1、 大庆石油学院硕士学位论文热力管网泄漏管理信息系统研究姓名：陈秀凤申请学位级别：硕士专业：机械工程（土木）指导教师：袁朝庆;王光伟20060610 盿 猰 ， 琧 ， ， 螨 进 行分 析、练合和 查 询 的 智能 化 手 段，嘲而 在城 市供热 管网 的 管联 过程发挥 糟 掰 髓 重 地 理 信患系 统避 理 镶怠 系 统 跫 建 立 农 地 理 科 学，谤 簿戡 穆学，邋感与卫 星通讯 技术 ，测 量攀，她甏 学等掌 辩 蒸磷之 主 蕊褒鼗接惠 瘦瓣 技术 ，在我嚣 又舔 资源与瑟 凌缮惠 系 统 霉 ， 救霨 都 饔 不嚣 一定的 途 爨 窝 褥 ，髭 以 地 理 科 学作 为 基础，
2、 弗 对 一个 地 区 熬 一地 理 特 ，饺 的 定性 定量 的 描述与分 析。地 理瓣 学孛麴 穗强乓 蟪 球 测 量 攀是 眷 唷鲋 匾 0救锎晾 砺 郏 癜 闓 又是在计 算 枫辩 学孛蓑 袭起来 魏 一门嫠惑 技术 痰 溪 学科 ，宅奏一整 套 狻耨翦采 纂 、辕存 、麓工 辩 羚 爨穗窿 遣理 鼗撩靛 方 法 ，愚建 立 在数 据露 蒸璇 之 上麓，游 离褪 瘟的 诗葵 摊硬讳帮 较棒 支 持 蛭 佬 嵌 幌 低 技零辩 越 。瓣 漓 铯 王 、窳 糊 魄 力 、嚣 黪强继 、郏 毫 溅 绥 、公 安惫 救、帑 场销 镁 、金融 保 险、淡 源管枣 纯承 乎 霉 籍 达 到 ， 年
3、姆 遮 舞 ，绫 、房 蟪 产 黛 撼岛 权 羼 键煺 系 绞 、房 震，溅 按系 绞 、数字亭 区 建 设、念 业馈 息他 髓 竣 等， 国外 地 理 信息系 统 发展 情 况地 利用地 图 数 据， 并 建 议 加 拿 大土地 调 查 局建 立 加 拿 大地 理 信息系 统 ，以 实 现 专 题地 图的 叠加 和 面 积量 的 计 算 等： 同年， 麻省理 工 的 一名 学生 在其博士 学位 论 文 中 ，首 次 提 出了计 算 机 图 形 学的 术 语，并 论 证 了交互式计 算 机 图 形 学是一个 可 行的 、有用的 研究领域，从 而 确 定了这 一分 支 科 学的 独立 地 位 。
4、到 年， 加 拿 大地 理 信息系 统 全 面 投 入 运 行，成 为 世 界 上第 一个 实 际 运 行的 地 理 信息系 统 。加 拿 大地 理 信息系 统 在技 术 上取 得 了重 大突破， 如地 图 数 据的 扫 描输 入 、栅格一矢量 数 据转 换： 在系 统 设计 上， 提 出了空 间 分 块 、专 题分 层 的 数 据结 构 和 空 间 数 据与属 性 在美国西北大 学研究利用数 字计 算 机 研制 软件数据系 统 ，以 支 持 大规 模 城 市交通问题的 研究， 并 提 出建 立 地 理 信息系 统 软件系统 的 思想 。同期 ，计 算 机 辅 助制 图 系 统 的 研究开 始
5、 发展 起来 ，并 对 地 理 信息系 统 发展 产生 了深刻 的 影 响 。 来 自美国西北技 术 研究所 的 教授 在福特 基金会 的 资助成 熟 的 阶 段 。 年代 后期 ，以 工 作 站 为 平 台的 砑 找娣 梗 唐 坊 腉 软件不仅 提 供了数 据处理 、空 间 分 析、人 机 交互对 话 以 及地 图 的 输 入 、输 出和 编 辑 功能 ，而且还为 用户 提 供了良 好 的 用户 界 面 ，多 种数 据格式转 换的 接口以 及计 算 机 网 络 通讯 等。二 十 世 纪八十 年代 为 地 理 信息系 统 技 术 大发展 时 期 ，其显 著 特 点 是注重 于空 间 决 策支
6、持 分 析。地 理 信息系 统 的 应 用领域迅速扩 大，从 各类的 资源管理 、环 境规 划 到 应 急反应 ，从 商业服 务 区 划 分 到 政 治 选 举分 区 ，从 医疗 保 健到 邮政 通信等， 涉 及了许 多 的 学科与领域， 如古 人 类学、景 观生 态 规 划 、森 林 管理 、土木工 程以 及计 算 机 科 学等， 而 且涉及领域还在进 一步 扩 大。许 多 国家 制 定了本 国的 地 理 信息系 统 发展 规 划 ，启 动 了若 干 科 年成 立 了地 理 信息系 统 协会 。商业性 的 咨 询 公 司 、软件制 造商开 始 出现 ，并 在满足 用户 的 需 求的 基础上，
7、 提 供了种类繁 多 的 专 业化 服 务 。这 个 时 期 最 显 著 的 特 点 是： 商业化 使用系 统 开 始 进 入 市场。 在这 个 时期 ，除 了北美洲 的 国家 发展 较快 以 外 ，其他 国家和 地 区 的 地 理 信息系 统 也 相 继 发展 绪 论 起来 ，发展 中国家 开 始 引进 、应 用和 开 发地 理 信息系 统 的 技术 和 软件。理 信息系 统 约 白 榧 降 乩 硇 畔 低 啊啊癑。第 一章绪 论地 理 信息系 统 在我国进 入 发展 阶 段的 标 志 是从 第 七个 五年计 划 开 始 ，地理 信息系 统 研究作 为 政 府 行为 ，正式列 入 国家 科
8、技攻关 计 划 ，开 始 了有计 划 有组织有目标 的 科 学研究、应 用试 验 和 工 程建 设工 作 。众 多的 应 用领域开 展 了地 理 信息系 统 研究与开 发工 作 ，完 成 了一批 综合性 、区 域性 和 专 题性 的 信息系 统 的 建 设，开 发了一系 列 地 理信息系 统 基础软件或 专 题应 用软件，如在二 滩 、渡 口地 区 建 立 了我国第 一个 信息系 统 模型 ； 开 始 进 行地 理 信息系 统 教育 培 训，出版 有关 地 理 信息系 统 理 论 、技 术 和 应 用方 面 的著 作 ，并 积极 开 展 国际 合作 ，参 与全 球性 地 理 信息系 统 的 讨
9、 论 和 试 验 ，全 国范 围内 建 立了不同层 次 、不同规 模 的 研究中 心和 实 验 室。 进 入 世 纪 年代 ，我国地 理 信息系统 步 入 快 速发展 阶 段，实 施了地 理 信息系 统 和 遥感联 合科 技攻关 计 划 。“遥感、地 理 信息系 统 和 全 球 定位 系 统 的 综合应 用” 被 列 为 国家 “ 九五 计 划 ”重 中 之 重 的 科 研攻关 项目。强调 地 理 信息系 统 的 实 用化 、集成 化 和 工 程化 ，力图使地 理 信息系 统 从 初步 发展 时期 的研究试 验 、局部 应 用向 实 用化 和 产 业化 ，为 国民 经 济重 大问题提 供分 析
10、和 决 策依据， 并在一批 经 济相 对 发达 、技 术 力量比较雄 厚 、用户 需求急迫 的 地 区 和 城 市或 部 门成 功的 建 地 理 信息系 统 在城 市热 力 管网 管理 中 的 应 用随着 社 会 经 济的 迅速发展 ，城 市建 设规 模 越 来 越 大，经 济生 产 的 不断 调 整 ，新 开 发区 的 建 立 ，城 市道 路 不断 修建 ，旧 城 区 的 改 扩 建 等， 作 为 城 市的 一项重 要 的 基础设 施，供热 系 统 也 在迅速建 立 ，供热 管网 的 普 及率在逐 年提 高，资金投 入 越 来 越 多 。在我国广大城 市， 城 市供热 管网 作 为 一项地
11、下 隐 蔽 的 网 络 工 程， 而 且建 设过 程涉 及的 时 间 久 远 ，建 设的 年代 和 建 设施工 条 件 、施工 方 法 以 及管材 等等各不相 同， 其情 况十 分 复 杂。 城 市供热 管网 系 统 的 建 立 是随着 城 市发展 而 逐 渐形 成 的 。同时 ，许 多城 市在改 革 开 放二 十 几年中 ，发生 了翻 天 覆地 的 变化 ，城 市规 模 不断 扩 大，基础设 施建 设突飞 猛 进 。城 市供热管网 建 设无 论 从 规 模 到 完 善性 方 面 ，都 取 得 了显 著 成 果，但是对 于城 市供热 管网 的 管理工 作 并 没 有得 到 应 有的 重 视。大
12、庆 石油 学院工 程硕士 专 业学位 论 文第 一章绪 论 课 题的 主 要 工 作为 实现 系 统设计 的基本 思 想 ， 主要 采用 了 以下技 术 和 方 法 ：系 统的建 设要 严格 按照 国家 、地 方 和 行 业 的有 关 标准与 规 范 ， 如空 间数 据 分 层与 编码标准、数 据 质 量与 元 数 据 、公 文标准等 ， 并 适 当 考 虑 与 国际 接 轨 。 在没 有 标准与 规 范的情况 下， 要 参 照 国家 、地 方 和 行 业 的相 关 标准与 规 范 ， 制 订 相 应 的标准与 规 范 。 系 统的分 析 、设计 、实现 和 测试要 严格 按照 软 件 工程
13、标准和 规 范 ， 并 尽 可 能采用 开放 技术 和国际 主流产品 ， 以确 保 系 统符 合 国际 上各种开放 标准。量三 塞垫 垄至 里鲨塑霎 矍篁呈至 丝 量些 堡 些漫游 缩放 ： 图层可 移 动 ， 缩放 。条 件 查询 ： 可 按 条 件 查询 过滤 图 层， 显 示关 联 的属 性数 据 。分 层查询 ： 可 按 不 同的图 层进行 分 层查询 。可 将图 层和 数 据 进行 打 印输 出。系 统可 以提供多种配 色 及符 号 的选择 ， 确 保 地 图 的观看 效 果和 精确 度。具 有 良好 的可 扩 展 、可 移 植 性， 适 应 于多种软 硬件 平台 。 系 统模块 结
14、 构现 在对 各个 功 能模块 功 能简 单 描 述如下：图 形 管网 查询 模块 ：系 统采用 疭 体系 结 构， 客 户 端 是 基于 目 突 绦 颍 布 肪澄 T诵蠾 大 庆 石油 学 院 工程 硕士 专业 学 位论 文 操 作 系 统。 安装 热 力管网 地 理 信息 系 统。 系 统可 行 性分 析 岜 阈裕 涸 赑 隠 平台 上， 慕 缑 娑 急 窒 嗤 工程 纾海 瓵 能够跨越 不 同种类 的 与 工作 站 网 络， 从而无 缝 地 访 问 数 据 。因此 从技 术 上和 功 能上可 以说 明系 统设计 方 案 的可 行 性。工 后 的认谈 ， 燧有 意 义 的髂 槊 。第 三
15、章空间 数据 与分 析经 过 抽 象处 理 。 不 同主 题的空间 数据 库 ， 人们 所关心 的内 容也有 差 别。 所以 空间 数据 的抽 象性还包 括人为 地取 舍 数据 。 抽 象性还使 数据 产 生 多语 义 问题。 在不 同的抽象中， 同一 自 然 地物 表 示 可 能 会 有 不 同的语 义 。 如 河 流既可 以 被 抽 象为 水 系 要 素 ，也可 以 被 抽 象为 行 政 边 界 ， 如 省 界 ， 县界 等。 蚱 渌 问奖 硎镜 牡匦 伪砻 如 等。高 低 等。的数据 逻 辑 结 构。 对空间 数据 则 是地理 实 体 的空间 排 列方式 和相 互关系 的粗象描述 。 数
16、据 如 果 不 按一 定 的规 律 贮存 在计算机中， 不 仅 用户无 法 理 解， 计算机也不 能正确 处 理 ， 将 成 为 一 堆 无 用的垃 圾 。 目前尚 无 一 种统 的数据 结 构能 同时存 储 上 述四种类 型 的数据 ， 而 是将 它 们 分 别以 矢 量 数据 结 构、 栅 格 数据 结 构、 二 维关系 表 、 空间 数据 模 型爹中， 采 用的是基 于 要 素 的视点 ， 因为 每 一 个土地块和每 一 个建筑物 必须 是不 同的， 而 且必须 是唯 一 标识的并 且 可 以 单个地测 量 。 一 个基 于要 素 的观 点 是适 合 于已 经组 织 好 的边界 现 象的
17、， 尽管 并 不 被 限 定 。 因此 ， 这 也适 合 于 人为 现 象的， 例 如 ， 建筑物 、 道 路 、 设施和管 理 区域。 一 些 自 然 现 象， 如 湖 、 河 、 岛及 森 林 ， 经常被 表 现 在基 于要 素 的模 型 中的， 因为 它 们 为 了 某 些 目的， 可 以 被 看 成 为 离 散的现 象， 但应该 记 住的是， 这 样 现 象的边 界 随 着时间 的变 化 很 少是固 定 的， 因此 ， 在任 何 时刻， 它 们 的实 际的位置 定 义 很 少是精确 的。而 有 关实 体 的特 征， 可 以 通 过 静 态 属性 绯 鞘 忻 、 动态 的行 为 特 征和
18、结 构特 征图 层 与地图 关系 空间 数据 与空间 关系 分 析点 在区 域内 ， 可 以 记 数和统 计；点 为 区 域的几何 中心 ：点 在区域外部 。线 环 绕 区 域： 对于 区 域边 界 ， 可 以 搜 索 其左右 区 域名 称 ；线 与区域分离 。相 交： 可 以 划 分 子 区 ， 并 计算逻 辑 与、 或 、 非 和异或 ；相 邻： 计算相 邻边 界 的性质 和长 度； 缃 魉俪 露 瘸约 暗 匦 瓮 嫉 釉 谝 黄 ， 以 及 对 属性数 据进行 各 种空间分 析， 占 洳 檠 巴 臣 仆 急淼 南允 尽 具有在 地 图 上表 现数 据的能力 ， 经 数 学 模型 计算 后
19、的结 果 可 以 通 过 图 形表 现出 来， 利 用颜 色 和 形状等 一 系列 属性来直 观 地 表 示数学 模 型 的计算 结 果 ， 将计算 结 果 用图 形及 表 格输出 ， 同 时还 可 以 对 计算 结 果 进行 动 态 比较分 析， 建 立 各 种统计图 表 ， 这 尤其适 用于 大数 据量和 范 围 较大 的研 究区 域计算 。 占 浞 治 觥 贏 中， 地 图 上的每 一 点 都 和 一 定的空间坐标 相匹 配 ， 而每 一坐标 都 对 应着一 个或多 个属性值 ， 用户可 以 利 用这 种特性解决各 种实 际问 题 ， 如 在 进行各 种因 素的计算 之后进行 管 道 铺
20、 设选址 工 作， 在 一 个区 域内的不 同 单 元中的各 种要素计持 多 用户开 放 体 系结 构 、各 类 大 型 数 据库 ：支持 ， 可 以 同 其他数 据直 接通 讯 ， 如成 ， 在 矢 量数 据范 围 内， 地 图 元素被 存 储 为定义 点 、线和 多 边形的一 系列 坐标 。 鰁 仓 种格式的矢 量数 据： 瓵 瓵 甋 文件 萄顾 跷 募 大庆 石油 学 院 工 程硕士 专业 学 位 论 文在 栅格模 型 中， 空间被 规 则地 划 分 为栅格 U 叫 。地 理 实 体 的位 置 和 状态 是 用它们 占 据的栅格的行 、列 来定义 的。每 个栅格的大 小代 表 了定义 的
21、空间分 辨率 。由于 位 置 是 由栅格行 列 号 定义 的， 所以 特定的位 置 由距 它最 近 的栅格记 录 决定。例如 ，某个区 域被 划 分成 稣瘢 敲唇 瞿 芗 锹 嘉 挥 谡 个栅格附近 的物 体 的位 置 。栅格的值 表 达了 这 个位 置 上物 体 的类 型 或状态 。采 用栅格方法， 空间被 划 分 成 大 量规 则格网， 而且 每 个栅格取 值 可 能不 一 样 。空间单 元是 栅格， 每 一 个栅格对 应于 一 个特定的空间位 置 ， 如 地 表 的一 个区 域， 栅格的值 表 达了 这 个位 置 的状态 。 垂 基鑫 鸯 堪 杂 翼 嚣 嚣 太 拳 乏 露。蕊 诲 多
22、撩 黪 鼗 蘩熬瑗 翳 ， 黎 霰羧 鬻 蕊 嚣 袈 零 爨 鬟 数 嫒 蠢 是 漤 续 姻 ， 以 援 使爝 蒺 臻 涟 续 舔 数 。巍 予懿 疆结 擒 对 地 裘 懿 鬣 健 ， 在 谛冀 鬻 强 、鬣 菠 、鞭 馥、辫 靛 落空麓搀 繇懿 ， 萋瓣 鼗 哭 寸袋 丈 ； 戤遮 蠛 较大熟 谡 燕 ， 由予搬 个 鰙耩 的缝袭 藕 围 离， 可 黼窬在 雾予 静静拣 嵇 ， 褥液幂 褒 撩 菠 麓 裰 穗 蘩祷 孛霈 鬻 愚 枣 蕊 褥。婺 蒸簸 予逶臻 辩 黎 麓瀑 金黢嚣 褥 怒 ， 鲣 昝 裇 鹪 柿 钷 老 鼋 媵 嚣 漆翡 瓣 嚣 嚣 壤，嚣 爨 圭诞 爨 熬巍 蓬浆熬建 瓣
23、夸 浆虽鼹 怼盛 熬弛凝 毯 域内爨 露 娥物 类 型 蚋 光 谱 搦 射 的总帮数 漱。爨 繇， 这 麓 澡 整 不 骥霄 澎海 上靛 瓣 嚣 ， 还 褥魏 篷戆嚣 髓 菇瑟 麓 壤螽 。条边， 因 此这 种区 域就可 以 看 作是 由这 些 边组 成 的多 边形了 。矢 量结 构 的特点 是 ：定位 明显 、属性隐 含 ， 其定位 是 根 据坐标 直 接存 储 的， 而属性则一 般 存 于 文件 头或数 据结 构 中某些 特定的位 置 上， 这 种特点 使得其图 形运 算 的算 法总体 上比 栅格数 据结 构 复 杂 的多 ， 有些 甚 至 难 以 实 现， 当 然有些 地 方也有所便 利
24、 和 独 到之处 ， 在 计算 长度 、面 积 、形状和 图 形编辑 、几 何变换 操 作中， 矢 量结 构 有很 高 的效率 和精 度 ， 而在 叠 加 运 算 、邻域搜索 等 操 作时则比 较困难 。专题 地 图 的种类 很 多 ， 但 大 都 是 由地 理 基础 和 专题 内容 组 成 的。地 理 基础 即 普 通 地图 上的一 部分 内容 要素， 如经 纬网、水 系、居民 点 、交 通 线、地 势 等 。地 理 基础 作为编绘 专题 内容 的骨架， 并 表 示专题 内容 的地 理 位 置 和 说 明 专题 内容 与地 理 环 境 的关系。专题 地 图 上表 示哪 些 地 理 基础 要素
25、和 详细 程 度 如 何， 是 根 据专题 内容 的不 同 而有所不 同 。专题 内容 ， 从资 料 来讲 ， 一 是 将普 通 地 图 内容 中一 种或几 种要素显 示得比 较完 备 和详细 ， 而将其他要素放 到次 要地 位 或省 略， 如交 通 图 等 ； 二 是 包 括 在 普 通 地 图 上没 有的和 地 面 上看 不 见 的或不 能直 接测 量的专题 要素， 如 人 口 密 度 图 。等 值 线系指在 地 图 上通 过 表 示一 种现象的数 量指标 的一 些 等 值 点 的曲 线， 如 等 高线、等 温 线。等 值 线法宜 用于 表 示地 面 上连 续 分 布 而逐渐变化 的现象， 并 说 明 这 种现象在 地 图 上任 一 点 的数 值 或强 度 。等 值 线的数 值 间隔 原则上最 好 是 一 个常数 ， 以 便 判 断 现象变化 的急剧 或和 缓， 但 也有例外。等 值 线间隔 的大小首先决定于 现象的数 值 变化范 围 ，变化 范 围 越 大 缘 雀呦呶 孛哺 叱 瘫 浠 酱 ， 间隔 也越 大 ， 反之亦 然 。如 果 根
