浙江省海宁市供水管网管理信息系统总体设计书

目   录

第一章  引   言

第2章        需求分析及系统目标第3章        

第4章        系统结构与系统运行环境

第5章        系统功能描述及实现

第6章        应用系统数据库结构

第7章        数   据

第8章        项目人员及开发时间表

附录1    海宁市供配水管网优化系统实施时间表



















前       言
        中国浙江省海宁市是一个美丽的城市，自古以来就是观钱塘大潮的胜地，这里民风淳厚，人杰地灵。数千年的吴越文化的深厚积淀更是形成了富有特色的海宁“三大文化”。即潮文化、名人文化和灯文化。这里不仅拥有众多的风景名胜，如天下奇观海宁潮、轻罗万眼竞光辉的硖石灯彩、东汉石墓人物画像、东晋的惠力寺、唐代的安国寺经幢、明代的占鳌塔、清代的海神庙及王国维故居等等，而且这里名人辈出，如陈元龙、王国维、徐志摩、张宗祥、钱君陶和金庸等等。
        现代的海宁人更是改革开放和高科技时代的弄潮人。海宁市自来水公司在侯总经理、张书记的带领下勇于创新，决定将最新的科学技术应用于供水事业的管理，在已经完成水厂自动化的基础上，要使用计算机技术、地理信息系统技术、计算机网络技术和配水优化调度技术来管理市政供水管网，这不仅使海宁市的自来水事业的管理水平发生一个革命性的变革，而且将成为一项造福子孙后代的工程，为后人传诵。
        中国自动化学会是中国自动化领域的一级学会。它的学术影响力遍及国内外。海宁市自来水公司的领导以其睿智选择了与中国自动化学会联合共建《海宁市供水管网管理信息系统》。
        在以中国自动化学会理事兼副秘书长马正午教授的领导下，以郁建林博士，骆建良硕士，李联等同志为成员组成乙方项目组，同时海宁市自来水公司派出张书记兼副总经理，杨曦帆等同志组成甲方项目组，双方共同协作完成《海宁市供水管网管理信息系统项目总体方案设计书》。该设计书将成为项目实施和验收的标准。双方均盖章以表示对此设计书的认可。



甲方 ：海宁市自来水公司               乙方：中国自动化学会
经济与管理系统专业委员会



第一章        引   言

1．        1系统建设的必要性
海宁市地处浙江省的北部、杭嘉湖平原南端，东距上海125公里，西离杭州61.5公里，南临钱塘江，是著名的江南水乡。全市陆地面积699.92平方公里，总人口64万。
随着改革开放的发展，海宁市作为首批沿海对外开放县（市）之一，也得到了长足的发展，连续三届跻身“全国综合实力百强县（市）”行列。海宁市自来水公司作为浙江省级先进水司，面对城市的快速发展，充分认识到对供水管网必须采用现代化的管理手段进行及时、高效的管理，使管理由经验型管理向科学型管理转变，节约资源，提高效率，改善服务。这也构成了我们项目开发的总方针。
具体地说，利用地理信息系统和配水管网优化调度系统有如下意义：
1．        建立起现代化、科学的管网图档管理体系。使图纸的存储由单一的纸介质向电子化转变。
2．        信息的检索更加快捷、准确。
3．        改变以往改、换图业务采用“一只笔，4．        一把尺，5．        一块橡皮，6．        一个刀片”最原始的手工制图方式。改变以前综合统计需要人海战术的局面。
7．        管网设计、规划更加科学、优化。
8．        为领导提供辅助决策支持。
9．        更快地提供紧急事故的处理方案，10．        减少各方损失。

1．2系统设计主要任务
需求分析和总体设计是应用地理信息系统开发过程中的重要环节。在系统目标和主要功能确定后，对现行的各子系统的业务工作进行调查和分析，在分析的基础上进行总体布局、结构安排、实施方案和功能／数据结构设计，为下阶段详细设计提供依据。
总体设计的主要任务有：
    1．对需求进行分析；
    2．对现行各功能子系统进行调查研究；
    3．应用系统结构设计以及数据结构设计；
    4  系统功能分析；
    5．计算机网络结构设计；
    6．数据来源分析、数据的组织；
    7．系统的建立、系统管理与维护的考虑。
    总体设计为整个系统提供总体概貌，为各个子系统设计功能。它是开发人员进行系统开发的技术依据，又是系统验收和评审的标准。

第2章        需求分析及系统目标第3章        
2．        1系统设计原则
系统设计的出发点是最大限度地满足用户的要求，系统建设要达到提高办公效率、减轻办事人员的劳动强度并逐步实现全公司办公自动化的目的。系统应在吸取国内已建或在建的多个信息系统正反两方面经验的基础之上，充分创造自己的特色，贴近中小供水企业的需求，在系统设计和建设中反映下列几方面的特点：
1．实用性原则
最大可能满足供水业务的要求，做到灵活实用是本系统建设的最高要求，也是系统设计的基本出发点。实用性要求做到：便于用户应用、便于系统管理、便于数据更新和系统升级，具有优化的系统结构和完善的数据库系统，以及灵活简便的用户界面，逐步形成全公司业务处理的计算机化。
2．可靠性原则
数据可靠性：数据库中的所有数据应是准确可靠的。  
系统可靠性：系统应有很强的容错能力和处理突发事件的能力，不致于因某个动作或某个突发事件导致数据丢失和系统瘫痪。
3．完备性原则
系统中的各种数据应是全面、完整的，能够满足系统各项功能的需要。
4．科学性原则
“海宁市供水管网管理信息系统”是一个大型的软件系统，他的建设是—项系统工程，应以软件工程的思想和方法来建立系统，保证系统结构的科学、合理。
5．规范性原则
系统各项功能应符合供水管网管理的要求，信息编码应遵循行业或地方规范。
6．先进性原则
信息技术发展非常之快，硬件更新换代不到一年，软件整体升级也只是三至五年。在 GIS软件行业中，各种系统纷纷移植到 NT平台，可以看出基于 NT平台的 GIS是一个发展方向。本系统选择了Delphi和Visual Basic作为 GIS开发工具，同时在硬件配置和系统设计中充分考虑系统的发展和升级，使系统具有一定的扩展能力，处于应用系统技术领先的地位。
7．经济性原则
在保证各项功能完满实现的基础上，以最好的性能价格比配置系统的软、硬件。双方共同合作，在较短时间内完成系统的建立，使系统尽快发挥经济效益与社会效益。
8．可扩展性和开放性原则
系统开发采用控件技术和面向对象的软件技术，使系统的重构和搭建非常方便，可推广性好，同时方便系统不断地扩充、求精和完善，系统在输入输出方面应具有较强的兼容性，能进行标准数据格式的转换。
9．可操作性原则
本系统应有良好的用户界面，用户易学易懂，操作简便、灵活，符合供水行业的实际工作模式。

2．2系统需求分析
海宁市是浙江省的名城，城市供水面积约   平方公里。城市自来水管网总长超过     公里，两个水厂日供水量约   万吨。近几年已对资料进行整理，资料较完整。为提高对供水管线的管理水平，决定建立海宁市供水管网信息管理系统，要求系统能存储全部管网图形和属性信息，并可随时更新，能方便对管网信息进行双向查询，能对自来水爆管事故提出应急方案与工程意见，并探索利用系统对自来水漏水区进行预测，对水质污染源的查询提供线索。在此基础上逐步实现管网平差与自来水优化调度调度功能。系统的建立力求达到用户受益、企业受益、职工受益的目标。

2．3系统目标
(一)．确定目标的原则
系统目标是指未来的计算机管理信息系统的目标，目标是建立在对现系统的调查和分析的基础上，新系统所追求的目标体现了计算机信息管理的水平。
1．目标既要有先进性，又要稳定可靠，有实现的可能
新系统决不是用计算机单纯去代替原手工管理方式，而是应比原有系统有本质的提高。
2．目标的系统化，具体化
    首先确定系统的总目标，总目标是由分目标组成，构成一个目标系统(目标树)，同时目标尽可能避免抽象化，力求具体化，目标系统使系统开发的各阶段方向明确，同时也是开发工作各阶段的评价标准．
(二)．系统的总目标
根据确定目标的原则，确定”海宁市供水管网管理信息系统”的总目标是：高效，规范的管网图档信息管理；严谨，科学的管网运行状态管理；及时，有效的辅助决策服务。
系统的总目标由分目标组成，分目标又由子目标组成，构成系统的目标树。目标树反映了系统预期要达到的效果。
1．高效，规范的管网图档信息管理
    这个分目标由四个子目标组成，它们是：
    (1)．科学地管理数据，图形信息
            * 合理地设计数据库，图形的结构
            * 方便地进行各库的管理，维护
            * 稳妥地保证数据的安全
    (2)．提高信息的加工能力
            * 高精度的图纸编辑能力
            * 标准，规范的档案管理
    (3)．提高信息的使用水平
* 加强图档信息的共享性
        * 加强图档信息的统一管理
* 加强信息统计工作的完整性
(4)．提高多功能的信息检索能力
* 加强内部信息服务的有效性，科学性
* 提高对外部系统信息服务质量
这一分目标的实现，对系统来说是一个成败的关键，是系统的核心和基础．它的实现确保了管网基本信息的稳定，准确，安全和完整．并且具有综合性强，共享性高和图--数一体化管理等特点，为使用提供最佳的信息服务，
2．严谨，科学的管网运行状态管理
这个分目标由三个子目标组成，它们是：
(1). 提高对隐患管线的科学管理
    * 加强信息的完整性
    * 加强管理的有效性
(2). 加强对管线维护，检修业务的科学化管理
    * 健全管网维修业务的各项制度
    * 加强对维修信息的管理
    * 加强对管网维修状态的分析
(3). 提高对漏水紧急事故处理的高效化
    * 高效进行图档信息的搜索
    * 合理制定关闸方案
             * 具有高速输出能力
这一分目标的实现可以极大地加强管网运行状态中维护，检修工作的科学化管理，克服手工管理的不健全，提高业务的管理水平和效率，尤其是实现漏水事故紧急处理，合理制定关闸方案的及时性，具有很大的现实意义。分目标的实现，使整个管网的安全运行更加有了保障。
3．及时，有效的辅助决策服务
这一分目标是：根据要求，建立供配水优化系统，即建立准动态管网分析模型，使之用于制定和优化供配水系统调度方案、规划设计方案和管网改造方案。准动态分析模型的建立包括：
(1). 建立现状管网模型: 以现状管网为基础确定节点, 按照面积法和
直接接 入法分配用户水量归入节点以确定节点流量，确定和测定节点的24Hr节点流量曲线，调整管段摩阻系数及漏损率，输入计算日流量和小时系数后建立现状管网模型，进行24Hr模拟计算。利用实测的压力、流量数据进行模型的调整和校验。
现状管网模型的建立可以清楚地了解现状管网的运行状况，及时发现管网中存在的问题，可以了解当前管网的需求及各种方案模拟演示的结果，可以了解为用户所能提供的服务水平。
(2).建立规划管网模型：根据现状管网模型，结合规划管网、水量以及
规划水厂建立规划管网模型。
规划模型的建立将成为管网规划设计的有利工具，通过对各种规划方案计算结果的比较、优化，优选出最佳方案，通过这些有力的数据支持增加了管理者信心，并对管网今后扩展有了全面的考虑，从而推动着管理者由经验型管理向科学型管理转变。
    
    供配水优化系统的特点是建立在GIS系统基础上的将查表收费系统数据、SCADA系统数据综合利用，达到优化系统管理、优化系统运行节约资源和提高服务水平的作用。
这一分目标的实现过程中，将对大量的管网信息进行综合分析和深加工处理，从而为领导及有关部门提供管网预测，计划，管理等多方面有效的辅助决策服务，这是管理信息系统最高层的管理目标，反映了系统的管理水平和标准。





第三章  系统结构与系统运行环境

      
一、系统结构          
根据我们对中国供水行业近十年的信息化项目经验的研究，我们认为在系统的设计之初，应本着总体设计的原则进行总体系统结构的设计，即整体化的解决方案。但实施是分步实施的。
在此我们提出综合自动化系统（SAS）的概念，具体地说，就是一个整体化集成解决方案包括管网地理信息系统，管网优化规划，数据仓库及访问，管理信息系统，SCADA系统，客户服务信息及收费系统等。我们还可与我们的软件合作伙伴一起向用户提供财务系统、计划统计系统和劳动人事系统等解决方案，加上我们提供的优质的项目管理，硬件及系统软件，培训和实施，以及经过十年实践检验的应用模式，构成面向自来水公司提供的SAS整体解决方案。

















在本项目中我们主要完成如下的部分

















空间数据库









二、系统运行环境
软件配置：
1、        操作系统：windows NT 4.0
2、        网络关系数据库SQL SERVER 7.0
3、        MapObject 和ARCVIEW
4、        海宁市供水管网管理信息系统
5、        开发工具：Delphi5.0 等
6、        辅助工具：AutoCAD

硬件配置：（建议）
2        PIII500以上系列网络服务器一台
3        图形工作站两台。PIII500以上，17寸以上显示器
4        绘图仪一台，至少A1幅面，数字化仪，扫描仪各一台
5        光盘刻录机
6        集线器一台，16口，10/100M自适应
7        网卡若干块，视联网计算机数量而定，10/100M自适应
8        打印机：激光或喷墨打印机

网络结构










第四章  系统功能描述及实现

系统主要功能
      根据系统总体目标及设计原则。以及系统所要具备的项目技术内容，将整个系统分成六大功能子系统。分别是基础平台的图库管理子系统、管网编辑子系统、管网管理子系统、管网运行调度子系统、事故处理子系统、管网维护管理子系统，每个子系统由数个模块组成。下面将分别叙述
  各个子系统的功能和其模块的功能
   （一）地形图库管理子系统
    本子系统除提供了分别对点、线、区三种图元的空间数据和图形属性进行输入和编辑的功能，以从图形表格输出的功能之外，最主要的是实现地形图建库、对图库灵活的管理和方便的数据转换。
  1．图形输入
    提供以下矢量图形成图方式：
    (1) 利用数字化仪输入成图。
    (2) 利用野外全站仪、电子手簿输入成图。
    (3）利用扫描仪矢量化输入成图。
    (4) 通过键盘输入点坐标方式。
    (5）利用鼠标在图形窗口中定位成图。
    (6) 对于已经存储于文件中的图形、点、线坐标信息可以读入并自动成图。
(7) 对于多种图形格式文件及各种GIS软件系统的输出图形文件，均可以被转换成系统可以接收的格式；同时，系统中的图形也可以通过格式转换为其它软件接收。

  2．  图形编辑
图形编辑用于改善绘图精度、更新图形内容、丰富图形表现力，实现图形综合，同时对各种图形文件(点、线、区、网等)或整个工程项目的储存、更新、备份，管理着图层和窗口的操作，其主要功能有 ：
  (1) 对点、线、区三种图元的各种操作和编辑。
  (2) 对点、线、区三种图元参数的编辑和统改。
  (3）拓扑处理和系统库编辑。
  (4）错误检查。
  (5) 提供各种图形的矢量化功能。
  (6) 对各种工作区(点、线、区、光栅)和网络的管理。
  (7) 利用窗口达到交互式图形编辑使图形的编辑、修改、设计、更新更加的方便、精确。
  (8) 提供图形分层的编辑功能。  

3. 图形输出
    图形输出主要是读取各种输出数据，进行版面编辑处理、排版、图形整饰，最终形成各种格式的图形文件，其主要功能有：
    (1)地形图的输出
    (2)各种图形文件(点、；线、区、网等)的输出
    (3)WINDOWS输出
    (4)光栅处理
    (5)各种表格输出

4. 图库管理
    图库管理在整个系统中负责基础信息的管理，它是系统的基础，用于储存和管理地图信息。其主要功能有：
    (1)以图幅为单位管理图形数据并实现图幅漫游。
    (2)为用户提供了灵活直观的数据入库手段。
    (3)多种强有力的数据查询途径。
    (4)方便的图幅与图幅之间的接边功能，消除相邻图幅间的接合误差。
    (5)图幅提供多控制点了图幅校正功能。
    (6)提供图幅检索功能构造裁剪框，形成新的图幅。

5．数据转换
    数据转换功能是和其他GIS系统间架设了一道桥粱，实现了不同系统间的数据转换，从而达到数据资源的共享。本系统的数据转换接口包括：
    (1) ARC 格式接口
    (2) 明码格式接口

(二)管网输入编辑子系统
    管网输入编辑子系统提供丰富有力的网络输入手段，构造网络拓扑关系，建立与管网元素相关的属性数据库和提供供水管网的图形属性编辑工具。
    1．属性数据输入
    (1)按照供水管网各组成成分进行属性输入。
    (2)提供可视化的编辑功能。
    (3)管网属性的存储和更新管理。
    2．空间数据转入
    对于外业探测的供水管网空间数据用户可方便的转入利用
    (1)可由空间数据库读入
    (2)可由子直接读入
    (3)由其它格式数据转入
    (4)键盘输入
    3．管网编辑及设计
   （1) 对线文件转换为网线文件和对网线、节点的各种操作和编辑。
    (2）对网线和节点参数的编辑和统改。
    (3）对管网的空间数据编辑操作主要有：输入网线、删除、移动、复制、剪断、联接、线上点操作、节点平差等。

(三）管网管理子系统
    管网管理子系统用于对管网信息进行全面的了解和详细的分析，提供属性与管线的双向查询工具查询检索各种需要的数据和信息。
  1．常用工具
    1) 裁剪：矩形裁剪、多边形裁剪、圆形裁剪
    2）量算：量算点间矩离、点线距离、折线长度、圆域面积及周长、矩形面积及周长
  2．信息浏览
    对目前正在编辑的文件的各种信息采取翻页式全面的浏览，逐个查看。
  3．条件检索  
    (1)根据网络实体的空间位置来检索提取数据。
    (2)根据网络实体的属性来检索提取数据。
    (3 根据条件表达式来检索提取数据。
  4．查询
    (1)按照所在的区域位置进行分区查询。
    (2)按照属性种类进行查询。
  5．统计
    对所选文件属性(或表格)的某个字段或用户指定统计分类数与各分类段的范围，统计图元总数，该字段或分类的总和、最大值、最小值、平均值、以及所统计图元(或表格)数。并将统计结果保存在表格数据缓冲区中，可用直方图、饼图等多种形式显示，最后可将该结果存盘或打印。
(四) 供配水管网优化子系统
供配水优化自系统是在GIS系统的基础上建立的，同时需要查表收费系统和SCADA系统的数据支持，该部分较大，所以说明较详细。
其系统结构如下：


　
4．1  建模准备工作
4．1．1 管网数据的确定
1．模型中的管网管线利用　GIS系统来转换, 通过GIS系统数据库及相应的应用程序来实现。需要进行转换及确定的参数如下：
----确定建模用管网图（基本管道口径及特殊管道的处理）
----确定管线在图中的位置、连通情况、管长、管径、管材、管龄及管线的相应分区
----确定管网中模型的节点
在1：500已标明水表位置的图上注明节点
          节点编号：╳╳╳   ╳   ╳╳╳╳
　                  图纸号    节点号及类型
2．        评估管道内部输水的水利条件
由于不同材质的配水管道内壁粗糙度不同，输水条件不同，所以对管道内壁摩阻系数的确定可利用管材、管龄和管径来评估，也可进行现场测定。
----管道内部输水条件的评定在水力学中可用两个参数来表示：
   ·Hazen-Williams公式中用 “ C ”值表示, 较为常用。
·Colebrook-White公式中用 “ K ”值表示。
----初始估定“C”值, 可根据GIS系统如下数据来确定。
   ·管材
·管龄
·管径等
----“C”值是作为管网模型校验及调整的重要参数。
----“C”值的确定也可通过现场实测来确定。
3．        模型中节点地面高程数据。
4．        确定管网漏损率。

4．1．2  需水量数据的确定
      通过对用户用水情况的调查及测试，将清楚地掌握其用水规律，准确分配节点流量，优化配水。
1．        利用GIS系统用户位置数据及收费系统数据通过编写相应程序来关联得
到节点需水量数据。    
      ---- 对水表进一步编号（反映用户类型及与节点的关系）
             ╳╳╳╳    ╳     ╳╳╳
             节点号   用户类型  对应于某一节点的序号
  ----建立节点与水表数据相应的数据库，对于节点流量可进行如下处理：
     · 按面积比例划分节点流量
         · 按水表位置划分用户水量归入节点
2．        不同3．        类型用户24小时用水规律的调查及测试。
用于掌握一天中用户用水的变化规律，准确分配节点流量，建立24小时准动态管网模型。
----所有用户用水对于水厂来说每天以小时为间隔都有相应的供水曲线。
----对于不同行业的用户用水规律不同，不同用户按各自类型有不同的分
类曲线，可通过相应标准曲线来查对，对于中、小用户加权平均水量曲线叠出节点流量曲线，建立24Hr标准动态模型。。
----对于特殊行业的用水大户，可进行现场实测得到分类曲线。

4．1．3  现场测试数据
测试目的为了进一步了解管网运行状况，掌握管网中的实际压力及其变化规律，验证已有测压设备及其结果的准确性和测压精度的可靠性，并为管网模型的校验积累资料，有效地提高模型精度，使模型更能反映出管网实际情况，使管理者能及时地发现问题，减少事故隐患的发生，使供配水系统始终处于良好的状态，更好地服务于社会和人民。
----现场测试包括对已有测压点、水泵出厂流量计等设备的进一步校验，确定其准确度。
    ----对于管网中不确定点进一步测压，从而进一步掌握压力情况，为模型的校验提供数据支持。  

4．2  数据的正确性控制
基础数据提供的准确程度，直接支持影响着模型精度，在进行数据处理时必须认真负责，并随时采用相应措施验证，基础数据主要有如下三类：
   ----GIS系统数据
对于系统中常发生的错误主要有管网数据、管道连通性以及位置关系等方
面，可通过相应措施校正。
   ----收费系统数据
      数据一般准确性较高。
   ----现场测试数据
数据一般准确性较高，对于有异议的进一步验证。

4．3  模型的维护
通过对模型周期性的不断更新，以保证模型应用的准确性。
1．对于管网不同程度的变化情况，模型所做的处理。
----当局部点变化时，应及时调整模型数据。
----当管网的变化加大到一定程度时, 应对模型进行更新。
----当管网中的变化程度无法在原有基础上更新时, 应对模型进行重建。
----及时对管网进行必要的调查。
2. 对于模型具体维护工作包括：
----加入新的需水量 / 删除旧的需水量
　  ----加入新的管线 / 删除旧的管线
----加入新的管网设备 / 删除旧的管网设备
----更新管线模型
----更新需水量数据
----根据局部现场测试数据对模型做相应改动。

4．4 建模、计算
4．5 模型数据库及应用软件的开发
模型数据库及应用软件的作用是将GIS系统数据及收费系统数据进行存储和转换，为模型的建立提供数据支持。













































4．6  模型建立标准及质量
1、        模型构造标2、        准
----所有管道信息由GIS转换或输入
----充分的维护管理
----可作为决策工具
3、        现场测试标4、        准
----足够的15分钟间隔的7天数据
5、        校和标6、        准
----允许的误差
7、        质量保证
----所有数据经过验收





























4．8海宁市供配水系统现状管网模型建立工作流程
      见下图

hao!

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很有参考价值啊  正 找呀!!!!!!</TD></TR></TABLE></P><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />

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不错！

参考一下

确实不错，版主还有可供参考的详细设计书吗？<img src="images/post/smile/dvbbs/em05.gif" />

参考

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