三维管网信息管理系统设计方案.docx

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三维管网信息管理系统设计方案

xxxxxxx

三维管网信息管理系统

设

计

方

案

xxxxxxxxxxxxxxxxx

二零一四年二月

1.概述

1.1.项目背景

xxxxxxxxx现所辖管网主要涉及四座汽包站、17个小区自来水/供暖/供气/污水管网、一个污水处理净化站、5座污水提升泵站、两座供暖锅炉房和真武油田各厂区、厂办及生活小区的供暖、供水、供气、污水管网等管网监控和管理。

管网管理信息系统是真管中心能够高效工作的一个重要保障。

由于管线的纵横交错、上下起伏，各类管线空间关系复杂，目前的平面布置图不能够很好的表达出实际管线的布设情况。

且每年由于开挖事故（比如：

天然气、自来水、污水管等被挖断）给油区工作和生活带来了严重的影响。

由于三维直观性强，可从不同方位再现物体，具有较强的立体感、逼真感，通过三维可视化可以直观地看到纵横交错、上下起伏的实际管线建立三维管网系统，有利于全面反映管网的分布状况，便于管网的维护、检测，实现管网信息从无序到有序化管理，这使得开发三维管网监控信息系统成为了必然趋势。

我们使用真实地理数据，开发一个三维可视化的管线信息系统。

以信息技术和自动化技术为支撑，建设以管网数据采集与监视控制系统（SCADA系统）、地理信息系统（GIS系统）、仿真系统为一体的三维管网信息管理平台，达到管网运行管理的智慧化，可科学管理管网资源及相关的管网信息，实现整个管网的协调与统一，实现综合管网规划设计、输配管理、图档管理、抢修辅助决策及综合查询、统计等功能，各管网相关部门，可以实现在各自部门同时查阅、更新管网信息，提高管网信息利用的效率，进而实现办公自动化。

1.2.设计内容

1.2.1.数据库内容

数据库分类

数据库名称

数据库内容

空间地图数据库

空间地图数据库

道路、绿化、房建、厂区、厂办、生活小区、自来水站、自来水管道、锅炉房、供暖管道、汽包站、供气管道、排污管道、净化站等。

用户管理数据库

信息管理数据库

用户登陆权限、用户对应权限、管网测点数据采集/存储/监控管理，可人工补录监测点数据。

1.2.2.软件系统内容

融合先进理念，利用现代信息技术，控制技术和通讯技术，搭建由感知层、网络层和应用层组成的三维管网建设及运行智慧化信息管理平台，实现对长区厂办、生活小区、自来水管道、自来水站、供暖管道、锅炉房、汽包站、供气管道、排污管道、净化站等信息进行管理，并能更好的服务于社会企业。

感知层——构建智能化识别、定位、跟踪、监控的三维管网。

网络层——由有线和无线通讯网络（GPRS/CDMA、ADSL、光纤网络等）与RTU控制系统（后期各站点自动化改造，可监视和采集液位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等各种数据）网络相连构成通信网络系统。

系统留有多种接口，支持设备的多种接入方式，达到组网简单、传输可靠、实时在线功能。

应用层——管网数据采集与监视控制系统（SCADA系统）、地理信息系统（GIS系统）、仿真系统为一体的管网资源信息管理平台。

本方案以三维GIS技术为支撑，结合海量的业务数据，充分考虑系统的可用性、易用性，实现了管网的三维可视化管理，地图操作，信息存储，查询，统计分析，报表输出、打印等功能，形成一套完善的三维管网信息管理系统，支持C/S和B/S系统架构。

主界面是真管中心所辖厂区厂办、生活小区、自来水管道、自来水站、供暖管道、锅炉房、汽包站、供气管道、排污管道、净化站等平面布置信息总图。

可以清楚看到不同颜色的管网交错分布，蓝色是供水管，褐色是污水管，绿色是供气管，粉色是供热管。

分界面各管网以三维立体图形呈现，直观一目了然（各管网分属不同界面）。

实时显示管网压力、流量等数据点信息，可点击管网查看管线信息（含管道编号、管线长度、起始点、建设年代、材质、敷设方式等），也可漫游管网地图（缩放、平移等）。

1.2.3.管理中心配置

序号

设备、软件名称

数量

备注

1

服务器

2

通信、数据、Web服务器

2

打印机

1

3

投影仪

1

4

幕布

1

5

管理交换机

1

6

路由器

1

7

硬件防火墙

1

8

不间断UPS电源

1

9

标准机柜

1

19吋2000mm

10

数据库软件

1

SQLServer2000以上

11

服务器操作系统软件

1

Windows2003Server以上

12

客户端操作系统软件

2

WindowsXP以上

13

管网监测系统软件

2

1.3.设计原则

1.3.1.先进性与实用性相结合的原则

在保证系统整体结构、操作系统平台、软件平台、开发平台、应用功能等方面总体先进的前提下，尽可能采用实用成熟的技术，促进项目的建设成功。

1.3.2.安全性与易用性相结合的原则

在保证系统安全的前提下，充分考虑实际运行和操作的简单化、标准化。

1.3.3.前瞻性与经济性相结合的原则

系统设计时在设备容量、计算机性能、软件平台指标等方面应有适当的超前量，以延长系统的生命周期。

同时要把握好系统设备的性能价格比，注重经济实用。

1.3.4.基础性与应用性相结合的原则

系统的基础性工作是为了更好地为应用服务，系统的应用服务也需要一个坚实的基础保障，在落实基础性的工作的同时，应用要及时跟上。

1.3.5.通用性与特色性相结合的原则

应该尽量采用目前通行的、成熟的和具有普遍推广价值的技术和解决方案，有利于技术交流，避免走不必要的技术弯路，也有利于项目成果的推广和应用。

同时，在具体应用上，特别是在一些关键技术和创新点上应该结合本系统的具体要求和真管中心信息管理的具体情况、具有特色。

2.基础数据和基础资料准备

2.1.基础空间数据

1、1：

500的CAD电子图

需要准确的CAD电子图,包括点、线、面分层明确；空间数据图层分层明确；线段与线段结合点误差小等；

2、管线管网施工图、竣工图等，以求真实可靠，最好实际对比；

3、各管线管网信息汇总表。

2.2.三维建模

管线的资料大多是二维矢量线数据，系统根据二维数据的平面坐标、埋深、管径等数据进行虚拟再现批量生成三维管网模型，关联属性数据库，并且提取管线之间拓扑关系，以三维GIS技术为支撑建立三维模型。

三维管网视图效果

2.3.管网实时数据监控、历史数据统计、报表输出

在安装SCADA（自动监控）的管网中，监控点按照固定的时间周期（例

如：

2秒）收集管网的各种物理量指标参数，三维管网系统提供动态数据接口实现与SCADA对接，在三维场景中实时监控远程的设备运行状况。

流量计瞬时流量监控图

在管网中，具有监测功能的设备记录了海量的历史数据，三维管网系统以统计图表的形式进行查询展示，例如供水管网的流量计按日、月年等周期统计。

三维管网系统有各种报表输出功能，如：

不同类型的管线都有各自的使用年限，三维管网系统根据管线的建设年代和使用年限，统计出超期服役的管线列表，在三维地图上高亮突出显示，并且以报表的形式输出。

2.4.空间数据编码规则

2.4.1.管线分类与代码

管点及管线命名规则我们用Z打头代表自来水给水类，W代表污水排水类，N打头代表供暖类，Q打头代表供气类，对于管线点、管线线的编号遵循一定的规定，并参考有关规定，这样才能实现不同系统见的数据共享。

2.4.2.管线、管点数据表

三维管网系统在三维场景中点击管线模型查看属性表格，以独特的属性气泡形式展现管网业务信息，操作简便，表现力强，支持各种报表、图片等形式的数据展现；也能够输入查询条件进行模糊查询属性表格，并在三维场景中定位到管线模型。

管线数据表

字段名称

字段类型

字段长度

是否为空

编号

起点点号

终点点号

起点高程

终点高程

户号

管网类型

管线型号

管线产地

介质

管径

材质

起点埋深

终点埋深

建造年代

流向

流量

接口方式

地址

报废年限

维修次数

维修记录

管点数据表

字段名称

字段类型

字段长度

是否为空

编号

型号

介质

产地

户号

管径

埋深

高程

材质

地址

施工单位

接口方式

管网类型

闸距地面

埋设年代

数据来源

开闭状态

介质流向

介质流量

最近维修日期

报废年代

2.4.3.丰富、规范的管件模型库

系统提供标准尺寸和规格的模型库（例如法兰、流量计、弯头、止水阀等），

方便用户在指定位置添加管件，节省建模时间。

2.5.整合业务数据更便捷

管网业务数据包括：

属性信息、实时监测数据和历史数据等，主要以关系型数据库的形式存储。

维管网系统能够迅速的自动关联三维管线模型和业务数据库，大幅度降低数据处理的时间成本，使得项目实施更方便、快捷，成本更低。

2.6.空间数据图层

2.6.1.地形图层

图层名称

内容描述

注记

各类注记、文本说明

点状植被

树木、花坛等

点状设施

路灯

线状水系及建筑附属设施

围墙、房屋的边线、水池边线、草地边线等

道路中心线

道路中心线

面状道路

道路面

面状居民地

各类房屋、楼房、运动场

面状植被

草地

面状水系

水库、池塘等

2.6.2.管线图层

图层名称

内容描述

自来水管点（水阀门、自来水井盖、水表）

自来水阀门（点）

自来水管道

自来水管道（线）

污水管道

污水管道（线）

污水管点（污水阀门、污水水井盖）

供暖管道

供暖管道（线）

供气管道

供气管道（线）

供气管点

供气管点（点）

3.项目技术方案

3.1.系统开发技术路线

◆系统的设计是基于GPRS数据传输技术和网络技术之上的，软件开发采用B/S和C/S两种结构相结合的方式设计：

1）数据汇集处理和前端控制程序等应用系统采用C/S体系结构。

2）各职能管理人员使用浏览器访问系统完成所有操作，采用B/S体系结构。

C/S与B/S系统结构模式介绍：

软件开发采用目前比较流行和成熟的应用集成体系结构模式主要有客户/服务器（Client/Server，简称C/S）两层体系结构模式以及浏览器/服务器（Browser/Server，简称B/S）三层体系结构模式。

B/S结构具有良好的扩充性，对客户端没有任何特殊要求，对用户数也没有限制，只需支持网络并具有浏览器功能即可。

B/S模式只在服务器安装应用程序，客户端不须安装程序，直接使用IE或其他浏览器即可使用，修改应用程序只与服务器有关，客户端不作任何改动，操作简单，维护方便。

C/S结构具有较强的互动性，特别有利于系统的维护和复杂功能的实现，可以对信息进行各种操作，在高速网络环境下可以满足不同用户的需要。

B/S结构软件设计（即浏览器/服务器应用模式），支持网络（因特网、局域网）浏览、操作。

系统软件采用Web技术，局域网用户可通过内网访问，经认证用户名和密码后进入相应级别管理系统。

监测中心具备公网上固定IP时，广域网用户可通过公网访问系统。

◆数据库管理系统采用MicorsoftSQLServer2000；可存储不少于三年的各种历史数据。

如果需要访问数据库，三维和二维系统均直接访问各自数据库的方式（采用SDE和ADO.net技术）；

◆系统结构总体分为三个层次：

数据库、业务模型、系统前端展现。

下面分别进行说明：

1）数据库层：

分为业务数据库和三维模型库，分别存储系统业务数据和三维模型数据；

2）业务模型：

分为核心业务模型和三维展现引擎；

3）前端系统：

分为二维平面系统和三维立体系统。

3.2.软件运行环境

软件环境:

：

windowsxp以上、Microsoft.NETFrameworkSDKv2.0、ArcGISEngine9.2Runtime、本软件SETUP安装程序

硬件环境:

CPU双核2.0以上、内存1G以上、硬盘至少有120G自由空间、显卡1G独立显卡以上。

3.3.软件系统可定制性强，有良好的可扩展性

软件操作客户端采用组态化、模块化结构开发，能够实现需求的快速开发，

可以根据用户的实际需求定制开发操作客户端。

监控系统对外提供了多种数据接口：

数据库、网络协议、OPC等，方便其他系统从监控系统中提取数据，方便建立生产信息化平台。

3.4.软件用途和技术特点

3.4.1.1.可以做为真管中心日常办公使用，应用于自来水、供暖、排污、燃气等管网资源管理。

提供快速抢险、维修、档案管理、取代CAD和纸制地图新一代高科技产品。

提供高效、准确查询分析功能；二维平面图和三维景观相结合的管网软件。

3.4.1.2.专业管网软件，在管线编码等方面使用国标相结合；地图编辑、提供多种查询方式、爆管分析、流向分析、断面分析、预警分析突出实用性。

3.4.1.3.导入导出数据表或人工录入数据可以使复杂的管网管理变得非常简单．便于维护工作。

3.4.1.4.按多个条件查询，可以在某个区域内查询满足多个条件的要素，并可以查属性信息,定位地图要素功能,满足用户复杂查询。

3.4.1.5.断面分析可以在不需要实地挖管道,便可以在电脑上查看管道的材质、埋深、管径、历史建设年代、距离等信息；为工作人员提供方便。

3.4.1.6.地图道路线打印可以根据一条道路画打印区域,此时可以打印出道路两旁的管线等信息便于维修人员使用。

3.4.1.7.二维、三维切换方便，可输出CAD二维平面图。

3.5.系统演示操作流程

系统操作流程：

启动-〉用户登陆-〉连接空间数据库-〉版本识别-〉二维平面主界面浏览-〉三维单管网信心浏览-〉信息数据查询分析-〉二维和三维互操作-〉报表输出,CAD输出。

4.系统基础功能与场景设计

4.1.二维登陆及文件操作

4.1.1.系统登陆界面与系统初始化界面

登陆界面：

在这里输入用户名,密码进行软件登陆.

输入后点击“登陆”就会进入本系统二维管网信息主控界面（如下图）。

直观显示各测点位置分布情况、流量压力等信息及状态，并以各种不同颜色表示正常、警戒状态。

管理人员可以通过鼠标拖动摆布测点的位置。

通过鼠标选择测点可直接进入测点详细信息显示界面，内容包括：

测点的基本信息及最新监测数据显示、控制功能等。

当选择具体各管网或用管线观察器可进入单管网三维信息界面，三维场景就会显示出来。

在单管网三维地图上进行各种操作:

包括管线、管点信息打开、地图缩放大、平移、漫游、全图等。

管网信息、监控数据查询分析、报表浏览。

5.空间数据编辑、属性修改

5.1.二维地图中增加管线

用户在地图中画一条线段，系统根据线段形状将该管线保存至数据库中，对于该管线的属性信息，用户可以通过属性窗口进行修改编辑操作。

5.2.二维地图中增加管点

用户在地图中进行鼠标点击，系统根据点击的坐标生成管点数据，并将该管点保存至数据库中，对于该管点的属性信息，用户可以通过属性窗口进行修改编辑操作。

5.3.管点管线管点属性表（EXCEL数据表）导入

6.系统打印

系统可打印各测点信息、历史纪录、历史曲线、事件记录、操作记录、报表，CAD地图等；

6.1.地图打印模块

用户在地图窗口上选择一个矩形框，然后将矩形框中的数据加载到打印控件中，进行打印输出显示。

也可以选择某个地物，然后自定义缓冲区半径，进行缓冲区范围打印，并且打印输出时可以用户自定义指北针、比例尺、标题等装饰信息。

操作：

选择打印菜单中的全图打印，就会将地图打印出来。

．

点击图中的放大、缩小、漫游可以进行地图操作.

点击打印可以打印出A4符面的地图.

6.2.管线登记表打印

打印出某一管线、管点、井盖的地图上空间位置和属性信息。

操作:

选择打印菜单中的管线登记表打印

然后在地图上画区域,在出现的选项中双击要查找的地图数据,然后点击右键打印,就可以打印出地图。

7.系统特点

7.1、人性化的界面：

软件基于浏览器的操作方式，界面简洁，菜单模块布局清晰，使操作者能够更快、更方便地上手使用，人机交互友好。

　　7.2、可视化效果强：

将地上的建筑物与地下的管网相结合，采用三维的表达技术，表达得非常直观，可视化效果很强。

　　7.3、即时数据（LiveData）：

能即时以Excel报表格式及图表格式获取最新、最全面又最准确的数据。

结合GIS地图界面，将各站点的SCADA数据实时显示，达到将整个企业运行状态了如指掌。

7.4、实用性强：

支持精细场景的三维仿真，高效的多线程渲染引擎及模型数据动态加卸载调度，保证了程序运行的流畅性，同时减少了网络用户的等待时间。

7.5、便捷的二次开发：

提供标准ActiveX调用接口，适用于C++、VB、JS等多种开发语言的二次开发，详尽接口说明文档和丰富的开发示例源代码，可以使普通开发人员在很短时间内开发出功能强大的各类三维数字化应用系统。

综上所述本系统方案基于先进信息技术、地理信息系统和应急信息资源的多应用整合，是软硬件结合的智能信息技术系统，在统一的二、三维地理信息平台基础上，实现各种应急平台指挥信息的二、三维可视化显示、综合查询分析，并提供高效的辅助决策的功能。

本系统的设计按照相关行业规范流程、数字化建设建议、智能化管理思想的需求，统一接入标准和融合现有资源，补充和完善所需功能，实现平战结合、动态管理、可持续扩展平台的应用系统建设目标，使其具备独立运行或多级多部门协作运行的处置能力。

8.系统工程预算

8.1、前期现场数据采集、统计和核实：

；

8.2、二维平面布置图、三维管网建模、地表建筑三维建模（暂估）：

；

8.3、BS与CS架构结合的系统开发、数据库开发（暂估）：

；

8.4、管理中心硬件（参见前面设备表）：

。

8.5、工程税收利润：

工程总计预算:

附：

普通用户用例图

系统管理员用例图