城市管網(wǎng)WebGIS的爆管分析技術(shù)

王方雄，李晶瑩，張翔（1.遼寧師范大學(xué)遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點實驗室，遼寧大連116029；2.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連116029；.大連市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，遼寧大連116011）

城市管網(wǎng)WebGIS的爆管分析技術(shù)

王方雄1，2，李晶瑩1，2，張翔3
（1.遼寧師范大學(xué)遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點實驗室，遼寧大連116029；2.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連116029；3.大連市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，遼寧大連116011）

根據(jù)目前城市管網(wǎng)的特點，探索城市管網(wǎng)WebGIS的爆管分析技術(shù)。提出由客戶層、WebGIS服務(wù)層和數(shù)據(jù)層構(gòu)成的三層B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究爆管分析算法，借助相關(guān)類庫構(gòu)建設(shè)施網(wǎng)絡(luò)模型，在iServer下擴展REST服務(wù)并對其進行調(diào)用，開發(fā)并實現(xiàn)了城市管網(wǎng)WebGIS的爆管分析技術(shù)，為城市地下管網(wǎng)的建設(shè)與維護提供了便捷的服務(wù)。

爆管分析；城市管網(wǎng)；SuperMap；WebGIS

引言

城市地下管網(wǎng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施和組成部分，是維持現(xiàn)代化城市正常運作的命脈。國務(wù)院于2015年8月印發(fā)了關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見，要求推進城市地下綜合管廊建設(shè)，統(tǒng)籌各類市政管線規(guī)劃、建設(shè)和管理，解決反復(fù)開挖路面、架空線網(wǎng)密集、管線事故頻發(fā)等問題［1］。而我國正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，地下管網(wǎng)的管理手段比較落后，使得管線爆裂事故時有發(fā)生，造成了較大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和城市管理方式的轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)化已成為城市地下管線信息系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。WebGIS技術(shù)的快速發(fā)展使城市地下管線信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化成為可能［2，3］。

因此，本文將WebGIS技術(shù)與城市管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)結(jié)合到一起，采用B/S模式實現(xiàn)城市管網(wǎng)WebGIS爆管分析功能。服務(wù)器端采用超圖iServer和iObjects Java相關(guān)類庫完成爆管分析功能的實現(xiàn)，客戶端使用SuperMap iClient for JavaScript完成爆管分析功能的調(diào)用，客戶端只需要安裝一個瀏覽器就可以輕松訪問，且有利于管網(wǎng)數(shù)據(jù)和信息的共享，使系統(tǒng)更加易于拓展［4］。

1　爆管分析算法與設(shè)施網(wǎng)絡(luò)

城市管網(wǎng)是一種介質(zhì)有流向的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，一般采用非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖進行表達，基于圖的管網(wǎng)爆管分析目前普遍采用廣度優(yōu)先遍歷算法（BFS）［5］。BFS從圖的某個頂點v0出發(fā)，由近至遠，按層次依次訪問與v0有路徑相通且路徑長度分別為1，2，…，n的頂點，直至連通圖中所有頂點都被訪問一次基于有向圖的爆管分析算法可以充分利用管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，考慮管線的流向問題，完成上游最近閥門的搜索，從而排除了不必要關(guān)閉的閥門［6，7］。管網(wǎng)有向圖實例見圖1a所示，可用一維數(shù)組V［6］來存儲閥門（結(jié)點，vertex），用二維數(shù)組A［i］［j］來存儲鄰接矩陣（見圖1b），A［i］［j］表示閥門之間的鄰接關(guān)系（0/1表示不鄰接/鄰接）。

鄰接矩陣有效地表達了管網(wǎng)有向圖中閥門間的鄰接關(guān)系，但沒法表達管網(wǎng)中介質(zhì)流向的方向信息。因此，可以采用GIS系統(tǒng)中的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)模型予以解決［8］?；赟uperMap的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)模型將城市管網(wǎng)建模為設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，將閥門抽象源和匯，管線中介質(zhì)的流向是從源流向匯，SmFNode與SmTNode字段分別存儲數(shù)字化起點與終點，流向與數(shù)字化方向的關(guān)系存儲在Direction字段中。Direction的值：0表示流向與數(shù)字化方向相同；1表示相反；2表示流向無法確定，也可理解為雙向流向；3表示與源不連通的管線。

爆管分析算法的實現(xiàn)過程可分為兩個階段：一是使用廣度優(yōu)先遍歷算法找出事件點上游所有閥門；二是排除可關(guān)可不關(guān)的閥門，盡量減少關(guān)閥數(shù)，減少工作量［9］?。

2　爆管分析REST服務(wù)的開發(fā)

圖1　管網(wǎng)有向圖及其鄰接矩陣

城市管網(wǎng)WebGIS采用層次化的設(shè)計方案，為了便于數(shù)據(jù)接收與交互，選擇B/S體系結(jié)構(gòu)，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，如圖2所示。服務(wù)層基于SuperMap iServer開發(fā)，并通過SuperMap iObjects （Java）組件接口擴展開發(fā)管網(wǎng)爆管分析REST服務(wù)。服務(wù)層通過SuperMap SDX+/JDBC和ADO.NET調(diào)用數(shù)據(jù)層中資源，為應(yīng)用層提供REST服務(wù)。應(yīng)用層（客戶端）使用JavaScript腳本語言調(diào)用服務(wù)器端發(fā)布的REST服務(wù)，實現(xiàn)用戶與管網(wǎng)WebGIS的功能交互。服務(wù)器端（服務(wù)層和數(shù)據(jù)層）是根據(jù)應(yīng)用層所需功能進行設(shè)計，負責(zé)用戶與數(shù)據(jù)庫間的交互，解析用戶請求，向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送操作命令，并把返回結(jié)果發(fā)送至Web瀏覽器。服務(wù)器端只用于給客戶提供數(shù)據(jù)，因此不需要每次處理時都訪問服務(wù)器，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量和服務(wù)器的負擔(dān)。

圖2　城市管網(wǎng)WebGIS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

管網(wǎng)爆管分析功能通過SuperMap iObjcets實現(xiàn)，并使用JAX-RS擴展SuperMap iServer封裝到服務(wù)器端，從而搭建REST風(fēng)格的爆管分析服務(wù)。主要分為以下步驟。

2.1利用BufferAnalyst類庫搜索事件點周圍半徑為0.5m圓內(nèi)的管段，找到該管段的上游節(jié)點。

2.2以此節(jié)點作為起點，利用鄰接矩陣所在數(shù)組array，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的子數(shù)據(jù)集中OnlyID字段判斷是否為閥門節(jié)點。

2.3根據(jù)上文爆管分析算法篩選最優(yōu)的關(guān)閥點，記錄其SmID并傳遞至客戶端，服務(wù)器端關(guān)鍵代碼如下。

3　爆管分析REST服務(wù)的調(diào)用

城市管網(wǎng)WebGIS的爆管分析方法是在B/S結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)的，其核心算法借助iObjects Java實現(xiàn)并全部封裝在服務(wù)器端?？蛻舳送ㄟ^SuperMap iClient for JavaScript調(diào)用SuperMap iServer已有的REST服務(wù)。具體的客戶端的調(diào)用步驟可分為以下兩點。

3.1管網(wǎng)爆管分析的調(diào)用，向服務(wù)器端傳入待分析數(shù)據(jù)并返回分析結(jié)果。這里的待分析數(shù)據(jù)是指目標(biāo)點的坐標(biāo)，爆管分析服務(wù)只針對一個事件點，因此只需傳入一個點的坐標(biāo)。為了實現(xiàn)方便，本文使用jQuery中的Ajax，以發(fā)送POST請求的方式調(diào)用REST服務(wù)，并用JSON格式實現(xiàn)值的傳遞。

3.2顯示結(jié)果的調(diào)用，向服務(wù)器端傳入分析結(jié)果并在客戶端顯示效果，這一步驟主要通過SuperMap iClient for JavaScript調(diào)用SuperMap iServer已有的REST服務(wù)實現(xiàn)。返回的是結(jié)果管段的SmID，使用QueryBySQLParameters服務(wù)查詢管段并顯示，主要實現(xiàn)代碼如下，實現(xiàn)效果如圖3所示。

圖3　爆管分析實現(xiàn)效果

4　結(jié)論

在B/S環(huán)境下開發(fā)基于WebGIS的城市管網(wǎng)爆管分析技術(shù)，簡化客戶端電腦載荷，減輕系統(tǒng)維護與升級的工作量和成本。研究了爆管分析算法與設(shè)施網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計了易于操作且可擴展的三層B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；服務(wù)器端使用超圖iServer擴展REST服務(wù)，并使用iObjects Java相關(guān)類庫實現(xiàn)爆管分析算法；客戶端使用Ajax及SuperMap iClient for JavaScript的相關(guān)接口完成了爆管分析結(jié)果的調(diào)用，實現(xiàn)了科學(xué)有效的城市管網(wǎng)WebGIS爆管分析技術(shù)。

［1］權(quán)威發(fā)布：《關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》專家解讀［J］.建筑設(shè)計管理，2015（09）：46-48.

［2］陳興華，石金鋒，叢日盛.基于WebGIS的城市地下管線信息系統(tǒng)的建立［J］.測繪工程，2007（06）：34-37，41.

［3］楊璐，王方雄，王力.城市管網(wǎng)移動信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā).微型機與應(yīng)用，2016，35（3）：18-20.

［4］李平.基于B/S模式的城市天然氣管網(wǎng)信息系統(tǒng)研究與開發(fā)［D］.西南交通大學(xué)，2014.

［5］王方雄，崔羽.基于GIS的管網(wǎng)爆管分析算法優(yōu)化與實現(xiàn)［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2012（03）：575-578.

［6］張翔，王方雄，崔羽.城市三維管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā).測繪地理信息，2015，40（2）：17-19.

［7］劉建川，李永樹，蔡國林.基于ArcGIS管網(wǎng)爆管分析的算法優(yōu)化與實現(xiàn)［J］.測繪科學(xué)，2008（01）：215-217，253.

［8］NRCooper，GBlakey，CSherwin，TTa，JTWhiter，CAWoodward1 The use of GIS to develop Pa probability-based trunkmains burst riskmodel［J］.UrbanWater，2000（2）：97-1031.

［9］胡新玲，張宏飛.供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)中爆管分析的算法研究［J］.測繪科學(xué)，2008（04）：225-226，150.

（2016-05-11收稿S編輯）

Pipe burst analysis technology of city pipe network WebGIS

WANG Fang-xiong1，2et al
（1.Liaoning Key Lab of Physical Geography and Geomatics，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China；2.School of Urban and Environmental Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

Explore the pipe burst analysis technology of city pipenets WebGIS according to the characteristics of the current city pipe network.Put a three layers of B/S system structure forward which formed out of client layer，WebGIS service layer and data layer.Construct a facilities network model by the class library of SuperMap iServer.And extended REST services under iServer，call the REST service，develop and implement the pipe burst analysis technology of city pipe network WebGIS.Provides a convenient service to the construction and maintenance of city underground pipe network.

Pipe burst analysis；City pipe network；SuperMap；WebGIS

TP311.5

A

1003-7853（2016）03-0081-02

王方雄（1973-），男，湖北省漢川市，博士，副教授，主要研究方向：GIS建模與集成、網(wǎng)絡(luò)GIS。