基于J2EE的供水管网地理信息系统的设计与实现*

冯锦霞

(广东省惠州市供水有限公司，广东 惠州 516000)

基于J2EE的供水管网地理信息系统的设计与实现*

冯锦霞

(广东省惠州市供水有限公司，广东 惠州 516000)

为了便于供水设施管理，有效地提供信息，设计构建了供水管网地理信息系统。该系统作为信息化管理工具，能有效解决海量地理信息存储、管理、分析和应用等问题，也为管网改造、爆管抢修等业务提供科学的数据支持。

供水管网；管网分析；J2EE；GIS

0 引言

随着城市建设发展，供水管网纵横交错，变更速度加快，管网体系逐渐庞大，大量现场管网资料堆积给管理带来困难。由于管线资料散乱，导致工作效率低下和水资源大量浪费，传统管理手段和模式已无法满足现代供水企业信息化发展要求，迫切需要建立供水管网地理信息系统，实现管网数据综合管理。

1 系统设计

1.1 系统构建目标

构建供水管网地理信息系统，能够集成多比例尺管网地图，整合业务数据库，满足实时更新、调阅、分析管网资料信息的业务需要。与此同时紧贴供水企业信息化建设发展总体规划，实现开放的、扩充性强的信息化基础平台，为企业提供更深层次的信息化应用服务。

1.2 系统体系结构

供水管网地理信息系统应用体系结构遵循开放和集成一体化的思路，这是系统伸缩性与可扩展性的保障[1]。在功能实现方面，系统基于组件式技术开发，结合用户现有功能需求，提供各种应用接口保证系统的扩充能力；在应用软件接口方面，采用面向对象的技术，利用事件驱动和封装的思想为应用软件提供接口；在应用系统扩展方面，提供中间件来对系统进行扩充，同时提供二次开发能力。

系统基于J2EE与ArcGIS Server构建，采用ArcSDE管理空间数据，实现多源数据无缝集成。系统总体结构的核心部分采用J2EE技术路线，按照J2EE技术规范设计。J2EE系统结构分为4层：展现层、业务逻辑层、服务层、数据集成层[2]。

1)展现层通过AJXA架构向用户提供灵活友好的用户交互界面。

2)业务层利用已封装的服务来构建综合调度系统中的具体的业务应用。

3)服务层将GPS定位服务通过Web服务发布到企业总线上。经过Web封装将API用基于XML的WSDL重新描述。基础服务包括：GPS定位服务、动态数据展现服务、空间分析服务、专题展现服务、管网GIS服务、地图数据服务等。

4)数据层提供从RDBMS到ODBMS，从文本文件数据到空间数据的透明存储及访问能力，根据未来发展规划，也提供系统到其他异构EISs(企业信息系统)的集成连接。

系统体系结构，如图1所示。

图1 供水管网地理信息系统框架结构Fig.1 Framework of water supply pipe network geographic information system

1.3 数据库设计

结合供水管网业务应用需求，依据“统一规划、统一标准、统一设计、数据共享”的基本原则，建立GIS中心数据库。中心数据库由空间数据库、统一属性数据库、统一业务应用数据库等组成。空间数据按数据类型分为5大类型数据库，每一大类型数据库按照数据内容和数据特点组织成不同的要素集及图层。空间数据库包括基础地形数据库、供水管网数据库和元数据库。

1.3.1 基础地形数据库

作为整个系统数据的基础空间位置参照，包括居民地、工矿及附属设施、交通及附属设施、水系及附属设施、地质地貌、植被、境界7大类等。

1.3.2 供水管网数据库

作为核心数据图层，体现要素的空间位置信息，提供空间对象的属性信息查询。

供水管网数据库结构，如表1所示。

表1 供水管网数据库结构

1.3.3 元数据库

通过元数据可以检索访问数据库，有效利用系统资源，提高系统的效率。

传统的供水管网空间数据是按图幅方式组织，数据生产和处理存在很多问题。在系统建设中，将变长空间数据按逻辑关系映射成定长关系型数据，从而可存储到常规的关系数据库中。对于海量的GIS图形数据，突破了文件方式管理的数据量限制。通过设计分类编码库，保证了数据的可管理性[4]。

给水管线属性数据表设计，如表2所示。

表2 给水管线属性数据表

由于系统数据包括空间数据和非空间数据，供水管网地理信息系统采用ESRI公司的ArcSDE作为空间数据管理引擎，采用Oracle 10g作为关系数据库的管理系统，ArcSDE与Oracle的结合紧密，Oracle自身也提供了空间数据管理的功能，因此可以解决空间数据和非空间数据的集成设计需要。

为了提高空间查询的性能，ArcSDE采用空间索引的机制，可以赋予三层空间索引网格，每个网格层都具有自己的格网大小。每次向数据库添加一个空间要素的时候，ArcSDE都会为它自动创建一个空间索引。对于在供水管网业务办理过程中所修改的数据而言，由于这类变更的数据量比较小，可以在数据库运行一段时间后统一对数据库的FEATURCLASS进行空间索引的重建[5]。

针对海量空间数据处理问题，在数据库设计的时候，将内存的20%分配给操作系统、30%分配给PGA(Oracle数据操作进程)、50%分配给SGA(Oracle的全局共享区)。

2 系统功能实现

系统提供地图工程、数据管理、查询统计、辅助设计、事故处理、网络分析、决策调度、打印输出、离线应用、系统管理等功能。功能结构图，如图2所示。

图2 供水管网地理信息系统框架结构Fig.2 Function framework of water supply pipe network geographic information system

2.1 地图工程

工程管理功能包括：新建工程文档、打开工程文档、保存工程文档、另存工程文档、打开历史工程、加载SDE图层、加载SDE影像、加载本地数据、调图定位、退出系统。

2.2 数据管理

数据管理主要是图库管理和数据维护。图库管理包括：地图加载、数据导入导出、数据格式转换、数据属性、拓扑关系检查、物探测量数据监理及入库、在线数据检查。数据维护主要包括：管网矢量数据维护和属性数据维护。系统提供管线打断和合并功能、管网设施更换换层、管线废弃和管网拓扑修复功能。

2.3 查询统计

能够通过方框、圆或多边形选择区域，查询区域内所有管线、设备点目标，结果生成选集，并显示结果报表。

2.4 辅助设计

能够直接在管网地理信息系统中进行图纸设计或将CAD设计图转入到系统中，建立工作流程，由安全技术部门根据竣工图完善修改设计图。工地勘察设计人员在管网图上设计接管、改管、装表方案。

2.5 事故处理

事故处理主要包括爆管分析、管网故障抢修、火警分析、停水分析、爆管频率分析、预警分析、漏损控制等。

如果出现水管爆漏或计划停水，只要在管线上指定爆漏点，系统就能用不同的颜色来显示出受影响的管段和地区，给出最优关阀方案。火警分析功能能够通过分析离火警点最近范围内消防栓位置，或分析特定区域内所有消防栓给出报表，通过消防栓卡片图生成最优灭火供水方案。爆管频率分析、预警分析、漏损控制主要是通过历史事故记录反向显示爆漏的位置，对多次发生事故的区域进行预警，给出建议和方案。

2.6 网络分析

网络分析主要提供、缓冲区分析、设计管线冲突分析、最短路径分析、连通分析、三维图形处理、断面分析、模拟开关阀门等GIS空间分析功能。

2.7 调度决策

供水调度与决策支持包括管道测量点管理、流量计监测管理和管网平差。

管道测量点管理主要是通过读取SCADA系统监控数据来实时显示、监控管网运行工况信息，例如节点水压、管段流量、水源供水压力和供水量等遥测点预警信息显示。对于异常信息，系统将在地图上异常点用特殊颜色标记。流量计监测管理主要是区域用水量统计。管网平差主要是通过自动绘制管网等水压线，生成管网供水区域图、用水分布图，提供压力满足区范围查询。

3 系统界面

系统界面，如图3所示。

图3 供水管网地理信息系统界面Fig.3 Interface of water supply pipe network geographic information system

4 结束语

用J2EE开发多层分布式WebGIS的优点主要有以下几个方面：易维护、易扩展、可重用性强、开发效益高、灵活的安全和事务管理策略等[5]。系统服务器需要存储运行多个地图服务，但大量地图服务也给服务器部署策略和硬件水平提出了更高的要求。供水管网地理信息系统整合了业务系统数据，不仅有效实现了管网数据与行业数据的共享，而且实现了多种网络分析和辅助决策功能。在提高供水管网供水可靠性以及供水业务管理水平和工作效率方面都将发挥重要的作用。

[1] 杨骥，林继贤，周志刚.广州市供水管网地理信息系统数据标准的研究与编制[J].测绘通报，2011(7)：82-84.

[2] 梁晓松，游雄，王珂珂.面向服务的ArcGIS Server架构研究[J].测绘科学，2009，34(3)：89-91.

[3] 王战举，范玉茹.基于ArcEngine的供水管网GIS符号库的设计与实现[J].地理空间信息，2012(1)：112-126.

[4] 陈静，龚健雅，朱欣焰，等.基于J2EE的分布式Web GIS [J].测绘通报，2004(2)：27-30.

[5] 陈能成，龚健雅，朱欣焰，等.基于J2EE的分布式GIS研究[J].测绘学报，2003(2)：158-162.

Design and Implementation of Water Supply Pipe NetworkGeographic Information System Based on J2EE

FENG Jin-xia

(HuizhouMunicipalWaterworksCo.Ltd，HuizhouGuangdong516001，China)

To manage the water supply equipment and provide effective information，water supply pipe network geographic information system was designed and constructed in this study.As one of the information management tools，the system can effectively solve the problems of geographic information storage，management，analysis and applications，and can also provide a scientific data support for pipe network reconstruction，pipe burst repair and other jobs.

water supply pipe network；pipe network analysis；J2EE； GIS

2017-03-06

P 208； P 209

B

1007-9394(2017)02-0045-03

冯锦霞(1981～)，女，湖北麻城人，硕士，工程师，现主要从事工程测量、供水管网GIS工程等应用研究方面的工作。