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基于GIS的农村分散式污水设备信息建筑工程管理系统设计与实现

时间:2018-08-29 18:52来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程为建设工程的一部分,与建设工程的范围相比,建筑工程的范围相对为窄,其专指各类房屋建筑及其附属设施和与其配套的线路、管道、设备的安装
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程为建设工程的一部分,与建设工程的范围相比,建筑工程的范围相对为窄,其专指各类房屋建筑及其附属设施和与其配套的线路、管道、设备的安装工程,因此也被成为房屋建筑工程。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
1.1 研究背景及意义
在我国,农村分散式污水处理的研究与应用起步较晚,早期由于缺乏对农村地区水环境污染问题的重视,导致农村地区污水治理工程缺乏资金投入,不能及时地建设与其相适宜的污水处理设施,造成污水在没有经过收集和处理的情况下肆意排放,从而引发水体富营养化、水质恶化等环境污染。对广大农村地区的水环境造成了严重的破坏,严重威胁到居民的用水安全[1-3]。统计结果显示(见图 1.1,数据源于住建部公报),2016年我国农村生活污水年排放量约为 200 亿吨,处理率约为 22%[4]。浙江和上海等省市的农村生活污水处理率不足 50%,北方各省市不足 10%[5]。加大农村地区市政基础设施建设力度,提高农村地区生活污水治理工程的建设质量、管理及养护水平,是提高我国农村地区生活质量的重点工作之一,也是改善农村地区水环境的必然要求。近年来,随着新农村建设步伐的加快,农村农业现代化进程的推进,包括农村分散式污水治理工程建设在内的农村基础设施建设已经进入到了关键发展阶段[6-7]。但随之而来的一些问题也越来越明显,主要表现为:(1)地下管网工程是一个由多专业共同参与的系统工程,其设计难度和地下管线复杂程度越来越高,稍有沟通不利,便会出现管线碰撞、重复开挖等问题[8]。(2)在我国许多城市,市政管理部门拥有大量的排水信息、地理空间信息等数据资源,但主要采用图纸或电脑文档的形式进行保存,这种资料管理模式缺点显而易见,其不但需要巨大的存储空间,资料数据的完整度和准确度会随着时间而下降,而且数据的安全性也无法得到保障,敏感数据的泄露时常发生[9]。(3)一张图纸上包含了建筑、道路、给水、排水、文字标注、错综的电力、通信、燃气管网等信息,人工完成数据录入、水力计算和网络分析的能力有限,设备及管网出现故障时,只能依靠经验判断,缺乏科学性和准确性。(4)农村生活污水分散式处理设施有着典型的空间分布分散的特点,现场设备维护人员由于缺乏专业知识,对管网及设备的异常和故障无法做出及时应对与处理,这些都为各项工作的开展带来了不便。
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1.2 地理信息系统概述
GIS 是一种基于计算机技术的地理空间信息系统,其不仅能够实现地理空间数据的管理、展示、分析、存储等,还能够结合遥感、GPS(Global Positioning System,全球定位系统)等技术解决现实世界中复杂的空间规划、分析及管理问题。地理信息系统数据包括地理空间数据和属性数据,地理空间数据在 GIS 系统中以点、线、面的形式进行存储,而属性数据存储着地理空间数据的属性信息,属性信息包含这些点、线、面的位置信息、描述及其他特殊信息。这种特殊性是其他信息管理系统不具备的[10]。如图 1.3所示,GIS 由五个主要部分组成:软件、数据、方法、人、硬件。地理信息系统的应用从早期的传统行业:运输、测绘、城市规划逐渐发展到历史研究、考古、轨道交通、智慧城市等领域[11]。覆盖领域之广,发展速度之快,是前所未有的。GIS 在历史研究领域的应用与研究开始于 20 世纪末,最近 20 年,得到了快速的发展[12]。西北历史环境与经济社会发展研究院的张萍在“丝绸之路历史地理信息系统建设”国家社会科学重大基金项目的支持下,以丝绸之路沿线遗址和考古发掘报告等资料为数据基础,提出基于 WebGIS(网络地理信息系统)古代丝绸之路地理信息系统的建设构想,实现将静止的历史转化为动态、可分析的地理数据模型。系统包括一个基于 ArcGIS的系统二次开发平台和七个基于 Oracle(甲骨文数据管理系统)的系统数据库,系统开发的重点是构建一个能够模拟并分析汉、唐、明、清四个朝代,时间跨度长达 2000 年的丝绸之路沿线地理环境变迁过程及原因的地理信息系统。在信息化、大数据发展的时代背景下,为丝绸之路研究提供强有力的支持[13]。Rita Yi 开创性的提出了五维虚拟遗产地理信息系统(5D GIS),在三维 GIS 的基础上加入了时间和人的回忆两个维度,人们可以利用 VR(Virtual Reality,虚拟现实技术)和 AR(Augmented Reality,增强现实技术)技术来了解具有高价值的非物质文化遗产,非物质文化遗产的保护与传播进入到一个新的历史性阶段[14]。
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第 2 章 系统需求分析及开发方式
 
2.1 RDS-GIS 总体需求分析
各职能单位即系统用户,拥有相当数量的污水管网和空间数据等资料,却无法发挥其作用。人工进行生产数据的录入和分析,安全性和时效性较差,总结起来,主要问题如下:(1)海量的设备管网数据都以文本的方式存储,安全性无法得到保障。(2)各类数据没有统一的坐标系,难以进行数据的转换和提取,排水部门缺少一个科学的信息管理系统,无法快速完成数据的集成与分析,进而进行有效的数据管理。(3)排水管理部门的生产数据以人工方式进行录入和分析,这种方式效率低下,工作量较大,分析能力有限,当管网出现故障时,难以做出准确的判断和处理。(4)所选研究区域农村分散式污水处理设备有着典型的空间分布分散的特点,当设备管网发生故障时,设备维护工作人员无法在第一时间赶到现场对分散站点的设备进行维修。(5)丰富的数据资源缺乏一个具有针对性的展示和辅助设计的平台。基于上述问题,并通过对各职能单位的工作需求进行分析,对各职能单位业务流程进行设计,如图 2.1 所示。业务流程设计说明:设备维护管理单位对各分散站点的设备运行数据、出水水质等数据信息进行记录,对设备异常、故障等事故及时作出反应和处理。各分散站点以按月定期上传设备运行数据至维护管理单位,再由维护管理单位汇总上报至市政管理部门。市政管理部门按季度对农村分散式污水处理设备及管网进行现场考核,对存在设备异常、损坏等问题的行政村提出维修及整改要求,并对上报的信息进行分析和反馈,安排下一步工作要求和计划。
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2.2 RDS-GIS 开发工具的选择
 
2.2.1 GIS 二次开发工具
基于 GIS 的二次开发方式主要有三种[32]:(1)独立二次开发:独立二次开发指的是系统的每个功能模块的设计、算法包括界面的 UI 设计等都由设计者独自开发设计完成。限制于独立二次开发的工作量和开发难度较大,让许多开发者望而却步[33]。(2)单纯二次开发:单纯二次开发是一种基于目前市面上已有的较为成熟的地理信息系统应用软件,开发者使用它们所提供的二次开发语言进行地理信息系统软件的二次开发[34]。(3)集成二次开发:集成二次开发是基于现有的编程软件如 Visual Basic、C++等为开发平台,利用市面上的商业地理信息系统软件来实现二次开发的目的[35]。美国环境系统研究所研究开发出用于开发地理信息系统的工具包:ArcGIS Engine,它能够脱离其公司旗下 ArcGIS 系列软件,独立在计算机中运行。使用早期的 ArcObjects开发工具进行地理信息系统的二次开发的缺点是需要依托于 ArcGIS 平台,无法独立地进行安装与应用,而ArcGIS Engine弥补了ArcObjects的这一缺点,用户可以应用ArcGISEngine 工具包快速开发出具有特殊功能的行业型 GIS 桌面应用程序[36]。
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第 3 章 系统总体设计.....14
3.1 RDS-GIS 结构与功能设计....14
3.2 RDS-GIS 数据库设计............16
3.3 管网分析 ............28
3.4 本章小结 ............32
第 4 章 系统功能的实现..........34
4.1 用户管理 ............34
4.2 界面管理 ............35
4.3 工具栏.......35
4.4 空间量算 ............36
4.5 数据导入 ............37
4.6 数据查询 ............39
4.7 多媒体查询.........41
4.8 数据输出 ............43
4.9 管网分析 ............44
4.10 鹰眼.........45
4.11 数据库......45
4.12 本章小结 ..........46
第 5 章 新塘镇 RDS-GIS 建设实例..........47
5.1 项目背景 ............47
5.2 建设实例 ............50
5.3 系统简介 ............52
5.4 系统评价 ............53
5.5 本章小结 ............54
 
第 5 章 新塘镇 RDS-GIS 建设实例
 
5.1 项目背景
5.1.1 研究区域概况
广州市地属广东省中南部,地处三江汇总之地,有着中国“南大门”之称,其总面积 7434km2,截止 2017 年,常住人口约 1450 万,是国家中心城市之一。气候特征:广州位于亚热带季风沿海地区,气候类型属于海洋性亚热带季风气候,北回归线从南部穿越而过,湿润多雨,光照充足、夏季较长且酷热、冬季较短,年降水量达 1700mm,平均湿度约为 77%。广州境内水网发达,大小水道纵横交错,水域广阔,集水面积在100-1000 平方千米以上的河流有 18 条,河道密度达 0.75km/km2,有着岭南水乡的特色文化[55]。据数据统计显示,广州目前有 1200 余个行政村落,农村人口达 301 万,大部分地区农村仍然以种植业和养殖业作为基本的生产方式[56]。广州市政府以改善农村居民生活条件和提高居民健康水平为目标,于 2008 年起,由广州市政府出资开展农村分散式污水治理工程的建设工作。目前,增城区 11 个镇街共 284 条行政村,其中远郊就地分散处理行政村 237 条,人口约 66.69 万;城中村或近郊村 47 条,人口约 32.01 万。截止 2016 年第三季度,完成了 153 条村的污水治理工程的建设,纳污率 54%(按村数)。所选研究区域新塘镇截止 2016 年底共有 8 个处理站点完成了农村分散式污水处理设施的建设。本文选取新塘镇 5 个行政村分散式污水处理工程为研究目标,对其进行实地勘察及数据收集和修正工作,为后期 RDS-GIS 的建立打下基础。
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结论
 
本文针对农村分散式污水处理系统在地下污水管网数据管理领域,对地理信息技术的实际需求,以广州市增城区新塘镇农村分散式污水管网系统数据为基础,利用 ArcGISEngine 组件式二次开发工具包,设计并构建了基于 GIS 的农村分散式污水处理设备信息管理系统。实现了集数据管理、管网爆管分析及多媒体查询等功能于一体的可视化地理信息管理系统的开发。本系统改变了对农村分散式污水系统的传统管理模式,使农村地下污水管网管理工作更加科学和高效。本系统的建立为农村分散式污水管网系统的信息化建设提供了合理可靠的技术支持。在研究和系统设计及开发的过程中得出以下结论:
(1)针对农村分散式污水管网的组成和特点,系统数据库所使用的 ShapeFile 数据模型可以给予管网及设备真实、准确的图形表达。关系型数据库 SQL Server 实现了设备及管网空间数据与属性数据的结合,从而使用户对管网及设备数据资料的管理和使用变得更加直观和高效。
(2)基于传统管网爆管分析技术,提出了分块矩阵管网爆管分析方法。本方法将管线流向、主干管及支管上的节点之间的关系用一个分块矩阵来表示,并将其存储到数据库中。较之于传统分析方法,本文所提出的分块矩阵管网爆管分析方法更加准确、科学。
(3)本系统在 ArcGIS 原有的控件基础上,添加了管网设备的属性表查询、现场还原等功能,将农村分散式污水处理系统更生动的展现在用户面前,使埋于地下不可见的污水管网变为直观地的可视化模型,可以有效地提高各市政职能单位的生产管理效率。独立性更强、功能更完善的 ArcGIS Engine 二次开发工具包使系统的开发过程得到了极大的简化。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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