(wǎng)類型管線型號管線產地介質管徑材質起點埋深終點埋深建造年代流向流量接口方式地址報廢年限維修次數(shù)維修記錄管點數(shù)據(jù)表字段名稱字段類型字段長度是否為空編號型號介質產地戶號管徑埋深高程材質地址施工單位接口方式管網(wǎng)類型閘距地面埋設年代數(shù)據(jù)來源開閉狀態(tài)介質流向介質流量最近維修日期報廢年代2.4.3. 豐富、規(guī)范的管件模型庫系統(tǒng)提供標準尺寸和規(guī)格的模型庫（例如法蘭、流量計、彎頭、止水閥等），方便用戶在指定位置添加管件，節(jié)省建模時間。2.5. 整合

12、業(yè)務數(shù)據(jù)更便捷 管網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)包括：屬性信息、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等，主要以關系型數(shù)據(jù)庫的形式存儲。維管網(wǎng)系統(tǒng)能夠迅速的自動關聯(lián)三維管線模型和業(yè)務數(shù)據(jù)庫，大幅度降低數(shù)據(jù)處理的時間成本，使得項目實施更方便、快捷，成本更低。2.6. 空間數(shù)據(jù)圖層2.6.1. 地形圖層 圖層名稱內容描述注記各類注記、文本說明點狀植被樹木、花壇等點狀設施路燈線狀水系及建筑附屬設施圍墻、房屋的邊線、水池邊線、草地邊線等道路中心線道路中心線面狀道路道路面面狀居民地各類房屋、樓房、運動場面狀植被草地面狀水系水庫、池塘等2.6.2. 管線圖層圖層名稱內容描述自來水管點(水閥門、自來水井蓋、水表)自來水閥門（點）自來水管道自來

13、水管道（線）污水管道污水管道（線）污水管點(污水閥門、污水水井蓋)供暖管道供暖管道（線）供氣管道供氣管道（線）供氣管點供氣管點（點）3. 項目技術方案3.1. 系統(tǒng)開發(fā)技術路線系統(tǒng)的設計是基于GPRS 數(shù)據(jù)傳輸技術和網(wǎng)絡技術之上的，軟件開發(fā)采用B/S和C/S 兩種結構相結合的方式設計：1）數(shù)據(jù)匯集處理和前端控制程序等應用系統(tǒng)采用C/S 體系結構。2）各職能管理人員使用瀏覽器訪問系統(tǒng)完成所有操作，采用B/S 體系結構。C/S 與B/S 系統(tǒng)結構模式介紹：軟件開發(fā)采用目前比較流行和成熟的應用集成體系結構模式主要有客戶/服務器（Client/Server，簡稱C/S）兩層體系結構模式以及瀏覽器/服務

14、器（Browser/Server，簡稱B/S）三層體系結構模式。B/S 結構具有良好的擴充性，對客戶端沒有任何特殊要求，對用戶數(shù)也沒有限制，只需支持網(wǎng)絡并具有瀏覽器功能即可。B/S 模式只在服務器安裝應用程序，客戶端不須安裝程序，直接使用IE或其他瀏覽器即可使用，修改應用程序只與服務器有關，客戶端不作任何改動，操作簡單，維護方便。C/S 結構具有較強的互動性，特別有利于系統(tǒng)的維護和復雜功能的實現(xiàn)，可以對信息進行各種操作，在高速網(wǎng)絡環(huán)境下可以滿足不同用戶的需要。B/S結構軟件設計（即瀏覽器/服務器應用模式)，支持網(wǎng)絡（因特網(wǎng)、局域網(wǎng)）瀏覽、操作。系統(tǒng)軟件采用Web技術，局域網(wǎng)用戶可通過內網(wǎng)訪問，

15、經(jīng)認證用戶名和密碼后進入相應級別管理系統(tǒng)。監(jiān)測中心具備公網(wǎng)上固定IP時，廣域網(wǎng)用戶可通過公網(wǎng)訪問系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Micorsoft SQL Server 2000；可存儲不少于三年的各種歷史數(shù)據(jù)。如果需要訪問數(shù)據(jù)庫，三維和二維系統(tǒng)均直接訪問各自數(shù)據(jù)庫的方式（采用SDE和ADO.net技術）； 系統(tǒng)結構總體分為三個層次：數(shù)據(jù)庫、業(yè)務模型、系統(tǒng)前端展現(xiàn)。下面分別進行說明：1) 數(shù)據(jù)庫層：分為業(yè)務數(shù)據(jù)庫和三維模型庫，分別存儲系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)；2) 業(yè)務模型：分為核心業(yè)務模型和三維展現(xiàn)引擎；3) 前端系統(tǒng)：分為二維平面系統(tǒng)和三維立體系統(tǒng)。3.2. 軟件運行環(huán)境軟件環(huán)境: ： win

16、dows xp以上、 Microsoft .NET Framework SDK v2.0、ArcGIS Engine 9.2 Runtime、本軟件SETUP安裝程序硬件環(huán)境: CPU 雙核2.0以上、內存1G以上、硬盤至少有120G自由空間、顯卡1G獨立顯卡以上。3.3. 軟件系統(tǒng)可定制性強，有良好的可擴展性軟件操作客戶端采用組態(tài)化、模塊化結構開發(fā)，能夠實現(xiàn)需求的快速開發(fā)，可以根據(jù)用戶的實際需求定制開發(fā)操作客戶端。監(jiān)控系統(tǒng)對外提供了多種數(shù)據(jù)接口：數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡協(xié)議、OPC 等，方便其他系統(tǒng)從監(jiān)控系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，方便建立生產信息化平臺。3.4. 軟件用途和技術特點. 可以做為真管中

17、心日常辦公使用，應用于自來水、供暖、排污、燃氣等管網(wǎng)資源管理。提供快速搶險、維修、檔案管理、取代CAD和紙制地圖新一代高科技產品。提供高效、準確查詢分析功能；二維平面圖和三維景觀相結合的管網(wǎng)軟件。. 專業(yè)管網(wǎng)軟件，在管線編碼等方面使用國標相結合；地圖編輯、提供多種查詢方式、爆管分析、流向分析、斷面分析、預警分析突出實用性。. 導入導出數(shù)據(jù)表或人工錄入數(shù)據(jù)可以使復雜的管網(wǎng)管理變得非常簡單便于維護工作。. 按多個條件查詢，可以在某個區(qū)域內查詢滿足多個條件的要素，并可以查屬性信息,定位地圖要素功能, 滿足用戶復雜查詢。. 斷面分析可以在不需要實

18、地挖管道,便可以在電腦上查看管道的材質、埋深、管徑、歷史建設年代、距離等信息；為工作人員提供方便。. 地圖道路線打印可以根據(jù)一條道路畫打印區(qū)域,此時可以打印出道路兩旁的管線等信息便于維修人員使用。. 二維、三維切換方便，可輸出CAD二維平面圖。3.5. 系統(tǒng)演示操作流程系統(tǒng)操作流程：啟動-用戶登陸-連接空間數(shù)據(jù)庫-版本識別-二維平面主界面瀏覽-三維單管網(wǎng)信心瀏覽-信息數(shù)據(jù)查詢分析-二維和三維互操作-報表輸出,CAD輸出。4. 系統(tǒng)基礎功能與場景設計4.1. 二維登陸及文件操作4.1.1. 系統(tǒng)登陸界面與系統(tǒng)初始化界面登陸界面：在這里輸入用戶名,密碼進行軟件登陸.輸入

19、后點擊“登陸”就會進入本系統(tǒng)二維管網(wǎng)信息主控界面(如下圖)。 直觀顯示各測點位置分布情況、流量壓力等信息及狀態(tài)，并以各種不同顏色表示正常、警戒狀態(tài)。管理人員可以通過鼠標拖動擺布測點的位置。通過鼠標選擇測點可直接進入測點詳細信息顯示界面，內容包括：測點的基本信息及最新監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示、控制功能等。當選擇具體各管網(wǎng)或用管線觀察器可進入單管網(wǎng)三維信息界面，三維場景就會顯示出來。在單管網(wǎng)三維地圖上進行各種操作:包括管線、管點信息打開、地圖縮放大、平移、漫游、全圖等。管網(wǎng)信息、監(jiān)控數(shù)據(jù)查詢分析、報表瀏覽。5. 空間數(shù)據(jù)編輯、屬性修改5.1. 二維地圖中增加管線用戶在地圖中畫一條線段，系統(tǒng)根據(jù)線段形狀將該管線

20、保存至數(shù)據(jù)庫中，對于該管線的屬性信息，用戶可以通過屬性窗口進行修改編輯操作。5.2. 二維地圖中增加管點 用戶在地圖中進行鼠標點擊，系統(tǒng)根據(jù)點擊的坐標生成管點數(shù)據(jù)，并將該管點保存至數(shù)據(jù)庫中，對于該管點的屬性信息，用戶可以通過屬性窗口進行修改編輯操作。5.3. 管點管線管點屬性表（EXCEL數(shù)據(jù)表）導入6. 系統(tǒng)打印系統(tǒng)可打印各測點信息、歷史紀錄、歷史曲線、事件記錄、操作記錄、報表，CAD地圖等；6.1. 地圖打印模塊用戶在地圖窗口上選擇一個矩形框，然后將矩形框中的數(shù)據(jù)加載到打印控件中，進行打印輸出顯示。也可以選擇某個地物，然后自定義緩沖區(qū)半徑，進行緩沖區(qū)范圍打印，并且打印輸出時可以用戶自定義指北針、比例尺、標題等裝飾信息。操作：選擇打印菜單中的全圖打印，就會將地圖打印出來。點擊圖中的放大、縮小、漫游可以進行地圖操作.點擊打印可以打印出A4符面的地圖.6.2. 管線登記表打印打印出某一管線、管點、井蓋的地圖上空間位置和屬性信息。操作:選擇打印菜單中的管線登記表打印,然后在地圖上畫區(qū)域,在出現(xiàn)的選項中雙擊要查找的地圖數(shù)據(jù),然后點擊右鍵打印,就可以打印出地圖。7. 系統(tǒng)特點7.1、人性化的界面：軟件基于瀏覽器的操作方式，界面簡潔，菜單模塊布局清晰，使操作者能夠更快、更方便地上手使用，人機交互友好。7.2、可視化效果強：