城市管网地理信息系统的数据模型与数据集成机理研究

论文摘要

城市管网是构建在城市三维空间上的错综复杂的网络系统,是城市的“神经”和“血管”,日夜担负着传递信息和输送能量的工作,是城市赖以生存和发展的物质基础,是城市的“生命线”。由于管网空间数据本身的复杂性:种类繁多、隐蔽性强、设备连接关系复杂、多种管线相互影响、管网多源头补给、多家管理和建设、用户数据巨大、实时拓扑等,增大了城市管网管理的难度。为保证城市管网合理、有序、高效和安全的运行,在管网管理中引入了以SCADA为主体的综合调度管理系统,实现管网运行工况的实时监测、自动报警和远程设备控制。但是SCADA系统将设备的运行状态和地理位置分离,影响了综合管理、设备调度和科学决策的水平。地理信息系统由于在空间数据管理上的优越性,成为综合调度系统的基础平台和用户业务流、工作流与决策支持的日常工作平台,是管网管理的发展趋势。本文基于“宁夏全区配电调度地理信息系统”,“十堰市东风燃气调度地理信息系统”,“东莞电信基础地理信息系统”等项目,对城市管网的数据模型和集成机理进行研究。通过分析配电网络、给排水网络、燃气网络等城市管网数据模型存在的问题和城市管网空间数据的共性,提出基于有向节点的管网数据模型。综合调度地理信息系统的核心是多系统集成,鉴于当前数据集成存在的集成度不高、集成层次低、集成理论研究匮乏的现状,兼顾空间数据操作的效率,提出空间数据内存引擎的思想。在有向节点模型和空间数据内存引擎的基础上构建城市管网的综合实时调度GIS系统,阐述了有向节点模型和空间数据内存引擎的关键技术和实现框架。分述如下:1.管网空间数据的有向节点模型地理信息系统在管网管理中得到了广泛的应用,但是目前鲜有针对管网GIS空间数据模型的研究。要么是通用的平面强化的地理网络模型在管网中的具体应用,要么是各行业专业模型在其自身领域内的应用。通用模型充分利用了GIS的功能,但其过于宽泛,难以贴合行业应用;过于专业的行业模型又难以充分利用GIS的功能。现有的研究朝两个方向发展,即地理网络模型的研究和各种管网专业模型的研究。如何将两个方向的研究最大限度的融合,充分发挥各自的优势,是有向节点模型提出的背景。管网GIS空间数据具有明显的行业特征,从几何图形上看:管网几何图形规整,图形节点特征明显,无复杂的线形结构;节点连线即为管网的几何图形。从管理要素特征上看:关注的是各种设备点而非管线;管理部门的日常工作如资产管理、设备报表、报警控制、设备检修、生产运行等也是基于节点展开;用户更关心流量、压力、温度等实时参数以保证管网的正常运行;管网的调度基于逻辑网络展开,逻辑网络由节点生成,可见节点是管网管理的核心要素。有向节点模型突出节点作为管网管理和数据建模的核心作用,将城市管网的二元网络结构简化为一元结构,即:将以点、线为建模要素,且以线为主的地理网络建模方式简化为以点为主、结合点的连接关系的建模方式。定义了节点的向、度、节点等级、复杂节点

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 选题依据
• 1.1.2 我国城市管网概况
• 1.1.3 城市管网的特征
• 1.2 城市管网地理信息系统概述
• 1.2.1 城市管网GIS的特点
• 1.2.2 城市管网GIS的研究现状与进展
• 1.2.3 城市管网GIS存在的问题
• 1.3 研究对象与研究内容
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 文章结构与创新点
• 1.4.1 文章结构
• 1.4.2 创新点
• 第二章 管网地理信息系统空间数据模型
• 2.1 数据模型与数据结构
• 2.1.1 数据模型
• 2.1.2 数据结构
• 2.1.3 数据模型与数据结构的关系
• 2.2 空间数据模型
• 2.2.1 空间数据建模及其实现过程
• 2.2.2 空间数据库的结构体系
• 2.2.3 空间数据模型的不同抽象层次
• 2.2.4 空间数据模型与空间数据结构的关系
• 2.2.5 地理数据模型进展
• 2.3 管网数据模型研究
• 2.3.1 地理网络
• 2.3.2 城市管网网络模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 管网空间数据的有向节点模型
• 3.1 城市管网管理的本质：节点
• 3.1.1 配电网几何图形与管理要素
• 3.1.2 供水管网几何图形与管理要素
• 3.1.3 排水管网几何图形与管理要素
• 3.1.4 管网管理的本质特点
• 3.2 有向节点模型的概念
• 3.2.1 基本概念
• 3.2.2 有向节点的分类
• 3.3 有向节点模型的数据结构
• 3.3.1 有向节点模型的类层次
• 3.3.2 有向节点模型的结构
• 3.3.3 有向节点模型的可视化
• 3.3.4 复杂节点的表达
• 3.4 有向节点模型的数据存储
• 3.4.1 层的视图定义
• 3.4.2 存储方式
• 3.5 有向节点模型的关系构建
• 3.5.1 现有空间数据模型的节点关系构建
• 3.5.2 有向节点模型的关系构建
• 3.6 基于SQL的有向节点模型的数据分析
• 3.6.1 数据操作
• 3.6.2 网络分析
• 3.7 有向节点模型的扩展
• 3.8 本章小结
• 第四章 空间数据内存引擎
• 4.1 空间数据内存引擎的提出
• 4.1.1 提出背景
• 4.1.2 异质数据同质化
• 4.1.3 异构数据库同构化
• 4.1.4 视图局部更新
• 4.1.5 空间数据内存引擎的概念
• 4.2 内存调度
• 4.2.1 纵向分层
• 4.2.2 横向网格
• 4.3 数据同步
• 4.4 空间数据内存引擎的结构
• 4.5 数据分析
• 4.6 有向节点模型的内存引擎结构
• 4.7 空间数据内存引擎的扩展
• 4.8 本章小结
• 第五章 管网GIS多数据集成的统一框架
• 5.1 GIS多数据集成的概念
• 5.1.1 GIS集成的概念
• 5.1.2 多数据的概念
• 5.1.3 管网GIS中的多数据
• 5.2 集成的发展现状
• 5.2.1 GIS集成的发展
• 5.2.2 GIS集成存在的问题
• 5.2.3 管网GIS集成的现状
• 5.3 集成的模式、内容与方法
• 5.3.1 集成模式
• 5.3.2 集成内容
• 5.3.3 集成方法
• 5.4 基于有向节点模型的集成
• 5.5 多数据集成的统一框架
• 5.5.1 无缝数据库
• 5.5.2 空间数据实时内存引擎
• 5.5.3 内存插件
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于有向节点模型和空间数据内存引擎的城市管网实时调度GIS系统
• 6.1 管网实时调度GIS系统介绍
• 6.1.1 实时调度GIS系统简介
• 6.1.2 实时调度GIS系统组成
• 6.1.3 实时调度GIS系统功能
• 6.1.4 实时调度GIS系统存在的问题
• 6.2 数据编辑
• 6.2.1 空间数据内存引擎的使用
• 6.2.2 智能化编辑
• 6.3 网络表达与分析
• 6.3.1 网络表达
• 6.3.2 网络分析
• 6.4 空间分析
• 6.4.1 缓冲分析
• 6.4.2 叠加分析
• 6.4.3 纵横断面分析
• 6.5 空间数据可视化与制图表达
• 6.5.1 空间数据可视化
• 6.5.2 地图制图
• 6.6 实时拓扑
• 6.7 决策支持
• 6.8 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 论文的认识及成果
• 7.1.1 有向节点模型
• 7.1.2 空间数据内存引擎
• 7.1.3 有向节点模型与空间数据内存引擎的关系
• 7.2 论文的主要不足之处
• 7.3 论文的改进及进一步地工作
• 后记
• 致谢
• 参考文献