出　　自： 《中國給水排水》 1994年第6期第35頁
發(fā)表時(shí)間： ： 1994-6

袁一星；趙洪賓；高健；李玉華

(哈爾濱建筑工程學(xué)院)

　　給水管網(wǎng)的綜合信息，包括管網(wǎng)圖形、管網(wǎng)圖形的屬性數(shù)據(jù)、各種文字資料、各種運(yùn)行參數(shù)、收費(fèi)項(xiàng)目等，對(duì)于整個(gè)供水設(shè)施的維護(hù)、管理、改擴(kuò)建都有著重要的意義。
　　哈爾濱建筑工程學(xué)院研制的給水管網(wǎng)綜合信息微機(jī)管理系統(tǒng)，有著較全面的功能，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，效果明顯、實(shí)用性強(qiáng)，完全可以取代人工管理系統(tǒng)。本文作一概要介紹。

1 系統(tǒng)的研制思想

　　該系統(tǒng)的目的是代替以往的人工管理系統(tǒng)，更有效地對(duì)給水管網(wǎng)各類信息進(jìn)行科學(xué)地管理，同時(shí)，應(yīng)使系統(tǒng)具備快速、準(zhǔn)確、靈活的條件。因此，所設(shè)計(jì)的功能主要是圍繞給水管網(wǎng)各類信息管理的業(yè)務(wù)內(nèi)容展開的。
　　給水管網(wǎng)綜合信息微機(jī)管理系統(tǒng)是采用Turbo Pascal 60語言編制的。在DOS 30 系統(tǒng)支持下，在IBM PC/AT及其兼容機(jī)上運(yùn)行。該軟件系統(tǒng)是集給水管網(wǎng)各種信息及圖形于一體的新型圖文數(shù)據(jù)庫。一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)只能存儲(chǔ)顯示文字信息，而該軟件系統(tǒng)可以將所存儲(chǔ)的文字信息以圖形的形式顯示出來，圖文并茂、立體交叉、相互關(guān)聯(lián)，可用于城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)的維護(hù)管理及處理供水企業(yè)的日常技術(shù)問題。該軟件系統(tǒng)具有良好的用戶界面，全部在VGA高分辨率彩色圖形狀態(tài)下工作，全漢化多級(jí)下拉式菜單操作。功能豐富且簡便易用，各項(xiàng)程序按功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊間形式上相對(duì)獨(dú)立，使得功能的增減容易、方便，也便于軟件系統(tǒng)的維護(hù)。
　　給水管網(wǎng)綜合信息數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)用微機(jī)進(jìn)行現(xiàn)狀分析和優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)。確定數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)時(shí)，須考慮到所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠被其它應(yīng)用軟件調(diào)用，所以，將整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)成開放系統(tǒng)，具有簡潔的數(shù)據(jù)接口。為了便于該系統(tǒng)的應(yīng)用，采用漢字菜單及漢字提示，由于漢字系統(tǒng)要占用很大部分微機(jī)內(nèi)存，因此采用直接讀取16 ×16及24×24點(diǎn)陣漢字庫，和在圖形狀態(tài)下在屏幕上直接繪出的方式來實(shí)現(xiàn)西文環(huán)境下的漢字顯示。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各模塊功能

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1，它包括三大系統(tǒng)共十二個(gè)子功能模塊。
　　2.1 給水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫
　　該數(shù)據(jù)庫可用于給水管網(wǎng)全部基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，包括對(duì)管網(wǎng)及附件、水源、用戶、主要建筑物、鐵路、河流、道路等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、添加、刪除、查詢、修改等操作。
　　為了多方面掌握給水管網(wǎng)的信息，圍繞日常管理的業(yè)務(wù)內(nèi)容，共研制了六種功能:
　　a.給水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫包括與管段的位置、坐標(biāo)、地面標(biāo)高及管道埋深等數(shù)據(jù)的各種操作。
　　b.給水管網(wǎng)管段數(shù)據(jù)庫包括與管段的位置、起止節(jié)點(diǎn)管長、管徑、管材、鋪設(shè)年代、管道附件等有關(guān)數(shù)據(jù)的各種操作。

　　c.給水水源及加壓泵站數(shù)據(jù)庫包括給水水源、給水泵站以及水泵機(jī)組、清水池水位等數(shù)據(jù)的各種操作。
　　d.給水水泵特性曲線庫包括供水系統(tǒng)全部水泵的Q-H，Q-η，Q-N特性曲線、曲線方程數(shù)據(jù)的各種操作。
　　e.用戶用水量變化曲線庫包括城市各類不同性質(zhì)用戶24小時(shí)用水量變化規(guī)律數(shù)據(jù)的各種操作。
　　f.用戶水量計(jì)量卡數(shù)據(jù)庫包括用戶的檔案資料、月用水量、用戶在管網(wǎng)上的接管具體位置等數(shù)據(jù)的各種操作。
2.2 圖形顯示輸出系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)可將給水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中的信息以圖形方式顯示在微機(jī)屏幕上。包括管網(wǎng)及附件的目標(biāo)顯示，且可對(duì)圖形進(jìn)行任意局部區(qū)域的無級(jí)放大。如:節(jié)點(diǎn)大樣、管網(wǎng)管段、消火栓、排泥閥、水表井和地形圖等內(nèi)容，并可同時(shí)打印輸出。
2.3 給水管網(wǎng)信息查詢系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)可采用多方位的查詢方法，對(duì)管段、節(jié)點(diǎn)、用戶的各種信息進(jìn)行查詢。如查詢某一管段的信息，可以按管段編號(hào)、管段兩端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、管段上連接用戶的名稱、管段隸屬的街道名稱等內(nèi)容查詢，也可利用微機(jī)的鼠標(biāo)器，直接在屏幕上進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢。比外，還具備模糊查詢的功能。 、

3 系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 圖紙數(shù)字化輸入的方法
　　給水管網(wǎng)綜合信息微機(jī)管理的重要內(nèi)容，是將管網(wǎng)圖形的各種數(shù)據(jù)、參數(shù)輸存在數(shù)據(jù)庫中，采用數(shù)字化儀表完成此項(xiàng)工作，可輸入的內(nèi)容包括管網(wǎng)圖形及地形、地物、地貌等。
　　a.圖幅的任意劃分與合成給水管網(wǎng)所采用的地形圖，一般為大比例尺，很多城市的給水管網(wǎng)圖都是由許多張1/1000圖組成。本系統(tǒng)在大幅圖任意劃分和小幅圖任意合成下，都可以進(jìn)行圖形的輸入工作，即利用數(shù)字化儀將任意圖幅的圖形單獨(dú)輸入，然后根據(jù)需要自動(dòng)拼接成完整的圖形。
　　利用數(shù)字化儀輸入微機(jī)的圖形中各點(diǎn)坐標(biāo)均為相對(duì)坐標(biāo)，在進(jìn)行任意圖幅的圖形合成拼接時(shí)，軟件系統(tǒng)自動(dòng)地根據(jù)輸入數(shù)據(jù)按下式將相對(duì)坐標(biāo)化為絕對(duì)坐標(biāo):

式中 X ti 、Y ti ——第i點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)
　　X i 、Y i ——第i點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)
　　IX(Q n )——序號(hào)為Q n 的圖紙水平分量
　　IY(Q n )——序號(hào)為Q n 的圖紙垂直分量
　　M ap L、M ap H——序號(hào)為Q n 單幅圖紙水平及垂直尺寸，mm
　　對(duì)于在各單幅圖紙拼接處圖形中點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，可采用平均值法求得。
　　b.圖面內(nèi)容的分層輸入和圖文的交叉互訪
　　該系統(tǒng)可將圖中的全部內(nèi)容分層輸入，如各種地下管線、設(shè)施，地面街道、河流、鐵路、建筑物等。輸入后可根據(jù)實(shí)際需要分層顯示(表1)，并可將各層內(nèi)容任意組合、疊加。與此同時(shí)，還可以將圖面的各種數(shù)據(jù)、參數(shù)迭加在管網(wǎng)的圖形上，實(shí)現(xiàn)圖文的交叉互訪。應(yīng)用時(shí)，在微機(jī)屏幕上，只要將鼠標(biāo)器的光標(biāo)點(diǎn)落在給水管網(wǎng)圖形的任一部分上，如某一管段上，該管段的管徑、管長、鋪設(shè)年代、地點(diǎn)名稱等信息數(shù)據(jù)會(huì)立即顯示出來。反之，則顯示出該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的圖形。

3.2 給水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和管段編號(hào)的處理方法
　　復(fù)雜管網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)的正確表達(dá)，對(duì)于給水管網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、水力計(jì)算、供水現(xiàn)狀和管網(wǎng)事故的分析與處理，有著十分重要的意義。為了存入給水管網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(MS、KS)，需對(duì)管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)及管段的編號(hào)進(jìn)行必要的處理，見圖2示例，必要的輸入數(shù)據(jù)見表2。各管段ι擬定的水流方向，其上游一側(cè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)為n=1，下游一側(cè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)為n=2。按圖3的程序框圖，應(yīng)用輸入數(shù)據(jù)JS(ι·n)計(jì)算連接在節(jié)點(diǎn)i上的管段編號(hào)MS和相鄰節(jié)點(diǎn)編號(hào)KS，計(jì)算結(jié)果列于表3。圖3中NN，JJ分別表示節(jié)點(diǎn)數(shù)和管段數(shù)。JMAX表示連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的最大管段數(shù)。

　　在進(jìn)行給水管網(wǎng)理論分析時(shí)，通常用關(guān)聯(lián)矩陣A來描述給水管網(wǎng)全部管段與節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，如圖2的關(guān)聯(lián)矩陣A為表4。但是，直接給定關(guān)聯(lián)矩陣A不僅輸入數(shù)據(jù)量大，而且增占內(nèi)存，使用不方便。因此，將關(guān)聯(lián)矩陣A壓縮存儲(chǔ)在數(shù)組MS和KS中的處理方法，其中MS的第i行是與節(jié)點(diǎn)i相連的管段編號(hào)，KS 的第i行是與節(jié)點(diǎn)i相鄰的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，只須輸入每根管段上下游的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，如表2所示，由軟件自動(dòng)形成數(shù)組MS和KS，如表3所示。這種輸入方式同時(shí)包含了管段水流方向的信息，在輸入數(shù)據(jù)時(shí)可任意假定其流向，計(jì)算分析結(jié)束時(shí)軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際流向輸出計(jì)算結(jié)果。在軟件自動(dòng)形成MS、KS數(shù)組過程中，管段和節(jié)點(diǎn)編號(hào)必須按自然數(shù)順序編排，不許顛倒、跳越，而在給水管網(wǎng)現(xiàn)狀工況分析或改擴(kuò)建方案論證時(shí)，常常增刪一些管段或節(jié)點(diǎn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)計(jì)采用了1至6個(gè)字母或數(shù)字組成的字符串命名的方法，由程序自動(dòng)按要求為管段和節(jié)點(diǎn)編號(hào)，既簡便迅速又靈活實(shí)用。

　　對(duì)于有1000個(gè)節(jié)點(diǎn)和1000根管段的管網(wǎng)，其關(guān)聯(lián)矩陣A有10 6 個(gè)元素，若采用壓縮存儲(chǔ)方式存于數(shù)組MS、KS中，設(shè)相連于同一節(jié)點(diǎn)的管段數(shù)和相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)都≯6，則數(shù)組MS、KS一共只有1.2×10 4 個(gè)元素，而輸入數(shù)據(jù)只有4×10 3 個(gè)元素，用它形成數(shù)組MS、KS，只需1秒鐘時(shí)間。

　　3.3 給水管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)地面高程的求法
　　給水管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的地面高程，對(duì)于給水管網(wǎng)的水壓分析、等水壓線的繪制、用戶出流水頭的確定是重要的參數(shù)。而該系統(tǒng)可根據(jù)地形圖上離散點(diǎn)的地面標(biāo)高，自動(dòng)地生成地形圖上給水管網(wǎng)任一節(jié)點(diǎn)的地面高程值。其計(jì)算式為:

式中 Z(x·y)——待求節(jié)點(diǎn)地面高程，m
　　x為待求節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)
　　y為待求節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)
　　x i ——第i個(gè)離散點(diǎn)的橫坐標(biāo)
　　yi——第i個(gè)離散點(diǎn)的縱坐標(biāo)
　　Zi——第i個(gè)離散點(diǎn)的地面高程
　　i=1，2，3……n已知離散點(diǎn)數(shù)目
3.4 系統(tǒng)的模糊查詢功能
　　對(duì)給水管網(wǎng)各種信息的查詢，是該系統(tǒng)應(yīng)用的重要內(nèi)容。給水管網(wǎng)的各種信息，包括各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，都是以記錄的形式存放。如一根管段的記錄，含有管段編號(hào)、兩端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、長度、直徑、名稱等特征值，都可作為查詢的依據(jù)。對(duì)于給水管網(wǎng)信息在數(shù)據(jù)庫中記錄形式的特征值，研制了模糊查詢的方法，其原理見圖4。應(yīng)用這種方法，可使得查詢工作變得簡單容易。

4 成果形式及效益

　　根據(jù)用戶的使用情況和反映，該軟件包具有以下特點(diǎn):
4.1 擴(kuò)大了各類信息的儲(chǔ)存量
　　給水管網(wǎng)的信息量十分豐富，該軟件包可以隨時(shí)將增加或修改的各類信息輸入微機(jī)系統(tǒng)，并同時(shí)分門別類地存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，不受數(shù)量和時(shí)間上的限定。
4.2 實(shí)現(xiàn)給水管網(wǎng)綜合信息管理的一體化
　　該軟件包為圖文儲(chǔ)存于一體的數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用時(shí)圖文內(nèi)容交叉互訪。例如:若將鼠標(biāo)器的光標(biāo)點(diǎn)落在管網(wǎng)平面圖上任一管線上，則在數(shù)秒鐘內(nèi)立即得到與該管線相關(guān)的全部數(shù)據(jù)資料。
4.3提 高信息管理的精度
　　應(yīng)用微機(jī)系統(tǒng)管理給水管網(wǎng)的各類信息，必須提高其精度，該軟件包可以達(dá)到信息內(nèi)容準(zhǔn)確、格式規(guī)范、功能全三方面的精度要求，對(duì)于進(jìn)行給水管網(wǎng)的現(xiàn)狀工況分析和優(yōu)化運(yùn)行極為重要。

　　給水管網(wǎng)綜合信息微機(jī)管理系統(tǒng)的研制、開發(fā)，不僅提高了信息管理的準(zhǔn)確性、全面性，而且大大提高了工作效率。該系統(tǒng)在各城鎮(zhèn)的自來水行業(yè)以及各大企業(yè)的供水系統(tǒng)均可使用，具有一定的通用性、實(shí)用性，先后在哈爾濱、吉林、牡丹江、大慶等地應(yīng)用，取得了良好的效果。
　　作者通訊處:150006 哈爾濱市南崗區(qū)大直街144號(hào)