Geodatabase cĩ hai đại diện của một hệ thống tuyến tính: mạng lưới hình học (geometric network) và mạng lưới logic (logical network).
2.5.5.1 The geometric network
Mạng lưới hình học là một tập hợp các đối tượng gồm cĩ các cạnh nối (edges) và các điểm nối (junctions).
Một cạnh cĩ hai điểm nối ở hai đầu và một điểm nối được kết nối với nhiều cạnh.
Các đối tượng cĩ thể biểu diễn được cho các cạnh và điểm nối được gọi là các đối tượng mạng (network feature). Chỉ cĩ các đối tượng mạng mới cĩ thể tham gia vào một mạng lưới hình học.
Một lớp đối tượng mạng (network feature class) là một tập hợp đồng nhất của một trong các loại của các đối tượng mạng như: điểm nối đơn
(Simple junction feature); điểm nối phức (complex junction feature); cạnh nối đơn (simple edge feature) và cạnh nối phức (complex edge feature).
Hình 2.29 :Lớp đối tượng mạng trong Geodatabase
(nguồn:Michael Zeiler (1999))
Các đối tượng mạng trong một mạng lưới hình học cĩ tất cả đặc điểm giống như các đối tượng địa lý khác: cĩ thể tạo các lớp, gán thuộc tính, xác định các subtype, thiết lập mối quan hệ ...v.v. Ngồi ra các đối tượng mạng cĩ thể bổ sung các hành vi chuyên biệt để bảo vệ sự kết nối và tự động cập nhật các thành phần của mạng.
2.5.5.2 The logical network
Giống như mạng lưới hình học, một mạng lưới logic là một bộ sưu tập của các cạnh và các nút kết nối. Sự khác biệt chính là một mạng lưới logic khơng cĩ các giá trị tọa độ. Mục đích chính của nĩ là để lưu trữ các thơng tin kết nối của một mạng cùng với một số thuộc tính nhất định.
Do các cạnh và các nút trong một mạng logic khơng cĩ dạng hình học, nĩ khơng phải các đối tượng mà được xem là các yếu tố mạng (element). Cĩ mối quan hệ one-to-one hoặc one-to-many giữa các đối tượng mạng trong một mạng hình học và các yếu mạng trong một mạng logic. Một mạng lưới hình học luơn gắn liền với một mạng logic. Các yếu tố mạng logic sẽ tự động cập nhật khi chỉnh sửa các đối tượng mạng.
Các mạng logic khơng trực tiếp xuất hiện trong ứng dụng ArcInfo. Thay vào đĩ, ta chỉ tương tác với các mạng lưới hình học. Các mạng logic là cơ sở cho các hành vi phức tạp của đối tượng mạng.
2.5.5.3 Các quy tắc kết nối
Trong hầu hết các mạng lưới khơng phải tất cả các cạnh đều cĩ thể kết nối với tất cả các điểm nối khác. Cũng khơng phải tất cả các cạnh cĩ thể kết nối với tất cả các cạnh khác thơng qua điểm nối. Ví dụ, một vịi nước cơng cộng bên trong một mạng lưới cấp nước cĩ thể kết nối với một ống nhánh nhưng khơng thể kết nối với đường ống truyền tải. Tương tự như vậy, một đường ống truyền tải chỉ cĩ thể kết nối với đường ống phân phối chứ khơng thể kết nối trực tiếp với ống nhánh.
Quy tắc kết nối cho phép duy trì tính tồn vẹn của các đối tượng mạng trong một mạng lưới hình học và dễ dàng tìm kiếm những đối tượng mạng vi phạm sự kết nối hoặc các quy định khác. Sau đây là các quy tắc kết nối cho các đối tượng mạng:
* Edge–junction rule
Quy tắc này ràng buộc những loại điểm nối cĩ thể kết nối với một loại cạnh. Vídụ: Đồng hồ điện chỉ cĩ thể nối vào đường dây cĩ điện áp thấp. (Tham khảo [8])
Hình 2.30: Ví dụ về Edge-junction rule (nguồn:Michael Zeiler (1999))
* Edge–edge rule
Quy tắc này thiết lập sự kết hợp của các loại cạnh cĩ thể kết nối thơng qua một điểm nối nhất định. (Tham khảo [8])
Ví dụ: hai đường ống cĩ đường kính khác nhau cĩ thể được kết nối thơng qua bộ giảm đúng kích cỡ
Hình 2.31: Ví dụ về Edge-edge rule (nguồn:Michael Zeiler (1999))
* Edge–junction cardinality
Quy tắc này cho phép bạn giới hạn số lượng (cardinality) của cạnh kết nối tại một điểm nối. (Tham khảo [8])
Ví dụ: Một số loại cơng tắc được thiết kế để chấp nhận từ hai đến bốn đường dây. Ta cĩ thể xác định chính xác phạm vi chấp nhận đường dây cĩ thể được kết nối tại cơng tắc.
Hình 2.32: Ví dụ về Edge-junction cardinality rule
(nguồn:Michael Zeiler (1999))
*Default junction type
Khi kết nối các cạnh với nhau ta cĩ thể chỉ định một loại điểm nối mặc định được chèn vào. (Tham khảo [8])
Ví dụ: Khi một đường điện 14,4 kV được thêm vào điểm nối cuối của đường 28,8 kV, một máy biến áp sẽ đưa mức điện về đúng được gán cho điểm nối.
Hình 2.33: Ví dụ về Default junction rule (nguồn:Michael Zeiler (1999))
CHƢƠNG 3:
MƠ HÌNH DỮ LIỆU KHƠNG GIAN ÁP DỤNG CHO MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC
3.1 ĐẶC ĐIỂM DỮ LIỆU CỦA MẠNG LƢỚI ĐƢỜNG ỐNG CẤP NƢỚC
Hệ thống cấp nước cĩ vai trị đặc biệt quan trọng trong các cơng trình hạ tầng kỹ thuật đơ thị. Việc quy hoạch nĩ được gắn liền với quy hoạch đơ thị và khơng thể tách rời trong bất cứ cơng trình nào trong xây dựng cơ bản. Là một phần của cơng trình xây dựng cũng như đơ thị, hệ thống cấp nước địi hỏi phải được thiết kế và quy hoạch đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và phù hợp với cơng năng, nhu cầu sử dụng. Về cơ bản khi quy hoạch đơ thị, hệ thống cấp nước cho đơ thị phải đảm bảo phù hợp với sơ đồ cấp nước của quy hoạch chung và quy hoạch chi tiết xây dựng đơ thị, đảm bảo việc bảo vệ và sử dụng tổng hợp các nguồn nước. Khi cải tạo, mở rộng hệ thống cấp nước, phải đánh giá về kỹ thuật, kinh tế và điều kiện vệ sinh của các cơng trình cấp nước hiện cĩ và dự kiến khả năng sử dụng tiếp. Phải xét đến khả năng sử dụng đường ống, mạng lưới và cơng trình theo từng đợt xây dựng.
Hình 3.1: Hệ thống cấp nước
(nguồn: Dương Thanh Lượng (2006))
Mạng lưới cấp nước là 1 bộ phận của hệ thống cấp nước, là tập hợp các loại đường ống với các cỡ kích thước khác nhau và các hạng mục cơng trình liên quan xây dựng theo hệ thống trục giao thơng chính của khu vực cấp nước
làm nhiệm vụ vận chuyển và phân phối nước đến các điểm dùng nước trong phạm vi thiết kế. Mạng lưới cấp nước được chia làm 2 loại chính là: mạng lưới cụt và mạng lưới vịng.
- Mạng lưới cụt (hay phân nhánh) chỉ cho nước chảy đến một điểm nào đĩ theo một chiều nhất định và kết thúc tại các đầu nút của các tuyến ống. Vì vậy, nếu một chỗ nào đĩ trên đường ống bị hỏng thì tồn bộ khu vực phía sau (theo hướng nước chảy) bị mất nước, tức mức độ an tồn thấp. Song mạng lưới cụt lại cĩ ưu điểm là tổng chiều dài ngắn nên chi phí xây dựng thấp.
(Tham khảo [1])
- Mạng lưới vịng cĩ thể cung cấp nước tới một điểm nào đĩ bằng hai hay nhiều đường khác nhau. Các tuyến ống của mạng lưới vịng đều liên hệ với nhau tạo thành các vịng khép kín liên tục, cho nên đảm bảo cung cấp nước an tồn và như thế tất nhiên sẽ cần nhiều đường ống hơn dẫn đến chi phí xây dựng cao hơn. Trong mạng lưới vịng khi cĩ sự cố xảy ra hay ngắt một đoạn ống nào đĩ để sửa chữa thì nước vẫn cĩ thể theo một đường ống khác song song với đường ống bị sự cố để cung cấp cho các điểm dùng nước phía sau. (Tham khảo [1])
Trong thực tế mạng lưới hỗn hợp được sử dụng phổ biến do kết hợp được ưu điểm của 2 loại: Mạng lưới vịng dùng cho cấp truyền dẫn và những đối tượng tiêu thụ nước quan trọng; Mạng lưới cụt phân phối cho những điểm ít quan trọng hơn.
Hình 3.2: Sơ đồ mạng lưới cấp nước cụt Hình 3.3: Sơ đồ mạng lưới cấp nước vịng (nguồn: Nguyễn Lan Phương, Cấp nước sinh hoạt và cơng nghiệp)
Mạng lưới đường ống phân phối nước làm nhiệm vụ phân phối và dẫn nước đến các điểm tiêu thụ. Mạng lưới đường ống phân phối nước gồm mạng cấp I là mạng truyền dẫn, mạng cấp II là mạng phân phối và mạng cấp III là mạng đấu nối với các ống cấp vào nhà.
- Mạng hay tuyến ống cấp I làm nhiệm vụ truyền dẫn và điều hịa áp suất vì cĩ tổn thất cột nước nhỏ, độ chênh áp suất ở đầu và cuối tuyến ít. Nước mạng lưới cấp I được lấy ra các ống cấp II ở những điểm nhất định theo từng khu vực, tại các điểm này đặt các van để điều tiết áp suất và lưu lượng tùy theo quy mơ của mạng lưới cấp nước, tuyến ống cấp I cĩ đường kính từ 300 mm trở lên. (Tham khảo[1])
- Mạng hay tuyến ống cấp II dẫn và phân phối nước cho từng khu vực, mạng đưa nước vào các tuyến cấp II bằng tê chờ, sau tê chờ cĩ van để điều chỉnh lưu lượng và áp suất cho các tuyến ống cấp III. Đường kính của tuyến ống cấp II thường từ 150 đến 250 mm. Tuyệt đối khơng cho phép đấu nối các tuyến ống lấy nước vào nhà trực tiếp từ các tuyến ống cấp I và cấp II. (Tham khảo[1])
- Mạng hay tuyến ống cấp III (cịn gọi là mạng phục vụ) là mạng lưới cụt dạng nhánh cây gồm các tuyến ống cĩ đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 150 mm đi vào các ngỏ, tiểu khu để phân phối vào các hộ tiêu thụ. Các nhánh lấy nước vào nhà cĩ thể nối trực tiếp trên ống cấp III bằng các tê chờ lắp sẵn hoặc dùng đai khởi thủy. (Tham khảo[1])
Các thành phần cơ bản nhất trong một mạng lưới cấp nước được xác định đĩ là: Đường ống cấp nước và Các thiết bị được gắn trên các điểm nối của đường ống như đồng hồ đo nước, van khĩa/mở nước, trụ cứu hỏa...v.v
Hình 3.4: Quan hệ giữa đường ống và thiết bị lắp đặt (nguồn: tác giả)
Đƣờng ống Thiết bị - Van hệ thống - Đồng hồ tổng Điểm Nối ống Thiết bị - Đồng hồ khách - Van điều khiển
Thiết bị
- Trụ cứu hỏa
Điểm Nối
3.2 ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH DỮ LIỆU MẠNG LƢỚI ĐƢỜNG ỐNG CẤP NƢỚC
Mơ hình dữ liệu mạng lưới cấp nước là một tập hợp của nhiều loại đối tượng phục vụ cho nhu cầu quản lý mạng lưới đường ống cấp nước và các tiện ích khác. Mơ hình dữ liệu mạng lưới cấp nước đề nghị sử dụng cơng nghệ đối tượng cốt lõi của ArcGIS kết hợp dữ liệu và mơ hình hĩa hành vi ứng dụng. Kết quả của mơ hình khơng chỉ bao gồm một bộ thiết yếu của các lớp đối tượng nước và đặc tính của nĩ mà cịn bao gồm các quy tắc và các mối quan hệ để xác định hành vi của đối tượng. Việc sử dụng cơng nghệ đối tượng cốt lõi trên nền tảng của ArcGis để xây dựng mơ hình cấp nước cĩ nhiều thuận lợi khi ta áp dụng các mối quan hệ topo giữa các đối tượng địa lý đã được xây dựng sẵn và cĩ thể tùy chỉnh trong mơ hình thiết kế của mình. Ngồi ra, mơ hình đối tượng cũng dễ dàng mở rộng, cho phép người sử dụng mở rộng mơ hình, xây dựng thêm các phương thức hoặc giao diện người dùng của hệ thống một cách nhanh chĩng.
Trong thực tế cĩ rất nhiều đối tượng cùng tham gia hoạt động trong hệ thống cấp nước, các đặc điểm chung của các đối tượng này càng trở nên rõ ràng hơn khi ta tiến hành nhĩm các thuộc tính phổ biến và tên của các đối tượng trong khi phân tích. Mơ hình phân tích được tạo ra bắt đầu với chính các lớp đối tượng ArcGIS và thiết lập các tên, các đối tượng trong thế giới thực được mơ hình hĩa. Việc tạo ra mơ hình phân tích thường bắt đầu với cách tiếp cận từ trên xuống, trong đĩ danh sách các các đối tượng được đặt tên và chia thành các nhĩm hợp lý. Các đặc điểm quan trọng để phân chia của các nhĩm này là nĩ cĩ chung các thuộc tính và (hoặc) phương thức hoạt động.
Ví dụ: các loại ống nối cĩ thể được nhĩm lại với nhau vì tất cả nĩ dùng để kết nối các đường ống với nhau. Van cĩ thể được nhĩm lại với nhau bởi vì nĩ dùng để kết nối đường ống và cĩ khả năng kiểm sốt các dịng chảy của nước trong hệ thống mạng.
Sau khi các nhĩm cơ bản của các đối tượng được xác định, ta bắt đầu xác định sự tương đồng cụ thể hơn giữa các đối tượng. Trong khi phân tích quá trình này các lớp mới được xác định và một số các lớp được sáp nhập. Kết quả cuối cùng là một tập hợp các lớp cơ sở, các lớp trung gian, lớp lá, và các mối quan hệ.
Bằng việc xác định các thuộc tính của từng loại Class, thuộc tính chung xuất hiện. Một lớp bậc cao được tạo ra chứa các thuộc tính chung. Quá trình này cuối cùng dẫn đến một tập các lớp trung gian, thường là các lớp trừu tượng. Việc tạo ra một mơ hình phân tích là một quá trình lặp đi lặp lại theo cả hai hướng phân tích từ trên xuống và phân tích từ dưới lên để xác định cấu trúc của mơ hình đối tượng.
Với cách tiếp cận như trên ta xác định được các thành phần cấu thành nên mạng lưới cấp nước là:
Nhĩm chuyên đề đường ống. Nhĩm chuyên đề thiết bị cơ sở .
3.2.1 Nhĩm chuyên đề đƣờng ống
Complex Edges Feature là lớp cơ sở cho tất cả các đường ống. Lớp DuongOng được khởi tạo như là lớp tổng quát đầu tiên cho bất kỳ lớp đường ống nào khác. DuongOng là một lớp trừu tượng, nĩi cách khác tất cả các lớp bên dưới lớp DuongOng sẽ được thừa kế tất cả các thuộc tính của lớp này. Hệ thống ArcGIS tự động duy trì các mối quan hệ giữa đường ống với các thiết bị kèm theo và các đường ống khác.
3.2.2 Nhĩm chuyên đề Thiết bị cơ sở
Nhĩm chuyên đề Thiết bị cơ sở bao gồm tất cả các điểm mạng cơ sở như van, đồng hồ và các loại phụ kiện. Nĩ cũng chứa các điểm mạng khác như trạm bơm và bể điều hịa. Các thiết bị thuộc nhĩm Thiết Bị Cơ Sở tham gia trực tiếp vào các điểm nối đơn (simple Junction). Đặc điểm quan trọng ở đây là các thiết bị tham gia mối nối đơn thuộc nhĩm Thiết Bị Cơ Sở khơng dẫn đến sự phân chia vật lý của đường ống.
3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU CỦA MẠNG LƢỚI ĐƢỜNG ỐNG CẤP NƢỚC
3.3.1 Các Lớp đối tƣợng của nhĩm chuyên đề đƣờng ống
Đường ống là tập hợp của các loại đường ống với kích cỡ và chức năng khác nhau hình hành nên mạng lưới cấp nước tham gia trong một hệ thống cấp nước.
Hinh 3.5: Nhĩm chuyên đề đường ống (nguồn: tác giả)
3.3.1.1 Lớp DuongOng
Cấp độ gốc của nhĩm chuyên đề Đường Ống là lớp trừu tượng DuongOng. Lớp DuongOng là một phân lớp của lớp ComplexEdgeFeature trong mơ hình chung Geodatabase của Arcgis. Là một phân lớp, nĩ sẽ kế thừa các thuộc tính, phương thức của Lớp ComplexEdgeFeature, đáng chú ý nhất là khả năng tham gia trong hình học mạng.
Ma ChieuDai VatLieu NamLapDat TinhTrang ĐVQuanLy DuongOng ComplexEdgeFeature Hình 3.6: Mơ tả lớp DuongOng (nguồn: tác giả)
Lớp trừu tượng DuongOng cĩ kiểu dữ liệu polyline, xác định cĩ các thuộc tính sau:
• Ma: (string) - mã ống.
ComplexEdgeFeature
DuongOng
• ChieuDai: (double) - chiều dài. • VatLieu: (string) - vật liệu.
• NamLapDat: (integer) - năm lắp đặt. • TinhTrang: (string) -Tình trạng ống. • ĐVQuanLy: (string) - đơn vị quản lý.
3.3.1.2 OngTruyenDan
Ống truyền dẫn là các đường ống cĩ đường kính lớn (từ 300mm trở lên) vận chuyển nước ở những khoảng cách xa vào mạng lưới hệ thống phân phối. Ống truyền dẫn thường chạy theo một đường thẳng từ điểm đến điểm. Các đường ống nhánh khơng được nối kết với ống truyền dẫn.
Ma ChieuDai VatLieu NamLapDat TinhTrang ĐVQuanLy DuongOng DuongKinh ĐoNham ĐoSau NuocSanXuat OngTruyenDan Hình 3.7: Mơ tả lớp OngTruyenDan (nguồn: tác giả)
Lớp cụ thể OngTruyenDan cĩ các thuộc tính sau: • DuongKinh: (double) - đường kính.
• DoSau: (double) - độ chơn sâu.
• NuocSanXuat: (string) - nước sản xuất. • NhaSanXuat: (string) - nhà sản xuất.
3.3.1.3 Lớp OngPhanPhoi
Ống phân phối là ống trung bình cĩ đường kính (từ 150 - 250 mm) vận chuyển nước sạch từ các ống truyền tải và phân phối nước trong khư vực cấp nước. Các ống nhánh được kết nối vào ống phân phối.
Ma ChieuDai VatLieu NamLapDat TinhTrang ĐVQuanLy DuongOng DuongKinh ĐoNham ĐoSau NuocSanXuat NhaSanXuat OngPhanPhoi Hình 3.8: Mơ tả lớp OngPhanPhoi (nguồn: tác giả)
Lớp OngPhanPhoi xác định các thuộc tính sau: • DuongKinh: (double) - đường kính.
• DoSau: (double) - độ chơn sâu.
• NuocSanXuat: (string) - nước sản xuất. • NhaSanXuat: (string) - nhà sản xuất.
3.3.1.4 Lớp OngNhanh
Ống nhánh là đường ống cĩ đường kính nhỏ (từ 150mm trở xuống) chạy