基于Internet的地下管网规划系统的研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 5 4 3.58MB 83 页 15积分
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摘 要
本文对地下管网规划及其在网络环境下的实现进行了深入的研究，将 Internet
发展的新技术和地下管网的规划管理相结合，将地下管网的业务逻辑划分到 WEB
框架的表示层、功能层和数据层分层实现，建立基于 Internet 的混合客户端/服务器
和浏览器/服务器结构的系统体系，实现地下管网的规划及管理。
通过研究地下管网的特性和数据模型，实现地下管网空间信息与属性信息的
一体化，设计适合实际应用环境的地下管网数据模型。对管网规划的关键技术的
理论进行分析，研究地下管网规划中的规划算法、管网的碰撞分析算法、二维矢
量图形的动态生成等技术。并提出在 Internet 网络下实现管网规划电子地图的实时
发布及管理，对解决规划的同步和信息共享进行了卓有成效的探讨。
将研究所得的成果和方法应用于上海市东供电局电力管道规划管理与发布系
统的开发，并通过系统的部署使用证明所得结论方法的正确可行。本系统在设计
和开发过程中，以可靠、实用、可扩展、安全和经济为原则，实现了管网图形管
理、规划和规划信息的网络共享等功能，从而大大提高了管网管理工作的效率和
质量，为相关部门进行地下管网规划、管网改造等提供决策支持。
关键词：地下管网 碰撞分析 管道规划 规划发布
ABSTRACT
This paper studys the underground pipeline planning and its application in network
environment, combines newly developed Internet technologies with underground
pipelines planning management, divides the business logic of underground pipelines
into Presentation Layer,Functional Layer and Data Layer of WEB framework realizing
access to different layers, and builds a system structure based on the Internet, mixing
C/S with B/S to achieve the planning and management of underground pipelines .
By researching on the property and the data model of underground
pipelines,integrates the spatial information and attribute informationthe of underground
pipelines,and designs the underground pipelines model suitable for the practical
application environment. Analyzes the key technology of network planning theory and
studys the underground pipelines planning in the planning algorithm, pipelines analysis
of the collision algorithm, dynamic generation of two-dimensional vector graphics. And
puts forward to publish the pipelines planning and management DWF under Internet in
real-time , which fruitfully explores the synchronization of planning and information
sharing.
Applicates the research results and methods in CPPMS of Shidong Power Supply
Company of Shanghai to prove its correct and feasibility through the deployment of the
system.The system realizes the pipelines graphics management, planning and the
internet sharing of planning information based on principles of reliable, practical,
scalable, security and economic in the design and development process, which thereby
greatly improve the efficiency and quality of the pipelines management, and provides
relevant departments with decisive support of the planning and restructure of
underground pipelines.
Key Words: Underground Pipelines, Collision Analysis ,Pipeline
Planning ,Planning Publish
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论................................................................................................................. 1
§1.1 引言............................................................................................................... 1
§1.2 研究背景....................................................................................................... 1
§1.3 本文研究的主要内容及意义........................................................................ 3
§1.4 地下管网规划现状....................................................................................... 4
§1.4.1 国外研究现状..................................................................................... 4
§1.4.2 国内研究现状..................................................................................... 5
§1.4.3 电力行业现状..................................................................................... 5
§1.5 本文结构安排............................................................................................... 6
§1.6 小结............................................................................................................... 7
第二章 基于 Interntet 的地下管网规划系统总体设计 ..............................................8
§2.1 系统总体设计............................................................................................... 8
§2.1.1 系统框架.............................................................................................. 8
§2.1.2 系统开发环境...................................................................................... 9
§2.1.3 网络拓扑结构................................................................................... 10
§2.2 结构和模块设计......................................................................................... 11
§2.2.1 系统结构图.........................................................................................11
§2.2.2 系统模块设计.....................................................................................11
§2.3 Web 服务器的构建及配置 .......................................................................13
§2.4 地下管网数据模型设计............................................................................. 13
§2.4.1 地下管网空间数据模型................................................................... 14
§2.4.2 管网数据存储结构........................................................................... 16
§2.4.3 地下管网数据模型的建立............................................................... 17
§2.5 地下管网的数据库设计............................................................................. 18
§2.6 小结............................................................................................................. 20
第三章 地下管网规划关键技术研究....................................................................... 21
§3.1 地下管网规划算法研究............................................................................. 21
§3.1.1 传统最优路径选择方法................................................................... 22
§3.1.2 启发式算法的路径规划................................................................... 24
§3.1.3 路径规划选择算法评价................................................................... 27
§3.1.4 地下管网路径规划........................................................................... 29
§3.2 二维地下管网矢量图形的动态生成技术................................................. 31
§3.2.1 矢量图形的图层分布....................................................................... 31
§3.2.2 矢量图形对象的生成方法与机制................................................... 32
§3.3 管网规划中的碰撞分析技术..................................................................... 35
§3.4 小结............................................................................................................. 42
第四章 地下管网规划的 WEB 框架设计 ................................................................ 43
§4.1 地下管网规划系统的 WEB 框架层划分 .................................................. 43
§4.2 地下管网客户端与服务器端数据交互技术............................................. 45
§4.2.1 Web Service 技术及管网规划功能定制 ........................................ 45
§4.2.2 规划平台的 AJAX 框架设计 ......................................................... 47
§4.3 地下管网的规划发布共享......................................................................... 49
§4.3.1 规划管网电子地图发布................................................................... 51
§4.3.2 规划管网电子地图上传................................................................... 53
§4.3.3 规划管网电子地图共享................................................................... 54
§4.4 小结............................................................................................................. 57
第五章 应用实例....................................................................................................... 58
§5.1 地下管网规划管理功能的实现.................................................................. 59
§5.1.1 地下管网规划................................................................................... 59
§5.1.2 管网规划孔位管理........................................................................... 65
§5.1.3 规划数据审核和规划信息反馈....................................................... 67
§5.2 地下管网碰撞分析的实现......................................................................... 67
§5.3 地下管网路径规划的实现......................................................................... 69
§5.4 地下管网规划的网络管理平台................................................................. 70
§5.4.1 发布规划管理................................................................................... 71
§5.4.2 地下管网仓位图管理....................................................................... 72
§5.4.3 地下管网 PMS 数据块管理 ............................................................. 73
§5.5 小结............................................................................................................. 74
第六章 总结展望....................................................................................................... 75
§6.1 研究结论..................................................................................................... 75
§6.2 研究展望..................................................................................................... 75
参考文献..................................................................................................................... 77
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果......................................... 80
致 谢......................................................................................................................... 81
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 引言
GIS (Geographic Information System)，即地理信息系统，是随着地理科学、计
算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科，人们的生产和生
活中 80%以上的信息和地理空间位置有关[1,2]。GIS 是利用现代计算机图形技术和
数据库技术，输入、存储、编辑、分析、显示空间信息及其属性信息的地理资料
系统，它由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户
界面及系统人员组成[3]。
城市的电力地下管网规划是对供电区域内变电站位置、变电站电缆仓位、电
缆管道铺设情况、管道中孔位信息、电缆属性信息、架空线信息等进行维护管理，
并结合这些数据信息进行通道规划、仓位批复等工作。一般都是由一个规划单位
的多名规划人员协同进行规划工作，因此需要采用一种有效的机制将不同规划人
员的规划方案进行共享，以及对不同人员的不同规划方案产生的碰撞情况进行准
确的分析来避免。有时还需要在已铺设电缆通道上添加新的管网线，要求能有针
对地下管网的路径规划算法来实现。同时随着互联网技术的高速发展，要在局域
网范围以至广域网范围内进行管网的规划及其管理，管网规划的相关人员要能方
便地通过访问服务器来实现。
§1.2 研究背景
城市地下管网是城市的重要基础设施和组成部分，是维持现代化城市正常运
作的命脉。随着城市经济水平的提高、城市规模的扩大和现代化步伐的加快，城
市地下管网越来越庞大，越来越复杂，种类也越来越多，所担负的城市人民群众
赖以生存的物质基础的作用也越来越强。如何采用计算机信息管理技术对城市地
下管网实行管理，使地下管网的管理科学化、自动化，已是城市现代化管理的重
要组成部分和摆在城市建设者与管理者面前的重要任务[4,5]。
城市地下管网是一个纵横交错的庞大网络，由各种不同类型的地下管线交织
而成。地下管线可分为地下管道和地下电缆两大类。地下管道主要包括给水、下
水、燃气、热力及工业管道。依据中华人民共和国行业标准《城市地下管线探测
技术规程》城市地下管线可分为 9大类，即给水、排水、燃气、热力、工业、电
力、电信、综合管沟和人防[3]。各大类还可细分，如排水管线可分为污水管线和雨
水管线；电信管线可分为市话、长话、广播和有线电视等。给水管线根据不同的
基于 Internet 的地下管网规划系统的研究
2
用水对象而有不同的给水系统，此外还按照用水水质要求不同或用水的水压要求
不同而建立分质给水系统和分压给水系统。排水管道根据排水性质可分为工业污
水、生活污水和雨水:燃气管道按压力大小分低压、中压和高压。从输配系统和布
设来说则可分为管径规格不同的主干管和庭院管。热力和工业管道主要以其传输
材料性质分，例如热力管线根据传输物质的不同可分为热水管线和燕汽管线；工
业管道主要包括工业用气管道、排渣管道和石油管道。地下电缆包括电力电缆和
电信电缆。电力管线可分为供电电缆和路灯电缆；电信管线按其功能可分为市内
电话、长途电话、电报、电视及其它专用电缆等。地下管道和地下电缆均采用地
下管道或直埋的方式铺设，统称为地下管线。上面的分类比较细，我们习惯上把
地下管线直接分为给水、燃气、污水、雨水、热力、电力、电信、工业这八大类，
然后根据情况再细分。各类管线上设有不同的建筑物以及附属设施如表 1-1[3,6]。
表 1-1 管线的附属设施
类别
建(构)筑物
附属设施
给水
水源井、给水泵站、给水塔、清水池、
净化池
阀门、水表、消防栓、排气阀、排
泥阀、预留接头、各种窨井
排水
排水泵站、沉淀池、化粪池、净化构
筑物、暗沟地面出口
检查井、水封井、冲洗井、沉泥井、
排污装置
煤气热力及工
业管线
抽水井、调压房、煤气站、锅炉房、
动力站、储气站、冷却塔
浓缩气、排气装置、凝水缸、各种
容井
电力
变电站、配电室、电缆检修井、各种
杆塔
杆上变压器、露天地面变压器
电信
变换站、控制室、电缆检修井、各种
杆塔、增音站、差转台
交接箱、分线箱各种窨井
地下管网与一般的 GIS 相比，具有以下特点：(1)城市地下管网信息系统是一
个多维的系统，隐蔽性、埋设位置的集中性决定了地下管网数据的重要性，数据
的完整性、可靠性与准确性是系统实用性的关键；(2)必须具有综合的网络分析功
能，如最短路径分析、管网事故分析等；(3)系统中的空间数据在空间分布上极不
均匀，建成区内密度大，从中心区向城市边缘急剧减小；(4)城市地下管网信息系
统应与管网的探查、测量和成图系统具有良好的衔接能力，以便进行数据更新，
确保系统数据的现势性。
地下管网一般是指提供生产、生活等区域内各种能源、资源传输及废弃物排
放的各种管线的统称[7]。地下管网担负着区域供水、区域排污、输送能量、传输信
息等繁重的任务，是现代社会生产、生活的生命线，是现代社会经济及日常生活
摘要：

摘要本文对地下管网规划及其在网络环境下的实现进行了深入的研究，将Internet发展的新技术和地下管网的规划管理相结合，将地下管网的业务逻辑划分到WEB框架的表示层、功能层和数据层分层实现，建立基于Internet的混合客户端/服务器和浏览器/服务器结构的系统体系，实现地下管网的规划及管理。通过研究地下管网的特性和数据模型，实现地下管网空间信息与属性信息的一体化，设计适合实际应用环境的地下管网数据模型。对管网规划的关键技术的理论进行分析，研究地下管网规划中的规划算法、管网的碰撞分析算法、二维矢量图形的动态生成等技术。并提出在Internet网络下实现管网规划电子地图的实时发布及管理，对解决规划...

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