地下管線通用GIS平臺建設及其在城市排水管理中的應用研究

解智強，杜清運，高 忠，王貴武，何 偉

(1.武漢大學資源環(huán)境科學學院，湖北武漢430070;2.昆明市城市地下管線探測管理辦公室，云南昆明650051;3.昆明市城市排水管理處，云南昆明650051)

地下管線通用GIS平臺建設及其在城市排水管理中的應用研究

解智強1，2，杜清運1，高 忠2，王貴武2，何 偉3

(1.武漢大學資源環(huán)境科學學院，湖北武漢430070;2.昆明市城市地下管線探測管理辦公室，云南昆明650051;3.昆明市城市排水管理處，云南昆明650051)

針對城市地下管線信息成果的推廣應用中普遍存在的專業(yè)管線GIS系統(tǒng)需求冗余、開發(fā)成本高、推廣應用難度大等現(xiàn)實問題，開發(fā)出一種通用性強、功能適合、應用范圍廣泛、應用環(huán)境多樣、經(jīng)濟性能好的通用GIS平臺，對城市地下管線信息的推廣應用具有一定借鑒意義。

通用GIS平臺;地下管線;城市排水管理

一、引 言

地下管線信息作為一項重要的地理信息成果，在基層管線單位(主要是從事城市管線建設管理的一線單位)中推廣應用存在以下困難:

1)習慣上對紙質(zhì)圖紙的依賴。地下管線紙質(zhì)圖紙已經(jīng)使用多年，使用人員存在對紙質(zhì)圖紙和紙質(zhì)文本材料的嚴重依賴而忽視地下管線信息的使用。

2)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。管線單位使用的數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，看圖軟件多樣，對電子地圖的使用基本上停留在圖形化層面，沒有GIS的觀念，數(shù)據(jù)整合過程十分困難。

3)信息化人才匱乏?；鶎庸芫€單位的信息化人才嚴重缺乏，有些單位甚至沒有，使地下管線信息推廣使用存在嚴重的智力障礙。

4)資金缺乏。隨著科技的進步，專業(yè)管線系統(tǒng)開發(fā)成本隨之增長，目前，大型的商業(yè)GIS軟件和商業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件都需要昂貴的預算，再加上開發(fā)和升級維護費用，使管線單位在經(jīng)濟上無法承受。

基層管線單位需要的通用型GIS平臺具有以下需求特點。

1)數(shù)據(jù)標準化。即系統(tǒng)建設需圍繞統(tǒng)一制定的城市地下管線數(shù)據(jù)標準實施，以滿足數(shù)據(jù)共享與更新需求。

2)開發(fā)規(guī)范化。平臺建設嚴格執(zhí)行國家軟件開發(fā)規(guī)范，保證系統(tǒng)維護便捷;系統(tǒng)開發(fā)語言及程序設計思路能夠統(tǒng)一，做到將來對各管線單位系統(tǒng)實現(xiàn)“一對多”持續(xù)維護與升級服務;在滿足不同種類地下管線不同功能要求前提下，使系統(tǒng)基本模塊(如查詢、分析等)具有通用性，使其能在不同管線單位信息系統(tǒng)中使用，以提高代碼使用效率，縮短開發(fā)周期。

3)針對性強，功能齊備夠用，性能良好。保證系統(tǒng)能夠滿足地下管線單位用戶對系統(tǒng)功能的不同使用要求。同時避免與現(xiàn)有大型GIS商業(yè)平臺一樣，開發(fā)出大量多余的、額外的、對用戶而言甚至是不需要的功能，從而避免投資及工期的浪費。

4)兼顧管線單位業(yè)務特點，實現(xiàn)地下管線信息對其日常工作的支持。

5)經(jīng)濟性。一般從底層進行開發(fā)，保證自主知識產(chǎn)權的同時嚴格控制經(jīng)費預算，降低成本。

二、通用GIS平臺組成

1.設計特點

地下管線通用GIS平臺設計緊密圍繞數(shù)據(jù)應用、功能拓展及功能配置嚴格實施，主要包括以下內(nèi)容。

1)以數(shù)據(jù)建設為核心延伸應用。地下管線通用GIS平臺以專業(yè)地下管線數(shù)據(jù)庫建設為核心，以數(shù)據(jù)應用為重點。通過與城市地下管線信息管理部門合作實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與更新，并結合管線單位的工作實際，通過開發(fā)接口將系統(tǒng)功能集成到其業(yè)務辦公架構(OA)下，實現(xiàn)不同環(huán)境下(桌面和網(wǎng)絡)對地下管線信息的使用。

2)靈活的功能組件。通用型城市地下管線信息應用系統(tǒng)的功能為組件式開發(fā)，建設系統(tǒng)功能集，并針對不同模塊(如桌面GIS、網(wǎng)絡GIS)的功能需求進行組裝，以滿足不同使用功能和使用環(huán)境需要。如滿足同一個管線單位不同工作條件下的使用需要，以及不同管線單位不同使用功能需要。

3)模塊嵌入?？紤]在網(wǎng)絡環(huán)境下內(nèi)嵌桌面模塊，使管線單位技術人員能夠在野外和辦公室使用系統(tǒng)進行工作。如管線單位工作人員能夠使用同一臺涉密便攜計算機(含桌面模塊)在現(xiàn)場工作后，回到辦公室直接將其接入內(nèi)網(wǎng)節(jié)點后即能夠作為WebGIS(OA)的一個用戶進行審批、查詢和管理，從而節(jié)省硬件資源。該工作流程圖如圖1所示。

圖1 管線單位技術人員使用的便攜計算機(含桌面模塊)能夠作為其OA的工作節(jié)點

4)B/S、C/S模式靈活應用。針對不同管線單位的實際，包括軟硬件情況、技術人員多少情況等合理選擇B/S或C/S的架構方式開發(fā)網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)，并根據(jù)實際情況配置胖、瘦客戶端。如在技術人員少的單位，可以將數(shù)據(jù)量龐大的影像數(shù)據(jù)配置在C/S的客戶端以減少數(shù)據(jù)庫壓力，從而獲得最優(yōu)的系統(tǒng)應用效率。

2.設計構架

針對上述思想，通用型城市地下管線信息應用系統(tǒng)的框架設計如圖2所示，該設計架構主要圍繞城市地下管線數(shù)據(jù)庫的建設與應用、維護與更新。在數(shù)據(jù)應用基礎上，建設的通用GIS平臺包括了桌面GIS、網(wǎng)絡GIS模塊，可滿足管線單位在不同層次上的使用，并通過管線單位辦公自動化系統(tǒng)(OA)最終集成后投入其日常管理使用。

圖2 通用型城市地下管線地理信息應用系統(tǒng)設計架構

三、通用GIS平臺數(shù)據(jù)庫設計與技術要點

1.數(shù)據(jù)庫設計

(1)數(shù)據(jù)庫選擇

通用型城市地下管線信息應用平臺的數(shù)據(jù)庫使用人員相對較少，數(shù)據(jù)規(guī)模有限，一般使用SQL Server等中小型關系數(shù)據(jù)庫，所以需要開發(fā)不同數(shù)據(jù)庫之間的嚴密的接口，以實現(xiàn)管線單位數(shù)據(jù)和城市地下管線信息管理部門之間的數(shù)據(jù)轉換。

(2)不同用途的數(shù)據(jù)庫建設

1)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫:主要承擔管線單位現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源管理，并基于共享目的，嚴格按照城市地下管線信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫標準要求設計，充分考慮不同數(shù)據(jù)庫軟件(如Oracle Special與SQL Server)之間數(shù)據(jù)轉換、管線單位自身需要的字段添加等問題。

2)過程數(shù)據(jù)庫:由管線單位批件過程中使用的管線數(shù)據(jù)和相關文件組成。包括地下管線圖形化數(shù)據(jù)(如AutoCAD的DWG格式)、圖片(BMP、TIFF格式等)、文本(如Word的DOC格式)。因此，對數(shù)據(jù)的管理一般采用文件方式進行，在處理完畢之后針對成果再進行入庫管理處理。

3)歷史數(shù)據(jù)庫:記錄了管線單位在不同建設年代建設地下管線的情況，提供一定時期內(nèi)的地下管線數(shù)據(jù)回溯，以提供管線單位人員進行數(shù)據(jù)的查詢與瀏覽。

2.通用型城市地下管線信息應用系統(tǒng)技術要點

(1)地理信息標準模板與模板控制技術

不同的管線單位具有不同的應用界面，通用型地下管線信息應用系統(tǒng)通過模板建立，將地下管線信息標準及國家、行業(yè)及地方有關標準進行參數(shù)化、符號化的自定義表達并內(nèi)嵌在開發(fā)軟件中，程序運行時可動態(tài)獲得模板中一系列預定義的參數(shù)規(guī)則，并控制系統(tǒng)用戶執(zhí)行既定標準，且可以調(diào)用不同功能的開發(fā)組件模塊。模板控制技術對海量管線數(shù)據(jù)進行了強制的標準化管理。在使用同一模板的情況下，保證了不同用戶成果標準的統(tǒng)一。此外，通過模板開放，不同管線用戶不經(jīng)軟件開發(fā)即可定制模板，滿足專業(yè)化、行業(yè)化需求。如可通過模板定制技術，開發(fā)不同管線用戶單位軟件功能菜單。

(2)信息映射機制與跨平臺異構數(shù)據(jù)高質(zhì)量轉換技術

通用型地下管線信息應用系統(tǒng)的一個重要目標是和城市地下管線信息系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享，一個主要手段就是建立信息映射機制，在數(shù)據(jù)結構層面上對地理要素進行打散、拆分、過濾、重組、派生及跨層轉換等技術處理，建立城市地下管線信息管理系統(tǒng)和其他管線單位的信息應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)基本信息單元的對應關系，實現(xiàn)對象級的自由映射，實現(xiàn)該平臺與其他系統(tǒng)雙向的圖形、屬性、拓撲關系等完整信息無損轉換，以解決管線單位數(shù)據(jù)交換的問題。

四、應用實例

昆明市排水審批管理系統(tǒng)是一個典型面向用戶的地下管線信息應用系統(tǒng)。建設該系統(tǒng)的目的是為昆明市排水審批管理部門提供地下排水管線信息數(shù)據(jù)及應用功能，并為其搭建審批環(huán)境，在地下排水管線數(shù)據(jù)庫支持基礎上實現(xiàn)審批、管理、GIS數(shù)據(jù)查詢與分析等多項操作功能。

1.數(shù)據(jù)管理

昆明市排水審批管理系統(tǒng)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行管理，數(shù)據(jù)標準采用《昆明市城市地下管線數(shù)據(jù)標準》進行規(guī)范，以保證數(shù)據(jù)的獨立性和延續(xù)性，并使其不受軟件升級或平臺更換的影響。昆明市排水審批管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫除管理著地下排水管線數(shù)據(jù)，以及作為背景地圖的影像和地形數(shù)據(jù)外，還管理著通過審批的排水戶屬性信息及其空間位置信息。同時，該系統(tǒng)根據(jù)審批工作實際將數(shù)據(jù)分為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、臨時辦件庫，分別管理著不同時期的地下排水管線及相關信息。本系統(tǒng)通過開發(fā)系統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫引擎，對Access、SQL Server等關系型數(shù)據(jù)庫直接進行數(shù)據(jù)讀寫，實現(xiàn)了多元海量數(shù)據(jù)無縫存儲與管理。采用要素級增量更新方法，支持數(shù)據(jù)任意時刻歷史回溯與動態(tài)回放，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫更新流程如圖3所示。

圖3 昆明市排水審批管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新流程

2.系統(tǒng)組成

昆明市排水審批管理系統(tǒng)由兩部分組成:即圍繞審批與數(shù)據(jù)管理設計的網(wǎng)絡GIS系統(tǒng)和面向現(xiàn)場的桌面GIS系統(tǒng)(以便攜計算機和PDA為載體)。前者還集成了辦公自動化系統(tǒng)和電子地圖，但兩者都管理著與排水口審批有關的地下排水管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、批后檢查數(shù)據(jù)及審批輔助數(shù)據(jù)。使排水審批管理工作人員能夠針對于不同的作業(yè)環(huán)境開展工作。系統(tǒng)的技術架構詳如圖4所示。

圖4 昆明市排水管線審批系統(tǒng)技術架構

(1)GIS模塊(包括網(wǎng)絡與桌面GIS通用功能)

昆明市排水審批管理系統(tǒng)網(wǎng)絡GIS模塊能使管線單位技術管理人員在內(nèi)部網(wǎng)絡的不同節(jié)點(包括計算機和服務器)使用其專業(yè)地下管線數(shù)據(jù)庫，并能使不同權限的工作人員能夠通過訪問地下管線數(shù)據(jù)庫查詢到建設片區(qū)內(nèi)詳細的地下排水管線數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，以此進行與業(yè)務相關的查詢、分析與統(tǒng)計功能操作，從而實現(xiàn)對城市排水信息有效管理和應用。

桌面GIS模塊將網(wǎng)絡模塊中的GIS功能配置到筆記本電腦或PDA設備中，滿足操作人員在工作現(xiàn)場調(diào)用地下管線信息數(shù)據(jù)的需求，并能夠提供現(xiàn)場進行定位、分析、查詢與統(tǒng)計(如圖5所示)對城市排水設施進行客觀、科學的分析與評價。在通用性原則下，桌面模塊與網(wǎng)絡模塊共享GIS開發(fā)功能(如數(shù)據(jù)的調(diào)用、查詢功能等)。

圖5 PDA模塊在野外縮放地下排水管線信息

(2)辦公自動化(OA)模塊

根據(jù)管線單位業(yè)務辦公需求所開發(fā)的辦公自動化系統(tǒng)能夠集成昆明市排水審批管理系統(tǒng)網(wǎng)絡GIS模塊，使排水管理部門在業(yè)務辦公的同時調(diào)用地下排水管線數(shù)據(jù)，進行查詢、分析、統(tǒng)計及標注等操作，并支持系統(tǒng)開展公文流轉、任務下達、文件傳遞等技術工作，及時了解并監(jiān)控地下管線的建設與審批進度，能對地下管線的建設、維護、執(zhí)行規(guī)劃審批等實際情況進行客觀的分析并制定相應的決策。

在管線單位業(yè)務辦公系統(tǒng)中內(nèi)嵌地下管線WebGIS，并實現(xiàn)調(diào)用電子地圖進行操作與分析，如圖6所示。

圖6 辦公自動化模塊中調(diào)用電子地圖

五、結束語

地下管線通用GIS平臺的建設以其經(jīng)濟性、功能完善性、高效性的特點將在很大程度上推廣地下管線信息在基層管線單位的應用，從而促進城市地下管線信息化建設整體水平的提升。主要體現(xiàn)在:①推廣通用GIS平臺能夠從最大限度上整合城市地下管線數(shù)據(jù)標準，促進城市地下管線信息共享與更新;②通用GIS平臺可拆卸和自由組裝的功能模塊能夠滿足不同管線單位工作需求，做到功能重用，節(jié)省資金，從而使地下管線信息能夠在不同管線專業(yè)單位推廣應用;③通用GIS平臺在設計時充分考慮了用戶面向現(xiàn)場、面向網(wǎng)絡等不同使用環(huán)境，能夠滿足用戶在不同條件下進行本專業(yè)地下管線信息管理與維護，因此，平臺建設能夠促進城市地下管線信息共享與更新水平。

通用GIS平臺建設需要改進的地方是:①需要不斷完善功能，特別是數(shù)據(jù)庫建設與管理功能，以滿足用戶對數(shù)據(jù)使用越來越嚴格的使用要求，從而促進城市地下管線信息充分共享;②盡量拓展地下管線信息使用功能，以滿足不同用戶的不同需求。

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Underground Pipeline Universal GIS Platform Construction and Its Application in the Management of Urban Drainage

XIE Zhiqiang，DU Qingyun，GAO Zhong，WANG Guiwu，HE Wei

0494-0911(2012)08-0072-04

P208

B

2012-06-01

解智強(1973—)，男，云南羅平人，博士生，高級工程師，主要從事地下管線信息化研究工作。