必要性：
郑州市燃气管网地下设施从1985年开始敷设至今，已有十六年的时间。据最新资料统计，截止2001年初，，已敷设长输管线76KM，市区中压管道5601LM，庭院管道1360KM，门站两个，干式储气柜3个(储气能力20万立方米)，年供气量8500万立方米，日最大供气量60万立方米，供气面积覆盖150Km2，民用户38万户，公福户860户，工业用户38户。以往对这些信息的保存、调用，均以图纸档案的方式。随着管网建设规模的不断扩大及时间的流逝，资料越积越多，许多管线需要维修、维护，同一管线由于改造变更会出现多份资料，从而给管理带来困难。随着计算机应用技术的不断发展，对地下管网设施信息的保存、调用，目前已发展到“智能’’化的程度。基于计算机地理信息系统技术，可高效、快速、准确的调出所需要的管网信息，并具有分析功能，为燃气管网的规划、维修、抢险提供了方便、快捷的手段。地理信息系统的开发，是行业发展、迈向高效管理的必由之路。国外发达国家的发展证实了这一点。结合公司已建和在建的CAD设计系统，计算机调度系统，用户服务系统以及内部网办公自动化系统，开发天然气输配管网地理信息系统是十分必要的。
可行性：
目前，国内流行的地理信息开发软件有Maplnfo，ArcView，MAPGIS，GeoStar等。比较这些软件开发平台，ArcView适用于较大的地理信息系统，它是由美国ESRI公司研制的aRC／INFO平台系列产品，是GIS技术的先驱，适用于各种尺度应用系统的开发，尤其是较大的系统多采用该稳定的开发平台。 其它系统则用于开发较小型的地理信息系统、桌面制图及管理系统。
经考察，分析如下：
1．地理信息系统的开发，属于计算机领域的应用开发，能否成功，取决于开发人员对应用软件的熟悉程度。基于平台的开发工作，是一种高级语言的开发，系统提供了大量的基本工具库，经过短期学习和培训，能够较快的掌握平台，具备基本的应用能力。
2．地理信息系统的开发，需要有燃气行业地下管网的知识、资料，公司有这方面的优势。
综上所述，开发郑州市天然气输配管网地理信息系统是可行的。
二、系统设计原则
为使地理信息系统的实施满足公司现阶段的需要，并使之成为郑州市综合地理信息的一部分，另外考虑在系统内容及功能方面进一步拓展的需要，系统设计应遵循以下原则：
1．标准化原则：系统数据的分类编码应严格遵循现有的国家标准、行业标准，除此之外，还应制定适合郑州市特点的具有区域推广应用价值的地方标准。
2．完备性原则：数据库中存储的图形及属性等信息，应能满足系统的正常运行和用户日常工作的需求。系统具有的功能应当完成系统总体方案定义的全部功能，并提供友好的用户界面。
3．可靠性的原则：一是数据可靠性，图形信息和属性数据准确可靠，并可及时补充、更新和备份已变动的数据。二是系统的可靠性，系统无故障率须达到用户的管理要求，并具备良好的安全保密措施。
此外，系统还考虑到数据的兼容性及技术先进性等原则。
三、系统开发硬件环境
系统开发硬件环境建设原则是：依托公司现有的或即将建设的网络环境及设备基础，增加具有适合地理信息系统开发的图形工作站，可进行数据共享的网管地理信息服务器。
四、系统软件
系统采用windows NT或(windows 2000)操作系统。
GIS软件的选择：经考察国内已建成的天然气管网地理信息系统，大多采用国外的GIS软件。国内自行研制的GIS软件，虽经几年发展有了相当的基础，但在功能的稳定性和二次开发上与国外软件尚存在距离。
软件性能 ARC/INFO MGE MAPINFO GENMAP SICAD ERDAS IDRISI 制造厂家 ESRI美国 Intergraph 美国 Map-INFO 美国 Gensys 澳大利亚 Siemens 德国 ERDAS 美国 Clark University 美国 操作系统 UNIX √ √ √ √ √ √ × Windows NT √ √ × × × √ × Windows √ √ √ × √ √ √ DOS √ × × × × × √ 数据结构 基本数据结构 矢量 矢量 矢量 矢量 矢量 栅格 栅格 矢量-栅格 √ √ √ × √ √ √ 栅格-矢量 √ √ × √ √ √ √ 数据库管理系统 内部数据库 √ √ × × √ × × Access × √ √ √ × × Infomix √ √ √ √ √ × × Oracle √ √ √ √ √ × × Sybase √ √ √ √ √ × × OODBMS √ √ × × × × Dbase √ √ √ √ √ × √ Foxbase √ √ × × × × INFO √ √ × × × √ × 图像处理功能 √ √ × √ × √ √ DEM模型及分析 √ √ × √ × √ √ 遥感 × √ × × × √ ×
经调研分析，专业软件采用美国ESRI公司的ARC／INFO系列产品。理由如下：
1．ESRI公司于20世纪70年代开始研制GIS软件产品，是公认的GIS软件鼻祖，现仍是GIS软件的领头羊。产品系列全，稳定性好。
2．ARC／INFO系列产品不仅具有强大的空间数据管理功能，而且其分析功能是其它GIS软件所无法比拟的。尤其是网络分析功能十分强大，这一功能在管网故障分析中是不可或缺的，它对系统的深层次开发具有重要意义。
3．在数据兼容方面具有优势。由于系统采用数据开放功能，可直接读取关系数据库文件，可无须转换直接读取AUTOCAD图形文件。目前，设计室采用的AUTOCAD设计图纸，本系统可直接引用。
4．郑州市规划局及郑州市房地产局所建的市区1：1000和1：500电子地图均采用ARC／INFO系统，为以后使用大比例尺图提供可能。
五、系统前期的预研
天然气管网地理信息系统是一个较为复杂的图形和数据库相结合的系统。系统基础信息资料的规范化采集输入以及日后的系统维护是本项目的难点所在。应该本着“统一规划，分步实施”，边建设边应用，有投入有效益的原则，既要为公司节约项目开发资金，又要建立起稳定可靠，切实可用的天然气管网地理信息系统。任何急功近利，急于求成，幻想一步到位的开发思想，都是不切实际的。这样做的结果，必将给本项目留下后患，给公司造成损失。
采用前期预研的方法，充分利用当地的技术优势和力量，可避免走弯路，减少系统开发后续服务的费用。
地理信息系统的最大特点之一是：基础地理信息采集数据量 大，信息的现势性强。应充分利用众多相关的郑州市地理信息基础数据，并考虑逐年更新、充分利用这些资源的便利性，有利于开发后的信息数据维护、城市管网规划。避免因到非专业部门获，取数据由于格式不统一而造成的大量问题。
预研步骤：
利用ArcView系统在郑州市1：1000的电子地图上进行项目预研。预研的内容有：
1．将郑州市天然气主干管网1：1000的地理信息输入系统。
2．建立系统的信息采集、资料管理、辅助设计、信息分析等功能。
3. 通过预研，系统应基本具备的功能有：
(1)查询(包括：按地段、按型号、按类型等)
(2)分析(包括：管网故障影响地域等)
(3)统计(基于地图数据的统计，如：管段长度、阀门总数等)
(4)编辑(包括：基本图形要素<点、线、面、圆、矩形、多边形等))的增、删、．改的编辑。并能记录权限，若无权，则
禁止修改。
(5)属性数据的修改
(6) 图形表格输出
另外，还应熟悉图层迭加、测量、视窗变换、数据维护更新、备份，图例显示、修改、编辑、立体图形显示等功能。
六、系统数据体系
图形数据层次的设计应兼顾通用性和方便实用的原则，分为基础地理信息数据、专业应用数据。
基础地理信息数据：含道路层(街区层：主干道、次干及支路)、单位、铁路、水系层、建筑物层、其他市政管线层(预留)等。
专业数据层：含主干管层、支管层、专用结点(水井、阀门等)层、用户层、注记层等。
1．图形数据
基于1：1000电子地图上的内容：长输管线、干管、分配管竣工图、庭院管网竣工图、单体图竣工图(阀门、三通、跳出、弯头、阀井、门站、储配站、区域调压站、庭院调压器、工业用户、大型公福用户、大中型居民住宅小区)。
高中低压管线、阀门及单体图、主要管件、调压站、储配站、辅助信息图等。
2．属性数据(管网设施及设备属性信息)：
(1)管线属性：
管线编号、图号、所属配气站号、燃气类别、管线类别(高压／中压低压／干管／分配管／庭院管)、 起点(坐标)地址、起点埋深、止点(坐标)地址、止点埋深、敷设年月、实用性质、长度、 压力等级、管径、管壁厚度、材质、管内壁粗糙度、防腐层种类、资产原值、建设资金来源、验收单位或人(编号或名称)、验收资料编号、施工单位编号、维修单位编号、竣工图号、管理(管养)单位编号、使用日期、巡检周期、维修周期、使用年限、限极保护站号、 理论供气负荷量、实际供气负荷量、剩余供气负荷量、维修记录表格
(2)调压站属性：
编号、图号、平面图号、负责人、管辖供气区域名称、设计流量、当前实际负荷量、剩余负荷量、工艺图、资产原值、施工单位、监理单位、验收单位(人)、验收日期、验收资料编号、工程质量级别、竣工图编号、档案编号、启用日期、维修记录表格
(3)阀门属性：
编号、图号、输出管线编号、输入管线编号、维修单位(编号，人员)、相关小图图名、启用年月、使用年限、巡检周期、小维修周期，中修周期、大修周期、阀门类型、规格型号、生产厂家、出厂编号、出厂日期、重量、材质、开旋向、出厂资料档案编号、流体力学特性、流速与压损特性表、维修记录表格
(4)阀井属性：
编号、图号、输出管线编号、输入管线编号、维修单位(编号，人员)、相关小图图名、启用年月、使用年限、巡检周期、小维修周期；中修周期、大修周期、维修记录表格
(5)压力表属性：
编号、图号、调压表类型、规格型号、生产厂家、出厂编号、启用日期、精度等级、量程、鉴定周期、鉴定类别、安装地址(编号，名称)、启用日期、使用年限、上次鉴定日期、维修记录表格、测量对象名称及编号、相关小图图名
(6)接管点属性：(变径点，接管点，跳出点)
编号、图号、输出管线编号、输入管线编号、输入管径、输出管径、相关小图图名、描述
(7)调压器属性：
编号、图号、生产厂家、规格型号、出厂编号、出厂日期、启用年月、使用年限、输出管线编号、输入管线编号、维修单位(编号，人员)、相关小图图名、巡检周期、小维修周期、中修周期、大修周期、维修记录表格、出厂资料档案编号
(8)阴极保护站属性
编号、保护管网状况、保护面积、保护年限、阳极井深、阳极材料及尺寸、回路电阻、保护电位、维修记录
(9)RTU站属性：
a．RTU：
编号、生产厂家、规格型号、出厂编号、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、维修周期、维修单位、维修人员、维修记录、竣工资料档案号
b．无线电台：
编号、生产厂家、规格型号、出厂编号、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、维修周期、维修单位、维修人员、维修记录、竣工资料档案号
c．天线：
编号、生产厂家、规格型号、出厂编号、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、维修周期、维修单位、维修人员，维修记录表格、竣工资料档案号
d．地线系统：
编号、接地电阻值、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、维修周期、维修单位、维修人员、维修记录、竣工资料档案号
e．交流电源：
编号、供电系统图编号、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、维修周期、维修单位、维修人员、维修记录表格、竣工资料档案号
f．变送器：
编号、生产厂家、规格型号、出厂编号、精度等级、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、维修周期、维修单位、维修人员、维修记录、竣工资料档案号
(10)门站属性：
编号、工艺平面图号、进站设计压力、出站设计压力、最大设计瞬时小时流量、最小设计瞬时小时流量、平均供气能力(日、月、年)、竣工站区平面图号、供电系统图号、供水系统图号、供暖系统图号、启用日期、施工单位、工程总造价、验收单位、工程建设责任人、竣工档案编号
(11)储备站属性：
编号、工艺平面图号、进站设计压力、出站设计压力、最大设计瞬时小时供气能力、最小设计瞬时小时供气能力、最大平均储气量、竣工站区平面图号、供电系统图号、供水系统图号、供暖系统图号、启用日期、施工单位、工程总造价、验收单位、工程建设责任人、竣工档案编号
压缩机属性：
编号、生产厂家、规格型号、出厂编号、总功率、进口压力、出口最大工作压力、每分钟压缩排气量、大修周期、运行负责人、维修负责人、维修记录表格、启用日期、使用年限、安装单位、总造价、验收单位、竣工档案编号
储气柜属性：
编号、最大平均储气量、活塞最大行程、活塞最大上升速度、工作压力、密封油最大安全维持时间、倒柜周期、总造价、运行负责人、维修负责人、维修记录表格、启用日期、使用年限、设计单位、施工单位、竣工档案编号
(12)居民楼天然气用户属性：
编号、竣工图编号、产权单位、管辖天然气营业所编号、供气调压器编号、居民天然气用户数、点火日期、维修人员、抄表员、灶具总容量、热水器总容量、壁挂炉总容量、其他燃气具总容量
(13)工业用户属性：
编号、竣工图编号、产权单位、管辖天然气营业所编号、供气调压器编号、设计流量、点火日期、维修人员、抄表员
流量表属性：
生产厂家、规格型号、出厂编号、精度等级、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、鉴定周期、维修单位、维修人员、维修记录、竣工资料档案号
(14)公福用户属性：
编号、竣工图编号、产权单位、管辖天然气营业所编号、供气调压器编号、设计流量、点火日期、维修人员、抄表员
流量表属性：
生产厂家、规格型号、出厂编号、精度等级、设备原值、启用日期、使用年限、巡检周期、鉴定周期、维修单位、维修人员、维修记录表格竣工资料档案号
(15)住宅小区属性：
编号、竣工图编号、产权单位、管辖天然气营业所编号、供气调压器编号、住宅楼总数、居民天然气用户数、点火日期、维修人员、抄表员、灶具总容量、热水器总容量、壁挂炉总容量、其他燃气具总容量
在具有1：1000郑州市地图基础数据的基础上，对1：1000 市区图的管网分布进行布丁式方法录入。
七、系统主要功能
根据系统要实现的功能及图形分类原则，进行计算机编程模块设计。主要分为：
(一)数据录入模块设计：其中包括干管录入模块；支管及入户管录入模块；管网属性资料录入模块。
(二)查询模块设计：其中包括管网图形信息查询模块；管网属性信息查询模块；
查询功能：
1．实现图数及数图查询。即可在图形目标上进行查询并将查询结果以新图表示，同时检索出相应属性库；也可以根据属性进行任意复杂程度的逻辑查询，并将查询结果以图形方式表示。具体可分为：管线线状信息查询；检修管网、阀门等特殊结点查询；管线断面信息查询；参考点位图查询；指定点重新生成点位图；图元量算(指定区域内点数、指定管线长度、指定点间距等)。
2．管道资料查询：可按口径、压力级别、影响范围、故障类别、调压器类型、维修日期、管龄和材质等进行查询；
3. 阀门资料查询：可按阀门编号、维修日期等进行查询；
4．调压器资料查询：可按调压器编号、类型、维修日期等进行查询；
5．历史资料查询：可查询改建前的管道、阀门、调压器等资料；
6．规划资料信息查询：如规划新的煤气管网等。
7．地址匹配查询：
用地址匹配功能，用户能快速有效的获得所需要的地图。
8．预留：相关自来水、污水、电缆、电讯设施查询；管网输配实时信息查询。
(三)日常工作管理模块：其中包括文件资料管理模块；系统维护管理模块；
(四)分析模块
管网图形信息分析模块提供以下功能：
1．图层叠加分析功能。提供多种比例尺、多层次图形选择叠加。提供不同比例尺图形的无级放大及在不同视野范围内的自动显示控制。
2．提供主要图形信息的漫游功能；爆管处理：根据爆管点确定管位，气体泄露量，确定关阀方案等。
3．阀门开关影响范围分析。
4．管网跟踪：当某一段泄露时能快速找到应关闭的阀门，准确找到应隔离的用户，有助于隔离决策。
5．具有对现有图形数据归纳分析的功能，为应急处理和调度起辅助决策作用。
6. 地图测量
(五)辅助设计模块：
该功能能通过AUTOCAD实现，开发辅助设计子系统技术具有管网的平面设计；管网纵断面设计；常规设计工具；设计图纸输出；修改原设计及设计变更资料管理等功能；同时设计数据接口转换程序，将CAD数据转入ArcView系统。
(六)文字资料及表格管理功能：
系统实现对文字资料、表格数据、图纸档案的电子化管理。
(七)统计模块：
管网属性信息统计模块提供以下功能：
基于地图数据的统计。提供用户日常工作中常用的统计功能。如：统计管网公里数、管段长度、阀门总数等。
(八)编辑模块
基本图形要素<点、线、面、圆、矩形、多边形等))的增、删、改的编辑。并能记录权限，若无权，则禁止修改。
属性数据的修改
不同图层数据复制
图形表格输出
视窗变换
数据维护与更新
数据备份
(九)输出模块：
其中包括图形输出模块；属性信息统计分析报表输出模块。
八、信息输入步骤
以覆盖郑州市38万用户的六个营业所为基础，在1：1000的郑州市电子地图上准确的做出天然气管网地理信息图，并输入相关属性数据。本步骤完成后，可提供调度中心，抢险部门试用，提出修改完善意见，以建立完善的系统框架。
九、系统应用
本系统建成后，可成为天然气管网建设、抢险、普查、预警等工作的有力助手。以下简单力口以说明。
1、抢险
当接到险情通知后，调用本系统可迅速查明险情所在路段，利用系统选择最短的抢险路径，并确定阀门关断方案，以迅速隔离险情。最短路径问题，计算机可采用图论中的Dijkstfa算法加以解决。
2、预警：
利用本系统数据库所具有的功能组合，可将地下埋设的管道规定预警时限，在管道埋设到达一定年限时，自动提醒人们加以关注，防止因管道腐蚀、老化造成燃气跑、漏、冒等危险，防患于未然。
3、巡线：
管线密布在市区，巡线工要不遗漏不重复地跑遍每一点并非易事。而利用计算机在地理信息图上选择描绘欧拉通路与哈密尔顿通路的方法，可以为巡线人员解决这一难题。
另外还有其它一些用途，鉴于文章篇幅，在此不一一列举。
十、结束语
由于管网信息需每年变更，所以，应在年度管网普查、拆迁、规划、维护中对计算机地理信息系统资料进行及时变更，以保证本系统建立后，切实发挥出它的作用。
以上为我们对开发郑州市天然气输配管网地理信息系统的粗浅认识，不当之处请指正。
