摘 要：鑒于燃氣行業(yè)對燃氣管線信息化的迫切需要狀況，我們選用國產地理信息系統(tǒng)平臺MAPGIS開發(fā)了城市燃氣管網信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有基礎圖庫管理、管網編輯、管網管理、管網運行調度、事故處理及管道工程設計等功能，查詢檢索手段豐富，分析功能較強，符合專業(yè)規(guī)范，有較好的三維處理能力，便于二次開發(fā)。
關鍵詞：GIS地理信息系統(tǒng) 管線管理 燃氣管網
一、開發(fā)城市燃氣管網信息系統(tǒng)的緊迫性
建國五十多年來，我國的社會主義建設步伐很快，特別是改革開放以來，我國的工業(yè)化、城市化以前所未有的速度進行著，國家建設在很多方面取得了可喜的成績。隨著人民生活水平的提高和國家能源結構的調整，煤氣、液化氣進入千家萬戶，燃氣作為一種高能能源，在存儲、運輸、使用過程中都不同程度存在一定的危險，有可能對人民群眾的人身安全和財產安全造成相當大的危害，傳統(tǒng)的效率低下的人工管理和紙介質的存儲方式已無法滿足現代化的管理要求，實現燃氣管網管理的科學化、現代化已成為社會發(fā)展的迫切要求。運用計算機和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術管理城市燃氣管網系統(tǒng)就越來越重要。
鑒于此種狀況，我們選用國產地理信息系統(tǒng)平臺MAPGIS開發(fā)了城市燃氣管網信息系統(tǒng)。
二、MAPGIS作為城市管網信息系統(tǒng)開發(fā)平臺的獨特優(yōu)勢
MAPGIS是武漢中地信息工程公司開發(fā)的GIS平臺軟件，也是國產GIS基礎軟件中產品化程度較高，應用較廣的系統(tǒng)。相對于國內外其它產品，MAPGIS作為GIS開發(fā)平臺，對于管網信息系統(tǒng)的開發(fā)具有獨特優(yōu)勢。
1．MAPGIS平臺功能強大齊備。
MAPGIS包括“輸入”、“編輯”、“庫管理”“空間分析”、“輸出”以及“實用服務”六大部分16個子系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設計、數據結構，以及數據管理、輸入輸出方面采用了一系列先進技術，集中了近十年圖形處理軟件開發(fā)的精髓，其性能達到國外工作站GIS軟件水平，尤其在圖形輸入、編輯出版高精度圖件、海量圖庫管理、空間分析等方面明顯優(yōu)于國外同類GIS軟件。
2．數據模型合理，分析功能較強。
在MAPGIS中，網絡主要由兩類元素組成，即結點和網線。網絡元素間的拓撲關系是網絡的重要特性。在網絡中，結點是和網線緊密聯系的，網線兩端是結點，結點與一條或多條網線相聯系。在MAPGIS網絡的空間數據庫中，每條網線都有其拓撲數據，記錄著與它相聯系的前后結點；每個結點也有其拓撲數據，記錄著與它相聯系的全部網線。在用戶進行網絡操作的任何時候，系統(tǒng)都維護著這種拓撲關系的完整性。這樣來組織拓撲數據冗余度小，檢索和分析的速度快。
MAPGIS提供網絡管理分析子系統(tǒng)幫助用戶管理各類網狀設施(如燃氣管網、自來水管網、交通網、電訊網等等)，用戶可以利用此子系統(tǒng)迅速直觀地構造整個網絡，建立與網絡元素相關的屬性數據庫，可以隨時對網絡元素及其屬性進行編輯和更新；系統(tǒng)提供了豐富有力的網絡查詢檢索及分析功能，用戶可用鼠標指點查詢，也可輸入任意條件進行檢索。系統(tǒng)還提供網絡應用中具有普遍意義的關閥搜索、最短路徑、最佳路徑、資源分配等功能，從而可以有效支持緊急情況處理和輔助決策。最關鍵的一點是，網絡管理分析子系統(tǒng)中的幾乎全部功能都包括在提供給用戶的SDK(軟件開發(fā)包)中，用戶可以在構筑自己的系統(tǒng)時很方便地調用函數實現這些功能。
3．二次開發(fā)手段豐富，技術支持直接有力。
成熟實用的地理信息系統(tǒng)的重要標志就是它提供給用戶的二次開發(fā)能力。MAPGIS提供完整的二次開發(fā)函數庫，用戶可以在MAPGIS平臺上運用它開發(fā)面向各自領域的應用系統(tǒng)。MAPGIS二次開發(fā)庫的實現被封裝于若干動態(tài)鏈接庫(DLL)中，獨立于開發(fā)工具。無論使用VC++、VB還是BC++、Dephi…，GIS應用程序開發(fā)者在這些工具中如何調用Windows的API函數，就怎么調用這些二次開發(fā)函數。
操作系統(tǒng)、MAPGIS開發(fā)庫及MAPGIS應用程序的相互關系
除了上述 API函數外，MAPGIS還為運用MFC(Microsoft Foundation Class)的開發(fā)者提供多個基于MFC的可重用基類，將應用程序所需的常見基本功能作了封裝，開發(fā)者從這些基類下派生即自動獲得了它們的全部功能，使用便利，改動靈活。
MAPGIS正在向組件化邁進，已推出圖形瀏覽、圖形編輯、圖形輸出、圖象處理等一系列組件，這就使得二次開發(fā)更為快捷便利。
作為國產軟件，MAPGIS為使用者和開發(fā)者提供完備的培訓和技術支持。平臺開發(fā)者對于用戶的需求能夠作出迅速的反饋，這也是MAPGIS的一大優(yōu)勢。
三、系統(tǒng)的總體目標及設計原則
系統(tǒng)是基于MAPGIS地理信息系統(tǒng)平臺，實現對燃氣管網進行計算機管理與輔助決策的大型軟件系統(tǒng)。其目標是利用先進的計算機網絡技術、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術，在建立管網基礎信息庫的基礎上，緊密結合燃氣管理的業(yè)務流程，實現燃氣管理的科學化和自動化。燃氣公司在系統(tǒng)建立后就可以利用該系統(tǒng)進行燃氣管網管理，達到用戶受益、職工受益、企業(yè)受益的目標。
從長遠的觀點看，燃氣管網管理系統(tǒng)將是整個城市地理信息網絡的有機組成部分。因此我們所開發(fā)的系統(tǒng)要采用標準的、開放的結構，為進入整個城市地理信息系統(tǒng)提供開放的接口。
系統(tǒng)設計遵循以下原則：
1.實用性原則：系統(tǒng)應符合并滿足燃氣業(yè)務工作的需要，真正實現辦公自動化，管理科學化。
2.可靠性原則：數據庫中的所有資料應是準確可靠的，系統(tǒng)應有很強的容錯能力和處理突發(fā)事件的能力。
3.完備性原則：即系統(tǒng)的各項功能及管理的各種數據應是全面、完整的。
4.科學性原則：應以軟件工程的思想和方法來建立，力求系統(tǒng)結構的科學、合理。
5.規(guī)范性原則：符合燃氣管網管理的要求，信息編碼遵循行業(yè)或地方規(guī)范。
6.經濟性原則：在保證各項功能完滿實現的基礎上，以最好的性能價格比配置系統(tǒng)的軟、硬件。使系統(tǒng)盡快發(fā)揮經濟效益與社會效益。
7.可擴展性和開放性原則：具有良好的接口和方便的二次開發(fā)工具，以便系統(tǒng)不斷地擴充、求精和完善；系統(tǒng)在輸入輸出方面應具有較強的兼容性，能進行各種不同資料格式的轉換。
8.可操作性原則：本系統(tǒng)應有良好的用戶接口，用戶易學易懂，操作簡便、靈活。
四、系統(tǒng)組織結構及模塊功能
燃氣管網信息管理系統(tǒng)總體結構
(一)、地形圖庫管理子系統(tǒng)
本子系統(tǒng)除提供了分別對點、線、區(qū)三種圖元的空間數據和圖形屬性進行輸入和編輯的功能，以及圖形表格輸出的功能之外，最主要的是實現地形圖建庫、對圖庫靈活的管理和方便的數據轉換。
(二)、管網輸入編輯子系統(tǒng)
管網輸入編輯子系統(tǒng)提供方便的網絡輸入的手段，構造網絡拓撲關系，建立與管網元素相關的屬性數據庫和提供燃氣管網的圖形屬性編輯工具。
1．屬性數據輸入
(1)按照燃氣管網各組成成分進行屬性輸入。
(2)提供可視化的編輯功能。
(3)管網屬性的儲存和更新管理。
2．空間資料轉入
對于外業(yè)探測的燃氣管網空間數據用戶可方便的轉入利用:
(1)可由空間數據庫讀入；
(2)可由電子手簿直接讀入；
(3)由其它格式數據轉入；
(4)鍵盤輸入。
3．管網編輯及設計
(1)對管線、管點的空間數據各種操作和編輯。
(2)對管線、管點參數和屬性的編輯和統(tǒng)改。
(三)、管網管理子系統(tǒng)功能
管網管理子系統(tǒng)是通過一些有效的方法快速對目前的管網信息進行全面的了解和詳細的分析，從而能夠指導管理人員高效率正確的進行管理和抉擇，另外通過提供的查詢工具的各種查詢方法方便的得到想要的資料和信息。
(四)、管網運行調度子系統(tǒng)
根據對系統(tǒng)本身的各類數據的計算和分析比較，找到最優(yōu)的氣源調度方案，并以報表的形式輸出，供調度使用。
(五)、事故處理子系統(tǒng)
事故是指燃氣管網中突發(fā)的爆管或瓦斯泄漏等。這類事故會造成較大損失。所以事故發(fā)生后及時制定事故處理方案是非常重要的。用戶只需指定事故發(fā)生處，系統(tǒng)將能夠自動搜索出需關閥門與停氣用戶等，并且能自動生成搶修單，制定出合理的處理方案，以便及時排除故障。
(六)、管網設計子系統(tǒng)
輔助設計子系統(tǒng)包括管道平面圖軸測圖生成與設計，生成管道材料統(tǒng)計表、設計說明，管理各類圖件等。
五、系統(tǒng)技術特點
1.數據錄入方式多種多樣。
2.數據模型合理。冗余小，數據一致性有保障，能保證高效訪問。
3.查詢檢索手段豐富。分析功能，如事故處理，最佳路徑，資源分配，管網平差等等。
4.符合專業(yè)規(guī)范，靠近用戶使用習慣，界面明晰友好。
5.較好的三維處理功能。
6.強大的輸出功能?？砂磮D幅輸出單幅或多幅圖件，也可以任意指定出圖范圍，可生成各種比例尺帶整飾的完整圖件，也可輸出各類統(tǒng)計表格和統(tǒng)計圖。
7.面向對象方式開發(fā)，模塊化程度高，鼓勵二次開發(fā)。參照MAPGIS平臺的作法，我們也提供齊備的API函數供用戶進行二次開發(fā)，同時提供包含全部功能的MFC可重用基類，使二次開發(fā)更為方便。
六、結論
當前，我國的能源結構正在調整，原來大量使用的燃炭已面臨開采待盡的局面；電能、太陽能等新能源由于采集、存儲、運輸存在較大難度，在短時間內無法得到廣泛的應用；而我國的天然氣、石油氣等可燃性氣體儲量豐富，儲氣點集中，且開采層面較低。燃氣采用管道運輸、罐裝存儲，運輸費用低廉，密封存儲不易揮發(fā)，受外界自然環(huán)境的干擾較小，而且燃氣還具有發(fā)熱量高、潔凈度高的特點，使用相當方便。我國城鎮(zhèn)人口眾多，北方城市也多有燃氣作日常生活和采暖使用的先例，在人民群眾生活水平和生活質量日益提高的今天，民眾渴望健康、舒適、安全的生活環(huán)境，政府也需要規(guī)范的、行之有效的管理手段。在未來的發(fā)展中，我們將繼續(xù)努力，力求為我國城市管網信息化程度再上臺階作出更大貢獻。
參考文獻
1．吳信才等，MAPGIS地理信息系統(tǒng)參考手冊，武漢中地信息工程公司，1998年5月。
2．周鳳林等，城市地下管線探測技術手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1998年8月
3．田應中等，地下管線探測與信息管理，測繪出版社，1997年8月
4．潘大林等，城鎮(zhèn)管網規(guī)劃設計，廣東教育出版社，1998年9月
關鍵詞：GIS地理信息系統(tǒng) 管線管理 燃氣管網
一、開發(fā)城市燃氣管網信息系統(tǒng)的緊迫性
建國五十多年來，我國的社會主義建設步伐很快，特別是改革開放以來，我國的工業(yè)化、城市化以前所未有的速度進行著，國家建設在很多方面取得了可喜的成績。隨著人民生活水平的提高和國家能源結構的調整，煤氣、液化氣進入千家萬戶，燃氣作為一種高能能源，在存儲、運輸、使用過程中都不同程度存在一定的危險，有可能對人民群眾的人身安全和財產安全造成相當大的危害，傳統(tǒng)的效率低下的人工管理和紙介質的存儲方式已無法滿足現代化的管理要求，實現燃氣管網管理的科學化、現代化已成為社會發(fā)展的迫切要求。運用計算機和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術管理城市燃氣管網系統(tǒng)就越來越重要。
鑒于此種狀況，我們選用國產地理信息系統(tǒng)平臺MAPGIS開發(fā)了城市燃氣管網信息系統(tǒng)。
二、MAPGIS作為城市管網信息系統(tǒng)開發(fā)平臺的獨特優(yōu)勢
MAPGIS是武漢中地信息工程公司開發(fā)的GIS平臺軟件，也是國產GIS基礎軟件中產品化程度較高，應用較廣的系統(tǒng)。相對于國內外其它產品，MAPGIS作為GIS開發(fā)平臺，對于管網信息系統(tǒng)的開發(fā)具有獨特優(yōu)勢。
1．MAPGIS平臺功能強大齊備。
MAPGIS包括“輸入”、“編輯”、“庫管理”“空間分析”、“輸出”以及“實用服務”六大部分16個子系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設計、數據結構，以及數據管理、輸入輸出方面采用了一系列先進技術，集中了近十年圖形處理軟件開發(fā)的精髓，其性能達到國外工作站GIS軟件水平，尤其在圖形輸入、編輯出版高精度圖件、海量圖庫管理、空間分析等方面明顯優(yōu)于國外同類GIS軟件。
2．數據模型合理，分析功能較強。
在MAPGIS中，網絡主要由兩類元素組成，即結點和網線。網絡元素間的拓撲關系是網絡的重要特性。在網絡中，結點是和網線緊密聯系的，網線兩端是結點，結點與一條或多條網線相聯系。在MAPGIS網絡的空間數據庫中，每條網線都有其拓撲數據，記錄著與它相聯系的前后結點；每個結點也有其拓撲數據，記錄著與它相聯系的全部網線。在用戶進行網絡操作的任何時候，系統(tǒng)都維護著這種拓撲關系的完整性。這樣來組織拓撲數據冗余度小，檢索和分析的速度快。
MAPGIS提供網絡管理分析子系統(tǒng)幫助用戶管理各類網狀設施(如燃氣管網、自來水管網、交通網、電訊網等等)，用戶可以利用此子系統(tǒng)迅速直觀地構造整個網絡，建立與網絡元素相關的屬性數據庫，可以隨時對網絡元素及其屬性進行編輯和更新；系統(tǒng)提供了豐富有力的網絡查詢檢索及分析功能，用戶可用鼠標指點查詢，也可輸入任意條件進行檢索。系統(tǒng)還提供網絡應用中具有普遍意義的關閥搜索、最短路徑、最佳路徑、資源分配等功能，從而可以有效支持緊急情況處理和輔助決策。最關鍵的一點是，網絡管理分析子系統(tǒng)中的幾乎全部功能都包括在提供給用戶的SDK(軟件開發(fā)包)中，用戶可以在構筑自己的系統(tǒng)時很方便地調用函數實現這些功能。
3．二次開發(fā)手段豐富，技術支持直接有力。
成熟實用的地理信息系統(tǒng)的重要標志就是它提供給用戶的二次開發(fā)能力。MAPGIS提供完整的二次開發(fā)函數庫，用戶可以在MAPGIS平臺上運用它開發(fā)面向各自領域的應用系統(tǒng)。MAPGIS二次開發(fā)庫的實現被封裝于若干動態(tài)鏈接庫(DLL)中，獨立于開發(fā)工具。無論使用VC++、VB還是BC++、Dephi…，GIS應用程序開發(fā)者在這些工具中如何調用Windows的API函數，就怎么調用這些二次開發(fā)函數。
操作系統(tǒng)、MAPGIS開發(fā)庫及MAPGIS應用程序的相互關系
除了上述 API函數外，MAPGIS還為運用MFC(Microsoft Foundation Class)的開發(fā)者提供多個基于MFC的可重用基類，將應用程序所需的常見基本功能作了封裝，開發(fā)者從這些基類下派生即自動獲得了它們的全部功能，使用便利，改動靈活。
MAPGIS正在向組件化邁進，已推出圖形瀏覽、圖形編輯、圖形輸出、圖象處理等一系列組件，這就使得二次開發(fā)更為快捷便利。
作為國產軟件，MAPGIS為使用者和開發(fā)者提供完備的培訓和技術支持。平臺開發(fā)者對于用戶的需求能夠作出迅速的反饋，這也是MAPGIS的一大優(yōu)勢。
三、系統(tǒng)的總體目標及設計原則
系統(tǒng)是基于MAPGIS地理信息系統(tǒng)平臺，實現對燃氣管網進行計算機管理與輔助決策的大型軟件系統(tǒng)。其目標是利用先進的計算機網絡技術、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術，在建立管網基礎信息庫的基礎上，緊密結合燃氣管理的業(yè)務流程，實現燃氣管理的科學化和自動化。燃氣公司在系統(tǒng)建立后就可以利用該系統(tǒng)進行燃氣管網管理，達到用戶受益、職工受益、企業(yè)受益的目標。
從長遠的觀點看，燃氣管網管理系統(tǒng)將是整個城市地理信息網絡的有機組成部分。因此我們所開發(fā)的系統(tǒng)要采用標準的、開放的結構，為進入整個城市地理信息系統(tǒng)提供開放的接口。
系統(tǒng)設計遵循以下原則：
1.實用性原則：系統(tǒng)應符合并滿足燃氣業(yè)務工作的需要，真正實現辦公自動化，管理科學化。
2.可靠性原則：數據庫中的所有資料應是準確可靠的，系統(tǒng)應有很強的容錯能力和處理突發(fā)事件的能力。
3.完備性原則：即系統(tǒng)的各項功能及管理的各種數據應是全面、完整的。
4.科學性原則：應以軟件工程的思想和方法來建立，力求系統(tǒng)結構的科學、合理。
5.規(guī)范性原則：符合燃氣管網管理的要求，信息編碼遵循行業(yè)或地方規(guī)范。
6.經濟性原則：在保證各項功能完滿實現的基礎上，以最好的性能價格比配置系統(tǒng)的軟、硬件。使系統(tǒng)盡快發(fā)揮經濟效益與社會效益。
7.可擴展性和開放性原則：具有良好的接口和方便的二次開發(fā)工具，以便系統(tǒng)不斷地擴充、求精和完善；系統(tǒng)在輸入輸出方面應具有較強的兼容性，能進行各種不同資料格式的轉換。
8.可操作性原則：本系統(tǒng)應有良好的用戶接口，用戶易學易懂，操作簡便、靈活。
四、系統(tǒng)組織結構及模塊功能
燃氣管網信息管理系統(tǒng)總體結構
(一)、地形圖庫管理子系統(tǒng)
本子系統(tǒng)除提供了分別對點、線、區(qū)三種圖元的空間數據和圖形屬性進行輸入和編輯的功能，以及圖形表格輸出的功能之外，最主要的是實現地形圖建庫、對圖庫靈活的管理和方便的數據轉換。
(二)、管網輸入編輯子系統(tǒng)
管網輸入編輯子系統(tǒng)提供方便的網絡輸入的手段，構造網絡拓撲關系，建立與管網元素相關的屬性數據庫和提供燃氣管網的圖形屬性編輯工具。
1．屬性數據輸入
(1)按照燃氣管網各組成成分進行屬性輸入。
(2)提供可視化的編輯功能。
(3)管網屬性的儲存和更新管理。
2．空間資料轉入
對于外業(yè)探測的燃氣管網空間數據用戶可方便的轉入利用:
(1)可由空間數據庫讀入；
(2)可由電子手簿直接讀入；
(3)由其它格式數據轉入；
(4)鍵盤輸入。
3．管網編輯及設計
(1)對管線、管點的空間數據各種操作和編輯。
(2)對管線、管點參數和屬性的編輯和統(tǒng)改。
(三)、管網管理子系統(tǒng)功能
管網管理子系統(tǒng)是通過一些有效的方法快速對目前的管網信息進行全面的了解和詳細的分析，從而能夠指導管理人員高效率正確的進行管理和抉擇，另外通過提供的查詢工具的各種查詢方法方便的得到想要的資料和信息。
(四)、管網運行調度子系統(tǒng)
根據對系統(tǒng)本身的各類數據的計算和分析比較，找到最優(yōu)的氣源調度方案，并以報表的形式輸出，供調度使用。
(五)、事故處理子系統(tǒng)
事故是指燃氣管網中突發(fā)的爆管或瓦斯泄漏等。這類事故會造成較大損失。所以事故發(fā)生后及時制定事故處理方案是非常重要的。用戶只需指定事故發(fā)生處，系統(tǒng)將能夠自動搜索出需關閥門與停氣用戶等，并且能自動生成搶修單，制定出合理的處理方案，以便及時排除故障。
(六)、管網設計子系統(tǒng)
輔助設計子系統(tǒng)包括管道平面圖軸測圖生成與設計，生成管道材料統(tǒng)計表、設計說明，管理各類圖件等。
五、系統(tǒng)技術特點
1.數據錄入方式多種多樣。
2.數據模型合理。冗余小，數據一致性有保障，能保證高效訪問。
3.查詢檢索手段豐富。分析功能，如事故處理，最佳路徑，資源分配，管網平差等等。
4.符合專業(yè)規(guī)范，靠近用戶使用習慣，界面明晰友好。
5.較好的三維處理功能。
6.強大的輸出功能?？砂磮D幅輸出單幅或多幅圖件，也可以任意指定出圖范圍，可生成各種比例尺帶整飾的完整圖件，也可輸出各類統(tǒng)計表格和統(tǒng)計圖。
7.面向對象方式開發(fā)，模塊化程度高，鼓勵二次開發(fā)。參照MAPGIS平臺的作法，我們也提供齊備的API函數供用戶進行二次開發(fā)，同時提供包含全部功能的MFC可重用基類，使二次開發(fā)更為方便。
六、結論
當前，我國的能源結構正在調整，原來大量使用的燃炭已面臨開采待盡的局面；電能、太陽能等新能源由于采集、存儲、運輸存在較大難度，在短時間內無法得到廣泛的應用；而我國的天然氣、石油氣等可燃性氣體儲量豐富，儲氣點集中，且開采層面較低。燃氣采用管道運輸、罐裝存儲，運輸費用低廉，密封存儲不易揮發(fā)，受外界自然環(huán)境的干擾較小，而且燃氣還具有發(fā)熱量高、潔凈度高的特點，使用相當方便。我國城鎮(zhèn)人口眾多，北方城市也多有燃氣作日常生活和采暖使用的先例，在人民群眾生活水平和生活質量日益提高的今天，民眾渴望健康、舒適、安全的生活環(huán)境，政府也需要規(guī)范的、行之有效的管理手段。在未來的發(fā)展中，我們將繼續(xù)努力，力求為我國城市管網信息化程度再上臺階作出更大貢獻。
參考文獻
1．吳信才等，MAPGIS地理信息系統(tǒng)參考手冊，武漢中地信息工程公司，1998年5月。
2．周鳳林等，城市地下管線探測技術手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1998年8月
3．田應中等，地下管線探測與信息管理，測繪出版社，1997年8月
4．潘大林等，城鎮(zhèn)管網規(guī)劃設計，廣東教育出版社，1998年9月
