基于GIS的城市给水管网三维可视化研究

论文摘要

城市给水管网是支撑和保证城市居民生产、生活的重要基础设施。目前绝大多数城市采用传统人工管理方法已难以满足管网实际需要。通过GIS强大的数据可视化功能,以地形为依托,实现给水管网的可视、动态模拟,正确分析和全面了解系统运行情况,不仅能提高给水管网管理的效率、质量和水平,还可为城市给水管网的改建和扩建、运行、维护与管理提供科学依据和技术支持。本文以两个实际项目“陕西省府谷县给水管网优化设计”和“西安市给水管网系统水压可视化管理”为支撑,分析了目前城市给水管网管理中存在的问题,根据GIS技术和城市管网可视化的国内外研究进展,利用ArcGIS平台,进行了城市给水管网的三维可视性研究。其研究内容主要包括:(1)利用ArcGIS中数据组织方式Shapefile存储空间数据,创建Microsoft Access数据库管理属性数据,通过公共数据项Object ID建立实时匹配关联,实现图属数据库的一体化连接;利用VB进行城市给水管网三维可视系统的界面设计,并实现了编辑、查询、统计、可视性分析、打印报表等功能。(2)根据陕西省府谷县城区给水管网区域地形情况,建立GIS数字高程模型,利用MapGIS软件进行数据校核,同时在ArcScene模块中以三维图形直观显示了府谷县城区“水源地→一水厂→二水厂”地形,并根据地形情况设计了管网支线的铺设,实现了地形与管网的叠加,明确了管网的具体位置。(3)在运行工况下,通过分析管网的压力特征,依靠西安市给水管网范围内42个测压点的压力实时监测数据,将ArcMap与Raster 2 Vector(R2V)矢量化软件相结合,实现了集平面标注图、二维着色图、三维立体图为一体的管网水压三维透视图,直观反映了管网的运行情况。(4)在设计工况下,根据水力计算结果,利用Surfer软件对府谷县城区给水管网在现状年、近期、远期三个阶段中,最大转输时、最大消防时、最不利管段损坏时三种工况下的节点压力进行二维分区、着色显示,模拟管网水压分布状态,并进行了可视性分析,为府谷县自来水公司进行城区近远期管网改扩建设计提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 城市给水管网现代化管理需求分析
• 1.1.1 现代化管理中存在问题
• 1.1.2 现代化管理需求分析
• 1.2 GIS技术在给水行业应用的国内外研究进展
• 1.2.1 GIS技术在给水行业应用的国外研究进展
• 1.2.2 GIS技术在给水行业应用的国内研究进展
• 1.2.3 GIS技术在给水管网中的应用及发展趋势
• 1.2.4 基于GIS的管网可视化研究
• 1.3 课题来源、研究目的和内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究目的
• 1.3.3 研究内容
• 1.4 课题难点及解决方案
• 1.4.1 课题难点
• 1.4.2 解决方案
• 2 城市给水管网三维可视系统总体设计与数据库管理
• 2.1 城市给水管网三维可视系统总体设计
• 2.1.1 系统设计目标及特点
• 2.1.2 系统需求分析
• 2.1.3 系统功能分析与模块设计
• 2.1.4 系统GIS平台及应用软件
• 2.2 系统结构框架及图层管理机制
• 2.2.1 系统结构框架
• 2.2.2 系统图层管理机制
• 2.3 系统数据库管理
• 2.3.1 数据分析
• 2.3.2 空间数据库设计
• 2.3.3 属性数据库设计
• 2.3.4 图属数据库的连接
• 3 供水区域地形三维可视化的实现
• 3.1 地形数字高程模型
• 3.1.1 地形数字高程模型分析
• 3.1.2 地形数字高程模型的表达形式
• 3.1.3 地形数字高程模型的系统结构与功能
• 3.2 工程应用实例
• 3.2.1 工程条件分析
• 3.2.2 软件选用
• 3.2.3 地形三维可视化的实现
• 3.2.4 地形与管网叠加的实现
• 4 城市给水管网压力三维可视化的实现
• 4.1 给水管网压力管理
• 4.1.1 管网压力管理
• 4.1.2 管网的设计压力模型
• 4.2 管网压力监测的重要性及优越性
• 4.2.1 管网压力监测的重要性
• 4.2.2 管网压力监测的优越性
• 4.3 管网中测压点布置
• 4.3.1 测压点布置的目的
• 4.3.2 测压点布置的方法
• 4.4 管网等压线的绘制
• 4.4.1 管网等压线绘制的作用
• 4.4.2 管网等压线绘制的方法
• 4.5 工程应用实例
• 4.5.1 运行工况下管网压力的三维可视化
• 4.5.2 设计工况下管网压力的三维可视化
• 5 城市给水管网三维可视系统功能的实现
• 5.1 系统设计思想
• 5.2 系统的集成
• 5.2.1 VB与Microsoft Access数据库的调用
• 5.2.2 VB与ArcGIS平台的调用
• 5.3 系统功能的实现
• 5.3.1 系统界面设计
• 5.3.2 系统功能的实现
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录