城市管网WebGIS的爆管分析技术

王方雄，李晶莹，张翔（1.辽宁师范大学辽宁省自然地理与空间信息科学重点实验室，辽宁大连116029；2.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连116029；.大连市城市规划设计研究院，辽宁大连116011）

城市管网WebGIS的爆管分析技术

王方雄1，2，李晶莹1，2，张翔3
（1.辽宁师范大学辽宁省自然地理与空间信息科学重点实验室，辽宁大连116029；2.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连116029；3.大连市城市规划设计研究院，辽宁大连116011）

根据目前城市管网的特点，探索城市管网WebGIS的爆管分析技术。提出由客户层、WebGIS服务层和数据层构成的三层B/S系统结构，研究爆管分析算法，借助相关类库构建设施网络模型，在iServer下扩展REST服务并对其进行调用，开发并实现了城市管网WebGIS的爆管分析技术，为城市地下管网的建设与维护提供了便捷的服务。

爆管分析；城市管网；SuperMap；WebGIS

引言

城市地下管网是城市的重要基础设施和组成部分，是维持现代化城市正常运作的命脉。国务院于2015年8月印发了关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见，要求推进城市地下综合管廊建设，统筹各类市政管线规划、建设和管理，解决反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题［1］。而我国正处在城镇化快速发展时期，地下管网的管理手段比较落后，使得管线爆裂事故时有发生，造成了较大的经济损失和不良的社会影响。随着网络的普及和城市管理方式的转变，网络化已成为城市地下管线信息系统发展的必然趋势。WebGIS技术的快速发展使城市地下管线信息系统的网络化成为可能［2，3］。

因此，本文将WebGIS技术与城市管网系统的建设结合到一起，采用B/S模式实现城市管网WebGIS爆管分析功能。服务器端采用超图iServer和iObjects Java相关类库完成爆管分析功能的实现，客户端使用SuperMap iClient for JavaScript完成爆管分析功能的调用，客户端只需要安装一个浏览器就可以轻松访问，且有利于管网数据和信息的共享，使系统更加易于拓展［4］。

1　爆管分析算法与设施网络

城市管网是一种介质有流向的设施网络，一般采用非线性数据结构图进行表达，基于图的管网爆管分析目前普遍采用广度优先遍历算法（BFS）［5］。BFS从图的某个顶点v0出发，由近至远，按层次依次访问与v0有路径相通且路径长度分别为1，2，…，n的顶点，直至连通图中所有顶点都被访问一次基于有向图的爆管分析算法可以充分利用管网的拓扑结构，考虑管线的流向问题，完成上游最近阀门的搜索，从而排除了不必要关闭的阀门［6，7］。管网有向图实例见图1a所示，可用一维数组V［6］来存储阀门（结点，vertex），用二维数组A［i］［j］来存储邻接矩阵（见图1b），A［i］［j］表示阀门之间的邻接关系（0/1表示不邻接/邻接）。

邻接矩阵有效地表达了管网有向图中阀门间的邻接关系，但没法表达管网中介质流向的方向信息。因此，可以采用GIS系统中的设施网络模型予以解决［8］。基于SuperMap的设施网络模型将城市管网建模为设施网络，将阀门抽象源和汇，管线中介质的流向是从源流向汇，SmFNode与SmTNode字段分别存储数字化起点与终点，流向与数字化方向的关系存储在Direction字段中。Direction的值：0表示流向与数字化方向相同；1表示相反；2表示流向无法确定，也可理解为双向流向；3表示与源不连通的管线。

爆管分析算法的实现过程可分为两个阶段：一是使用广度优先遍历算法找出事件点上游所有阀门；二是排除可关可不关的阀门，尽量减少关阀数，减少工作量［9］?。

2　爆管分析REST服务的开发

图1　管网有向图及其邻接矩阵

城市管网WebGIS采用层次化的设计方案，为了便于数据接收与交互，选择B/S体系结构，分为数据层、服务层和应用层，如图2所示。服务层基于SuperMap iServer开发，并通过SuperMap iObjects （Java）组件接口扩展开发管网爆管分析REST服务。服务层通过SuperMap SDX+/JDBC和ADO.NET调用数据层中资源，为应用层提供REST服务。应用层（客户端）使用JavaScript脚本语言调用服务器端发布的REST服务，实现用户与管网WebGIS的功能交互。服务器端（服务层和数据层）是根据应用层所需功能进行设计，负责用户与数据库间的交互，解析用户请求，向数据服务器发送操作命令，并把返回结果发送至Web浏览器。服务器端只用于给客户提供数据，因此不需要每次处理时都访问服务器，极大地减少了网络数据传输量和服务器的负担。

图2　城市管网WebGIS的系统结构

管网爆管分析功能通过SuperMap iObjcets实现，并使用JAX-RS扩展SuperMap iServer封装到服务器端，从而搭建REST风格的爆管分析服务。主要分为以下步骤。

2.1利用BufferAnalyst类库搜索事件点周围半径为0.5m圆内的管段，找到该管段的上游节点。

2.2以此节点作为起点，利用邻接矩阵所在数组array，通过网络数据集的子数据集中OnlyID字段判断是否为阀门节点。

2.3根据上文爆管分析算法筛选最优的关阀点，记录其SmID并传递至客户端，服务器端关键代码如下。

3　爆管分析REST服务的调用

城市管网WebGIS的爆管分析方法是在B/S结构下实现的，其核心算法借助iObjects Java实现并全部封装在服务器端。客户端通过SuperMap iClient for JavaScript调用SuperMap iServer已有的REST服务。具体的客户端的调用步骤可分为以下两点。

3.1管网爆管分析的调用，向服务器端传入待分析数据并返回分析结果。这里的待分析数据是指目标点的坐标，爆管分析服务只针对一个事件点，因此只需传入一个点的坐标。为了实现方便，本文使用jQuery中的Ajax，以发送POST请求的方式调用REST服务，并用JSON格式实现值的传递。

3.2显示结果的调用，向服务器端传入分析结果并在客户端显示效果，这一步骤主要通过SuperMap iClient for JavaScript调用SuperMap iServer已有的REST服务实现。返回的是结果管段的SmID，使用QueryBySQLParameters服务查询管段并显示，主要实现代码如下，实现效果如图3所示。

图3　爆管分析实现效果

4　结论

在B/S环境下开发基于WebGIS的城市管网爆管分析技术，简化客户端电脑载荷，减轻系统维护与升级的工作量和成本。研究了爆管分析算法与设施网络模型，设计了易于操作且可扩展的三层B/S系统结构；服务器端使用超图iServer扩展REST服务，并使用iObjects Java相关类库实现爆管分析算法；客户端使用Ajax及SuperMap iClient for JavaScript的相关接口完成了爆管分析结果的调用，实现了科学有效的城市管网WebGIS爆管分析技术。

［1］权威发布：《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》专家解读［J］.建筑设计管理，2015（09）：46-48.

［2］陈兴华，石金锋，丛日盛.基于WebGIS的城市地下管线信息系统的建立［J］.测绘工程，2007（06）：34-37，41.

［3］杨璐，王方雄，王力.城市管网移动信息服务系统设计与开发.微型机与应用，2016，35（3）：18-20.

［4］李平.基于B/S模式的城市天然气管网信息系统研究与开发［D］.西南交通大学，2014.

［5］王方雄，崔羽.基于GIS的管网爆管分析算法优化与实现［J］.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2012（03）：575-578.

［6］张翔，王方雄，崔羽.城市三维管网地理信息系统的设计与开发.测绘地理信息，2015，40（2）：17-19.

［7］刘建川，李永树，蔡国林.基于ArcGIS管网爆管分析的算法优化与实现［J］.测绘科学，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，张宏飞.供水管网地理信息系统中爆管分析的算法研究［J］.测绘科学，2008（04）：225-226，150.

（2016-05-11收稿S编辑）

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，湖北省汉川市，博士，副教授，主要研究方向：GIS建模与集成、网络GIS。