给水管网综合信息微机管理系统研究

出　　自： 《中国给水排水》 1994年第6期第35页
发表时间： ： 1994-6

袁一星；赵洪宾；高健；李玉华

(哈尔滨建筑工程学院)

　　给水管网的综合信息，包括管网图形、管网图形的属性数据、各种文字资料、各种运行参数、收费项目等，对于整个供水设施的维护、管理、改扩建都有着重要的意义。
　　哈尔滨建筑工程学院研制的给水管网综合信息微机管理系统，有着较全面的功能，经过实践检验，效果明显、实用性强，完全可以取代人工管理系统。本文作一概要介绍。

1 系统的研制思想

　　该系统的目的是代替以往的人工管理系统，更有效地对给水管网各类信息进行科学地管理，同时，应使系统具备快速、准确、灵活的条件。因此，所设计的功能主要是围绕给水管网各类信息管理的业务内容展开的。
　　给水管网综合信息微机管理系统是采用Turbo Pascal 60语言编制的。在DOS 30 系统支持下，在IBM PC/AT及其兼容机上运行。该软件系统是集给水管网各种信息及图形于一体的新型图文数据库。一般数据库管理系统只能存储显示文字信息，而该软件系统可以将所存储的文字信息以图形的形式显示出来，图文并茂、立体交叉、相互关联，可用于城镇给水管网的维护管理及处理供水企业的日常技术问题。该软件系统具有良好的用户界面，全部在VGA高分辨率彩色图形状态下工作，全汉化多级下拉式菜单操作。功能丰富且简便易用，各项程序按功能进行模块化设计，各功能模块间形式上相对独立，使得功能的增减容易、方便，也便于软件系统的维护。
　　给水管网综合信息数据库是实现用微机进行现状分析和优化调度的基础。确定数据库结构时，须考虑到所存储的数据能够被其它应用软件调用，所以，将整个数据库设计成开放系统，具有简洁的数据接口。为了便于该系统的应用，采用汉字菜单及汉字提示，由于汉字系统要占用很大部分微机内存，因此采用直接读取16 ×16及24×24点阵汉字库，和在图形状态下在屏幕上直接绘出的方式来实现西文环境下的汉字显示。

2 系统结构及各模块功能

　　系统结构框图见图1，它包括三大系统共十二个子功能模块。
　　2.1 给水管网数据库
　　该数据库可用于给水管网全部基础数据的管理，包括对管网及附件、水源、用户、主要建筑物、铁路、河流、道路等数据的存储、添加、删除、查询、修改等操作。
　　为了多方面掌握给水管网的信息，围绕日常管理的业务内容，共研制了六种功能:
　　a.给水管网节点数据库包括与管段的位置、坐标、地面标高及管道埋深等数据的各种操作。
　　b.给水管网管段数据库包括与管段的位置、起止节点管长、管径、管材、铺设年代、管道附件等有关数据的各种操作。

　　c.给水水源及加压泵站数据库包括给水水源、给水泵站以及水泵机组、清水池水位等数据的各种操作。
　　d.给水水泵特性曲线库包括供水系统全部水泵的Q-H，Q-η，Q-N特性曲线、曲线方程数据的各种操作。
　　e.用户用水量变化曲线库包括城市各类不同性质用户24小时用水量变化规律数据的各种操作。
　　f.用户水量计量卡数据库包括用户的档案资料、月用水量、用户在管网上的接管具体位置等数据的各种操作。
2.2 图形显示输出系统
　　该系统可将给水管网数据库中的信息以图形方式显示在微机屏幕上。包括管网及附件的目标显示，且可对图形进行任意局部区域的无级放大。如:节点大样、管网管段、消火栓、排泥阀、水表井和地形图等内容，并可同时打印输出。
2.3 给水管网信息查询系统
　　该系统可采用多方位的查询方法，对管段、节点、用户的各种信息进行查询。如查询某一管段的信息，可以按管段编号、管段两端节点编号、管段上连接用户的名称、管段隶属的街道名称等内容查询，也可利用微机的鼠标器，直接在屏幕上进行动态查询。比外，还具备模糊查询的功能。 、

3 系统应用的技术要点

3.1 图纸数字化输入的方法
　　给水管网综合信息微机管理的重要内容，是将管网图形的各种数据、参数输存在数据库中，采用数字化仪表完成此项工作，可输入的内容包括管网图形及地形、地物、地貌等。
　　a.图幅的任意划分与合成给水管网所采用的地形图，一般为大比例尺，很多城市的给水管网图都是由许多张1/1000图组成。本系统在大幅图任意划分和小幅图任意合成下，都可以进行图形的输入工作，即利用数字化仪将任意图幅的图形单独输入，然后根据需要自动拼接成完整的图形。
　　利用数字化仪输入微机的图形中各点坐标均为相对坐标，在进行任意图幅的图形合成拼接时，软件系统自动地根据输入数据按下式将相对坐标化为绝对坐标:

式中 X ti 、Y ti ——第i点的绝对坐标
　　X i 、Y i ——第i点的相对坐标
　　IX(Q n )——序号为Q n 的图纸水平分量
　　IY(Q n )——序号为Q n 的图纸垂直分量
　　M ap L、M ap H——序号为Q n 单幅图纸水平及垂直尺寸，mm
　　对于在各单幅图纸拼接处图形中点的绝对坐标，可采用平均值法求得。
　　b.图面内容的分层输入和图文的交叉互访
　　该系统可将图中的全部内容分层输入，如各种地下管线、设施，地面街道、河流、铁路、建筑物等。输入后可根据实际需要分层显示(表1)，并可将各层内容任意组合、叠加。与此同时，还可以将图面的各种数据、参数迭加在管网的图形上，实现图文的交叉互访。应用时，在微机屏幕上，只要将鼠标器的光标点落在给水管网图形的任一部分上，如某一管段上，该管段的管径、管长、铺设年代、地点名称等信息数据会立即显示出来。反之，则显示出该数据对应的图形。

3.2 给水管网节点和管段编号的处理方法
　　复杂管网拓朴结构的正确表达，对于给水管网系统的数据分析、水力计算、供水现状和管网事故的分析与处理，有着十分重要的意义。为了存入给水管网拓朴结构的基础数据(MS、KS)，需对管网各节点及管段的编号进行必要的处理，见图2示例，必要的输入数据见表2。各管段ι拟定的水流方向，其上游一侧节点编号为n=1，下游一侧节点编号为n=2。按图3的程序框图，应用输入数据JS(ι·n)计算连接在节点i上的管段编号MS和相邻节点编号KS，计算结果列于表3。图3中NN，JJ分别表示节点数和管段数。JMAX表示连接在一个节点上的最大管段数。

　　在进行给水管网理论分析时，通常用关联矩阵A来描述给水管网全部管段与节点间的连接关系，如图2的关联矩阵A为表4。但是，直接给定关联矩阵A不仅输入数据量大，而且增占内存，使用不方便。因此，将关联矩阵A压缩存储在数组MS和KS中的处理方法，其中MS的第i行是与节点i相连的管段编号，KS 的第i行是与节点i相邻的节点编号，只须输入每根管段上下游的节点编号，如表2所示，由软件自动形成数组MS和KS，如表3所示。这种输入方式同时包含了管段水流方向的信息，在输入数据时可任意假定其流向，计算分析结束时软件会根据实际流向输出计算结果。在软件自动形成MS、KS数组过程中，管段和节点编号必须按自然数顺序编排，不许颠倒、跳越，而在给水管网现状工况分析或改扩建方案论证时，常常增删一些管段或节点。因此，在实际应用中设计采用了1至6个字母或数字组成的字符串命名的方法，由程序自动按要求为管段和节点编号，既简便迅速又灵活实用。

　　对于有1000个节点和1000根管段的管网，其关联矩阵A有10 6 个元素，若采用压缩存储方式存于数组MS、KS中，设相连于同一节点的管段数和相邻节点数都≯6，则数组MS、KS一共只有1.2×10 4 个元素，而输入数据只有4×10 3 个元素，用它形成数组MS、KS，只需1秒钟时间。

　　3.3 给水管网各节点地面高程的求法
　　给水管网各节点的地面高程，对于给水管网的水压分析、等水压线的绘制、用户出流水头的确定是重要的参数。而该系统可根据地形图上离散点的地面标高，自动地生成地形图上给水管网任一节点的地面高程值。其计算式为:

式中 Z(x·y)——待求节点地面高程，m
　　x为待求节点的横坐标
　　y为待求节点的纵坐标
　　x i ——第i个离散点的横坐标
　　yi——第i个离散点的纵坐标
　　Zi——第i个离散点的地面高程
　　i=1，2，3……n已知离散点数目
3.4 系统的模糊查询功能
　　对给水管网各种信息的查询，是该系统应用的重要内容。给水管网的各种信息，包括各种基础数据，都是以记录的形式存放。如一根管段的记录，含有管段编号、两端节点编号、长度、直径、名称等特征值，都可作为查询的依据。对于给水管网信息在数据库中记录形式的特征值，研制了模糊查询的方法，其原理见图4。应用这种方法，可使得查询工作变得简单容易。

4 成果形式及效益

　　根据用户的使用情况和反映，该软件包具有以下特点:
4.1 扩大了各类信息的储存量
　　给水管网的信息量十分丰富，该软件包可以随时将增加或修改的各类信息输入微机系统，并同时分门别类地存入相应的数据库，不受数量和时间上的限定。
4.2 实现给水管网综合信息管理的一体化
　　该软件包为图文储存于一体的数据库，应用时图文内容交叉互访。例如:若将鼠标器的光标点落在管网平面图上任一管线上，则在数秒钟内立即得到与该管线相关的全部数据资料。
4.3提 高信息管理的精度
　　应用微机系统管理给水管网的各类信息，必须提高其精度，该软件包可以达到信息内容准确、格式规范、功能全三方面的精度要求，对于进行给水管网的现状工况分析和优化运行极为重要。

　　给水管网综合信息微机管理系统的研制、开发，不仅提高了信息管理的准确性、全面性，而且大大提高了工作效率。该系统在各城镇的自来水行业以及各大企业的供水系统均可使用，具有一定的通用性、实用性，先后在哈尔滨、吉林、牡丹江、大庆等地应用，取得了良好的效果。
　　作者通讯处:150006 哈尔滨市南岗区大直街144号