基于GIS的城市軌道交通工程測量管理系統(tǒng)的實現(xiàn)研究

朱霞，馬全明

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

1 引言

隨著我國城市地鐵建設規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的軌道交通勘測企業(yè)所沿用的人工作業(yè)方式和管理模式已經(jīng)很難適應新形勢發(fā)展的需要，不僅直接影響工作效率，而且在日常生產(chǎn)管理中也暴露出管理不規(guī)范、資料存放零散、信息不暢、成本高等問題，迫切需要將新技術(shù)、新方法應用于城市軌道交通工程測量，建立一套現(xiàn)代的管理系統(tǒng)與之相配套。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)是20世紀60年代發(fā)展起來的以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對與地理相關(guān)的空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、分析、管理、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，為地理研究和決策服務而建立起來的計算機技術(shù)系統(tǒng)。GIS的主要功能是進行數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、管理和表達，通過這些功能將地理現(xiàn)象和事物的空間位置、相關(guān)屬性、分布形態(tài)、拓撲關(guān)系等在數(shù)字地圖上表現(xiàn)出來。

因此，充分利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的操作、管理、分析與顯示功能，并結(jié)合城市軌道交通工程測量專業(yè)的自身特點，研制出軌道交通工程測量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對城市軌道交通工程測量數(shù)據(jù)的有效組織與管理;實現(xiàn)測量產(chǎn)品生產(chǎn)、傳遞過程的自動化;實現(xiàn)測量生產(chǎn)信息的可視化查詢及統(tǒng)計分析，這對于提高城市軌道交通工程測量管理的效率與測量成果質(zhì)量，縮短測量產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提升行業(yè)信息化水平均具有積極意義。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)總體框架

城市軌道交通工程測量信息管理系統(tǒng)是以計算機網(wǎng)絡為載體的可交互式、可視化共享平臺，以Web GIS為技術(shù)支撐，以城市遙感影像、城市軌道交通工程測量數(shù)據(jù)、軌道交通規(guī)劃與設計數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)等為空間信息和屬性信息數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)集地形、管線、軌道交通為一體的空間可視化信息系統(tǒng)。系統(tǒng)分為標準的三層體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)層、中間層和應用層，并在這三層的基礎上進行設計和開發(fā)。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

其中，數(shù)據(jù)層采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)城市軌道交通工程測量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效存儲和管理;中間層通過空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的訪問，基于GIS服務引擎實現(xiàn)GIS業(yè)務功能，基于安全認證服務保證系統(tǒng)的安全和用戶信息的安全;應用層在數(shù)據(jù)層和中間層的基礎上，實現(xiàn)系統(tǒng)的各類具體應用功能。

2.2 設計思路和技術(shù)路線

系統(tǒng)開發(fā)采用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)技術(shù)，開發(fā)語言是Asp.Net、C#，系統(tǒng)以GIS應用軟件ArcMap 9.3和ArcGIS Server 9.3作為圖形支撐平臺和二次開發(fā)平臺，以Visual Studio 2008為可視化開發(fā)環(huán)境，通過GIS控件ArcObjects進行軟件的設計和開發(fā)。

系統(tǒng)采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，并以空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE作為中間件連接GIS應用程序和關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，建立空間數(shù)據(jù)庫模型，從而將城市軌道交通測量基礎資料中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲，實現(xiàn)城市軌道交通工程測量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效存儲和管理。

2.3 系統(tǒng)模塊劃分

本系統(tǒng)設計為C/S和B/S兩個子系統(tǒng)，其中C/S子系統(tǒng)定位為系統(tǒng)的后臺維護管理系統(tǒng)，主要負責數(shù)據(jù)的處理、維護功能，主要用戶為系統(tǒng)管理員和系統(tǒng)維護人員。B/S子系統(tǒng)為主系統(tǒng)，定位為系統(tǒng)的前臺應用系統(tǒng)，面向系統(tǒng)的所有用戶，是系統(tǒng)的主要工作平臺。C/S、B/S功能模塊結(jié)構(gòu)圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 C/S子系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

圖3 B/S子系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

C/S子系統(tǒng)中包括角色管理、用戶管理、圖層數(shù)據(jù)導入、圖層權(quán)限定義、地圖基本功能、圖層數(shù)據(jù)編輯、圖層數(shù)據(jù)導出7大模塊。

B/S子系統(tǒng)中包括生產(chǎn)流程自動化、GIS基本功能、空間查詢與分析、測量信息查詢、導入導出、系統(tǒng)管理6大模塊。

3 數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)建設所需軌道交通工程測量數(shù)據(jù)主要有基礎地形圖、軌道交通線網(wǎng)圖、軌道交通測量數(shù)據(jù)、沿線管線圖、遙感圖等空間數(shù)據(jù)以及其他與軌道交通有關(guān)的報告、標書、合同等圖形、文檔資料，另有軌道交通設計、勘察、施工等相關(guān)資料。這些大量種類繁多、類型各異、兼有空間及非空間屬性信息的城市軌道交通工程測量基礎資料，必須借助于GIS強大的空間數(shù)據(jù)管理功能，構(gòu)建軌道交通工程測量信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲。通過對城市軌道交通工程測量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行詳細設計，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分為基礎地理信息數(shù)據(jù)庫、測量專題信息數(shù)據(jù)庫、管理信息數(shù)據(jù)庫和文件附件庫4大類。數(shù)據(jù)庫總體結(jié)構(gòu)如表1所示。

軌道交通工程測量信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 表1

本系統(tǒng)將北京市地形圖作為系統(tǒng)設計的背景地圖，測量實測成果如各類控制點、地鐵線路等作為動態(tài)發(fā)布的圖層。通過CAD格式數(shù)據(jù)的GIS入庫技術(shù)，進行了CAD格式和GIS格式之間的轉(zhuǎn)換，并對反映地形的實體數(shù)據(jù)按點、線、面類型進行了分層處理存儲于空間數(shù)據(jù)庫中。

4 主要模塊的功能設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)的主要工作平臺是B/S子系統(tǒng)，其中，測量生產(chǎn)流程管理、測量信息查詢?yōu)橄到y(tǒng)最核心的兩大功能模塊。

4.1 測量生產(chǎn)流程管理模塊

在測量生產(chǎn)流程管理模塊中，系統(tǒng)結(jié)合測量產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，設計了任務啟動、方案制訂與審核、生產(chǎn)組織、成果審核、成果發(fā)布與信息反饋5個模塊，用戶在從一個節(jié)點進入下一個節(jié)點的操作過程中，實現(xiàn)了測量產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化和測量數(shù)據(jù)、信息傳遞的自動化。

(1)任務啟動

測量主管生產(chǎn)經(jīng)理在收到業(yè)主下達的委托測量通知后，依據(jù)任務緩急程度接收及處理任務。處理任務時，將工程任務進行分類，并下達任務書給指定工程主持人，如圖4所示。

圖4 新建任務書界面

(2)綱要制定與審核

工程主持人接收經(jīng)理下達的任務列表，根據(jù)緩急程度進行資料收集、外業(yè)踏勘等工作，并填報及依次上傳勘測綱要至主任工程師、專業(yè)總工審核。

如需要修改，則附加修改意見后返回至主持人修改后再審;如不需要修改，則附加審閱評論或?qū)嵤┙ㄗh后自動向工程主持人下達合格通知，如圖5所示。

圖5 主任工審核綱要界面

(3)成果審核

工程主持人編制好成果報告后，依次發(fā)送給審核人—主任工程師—專業(yè)總工—質(zhì)量評定工程師—總工程師—院長審核，各審核人可根據(jù)報告存在問題的嚴重程度，決定是返回主持人進行改后重審還是經(jīng)電子簽名后傳給下一流程進行審核。

(4)成果發(fā)布與信息反饋

主持人接收到合格通知后，進行最后檢查，如無遺漏和錯誤，則進行成果發(fā)布(上傳至委托單位及施工單位)，同時，通知檔案管理員進行成果歸檔、打印、蓋章、以進行現(xiàn)場交接。

4.2 測量信息查詢模塊

此模塊為B/S子系統(tǒng)的核心功能模塊，用于實現(xiàn)用戶需要的各種多樣化查詢功能，包括合同標書查詢、工程信息查詢、控制點查詢、工程進度查詢、已完成基標查詢、隧道貫通精度查詢等模塊。

(1)工程信息查詢

用戶通過選擇城市及線路，定位到具體的數(shù)據(jù)庫，然后通過選擇搜索工具條中的下拉列表項，構(gòu)成組合查詢條件，啟動搜索按鈕，查詢滿足給定條件的測量工程，在網(wǎng)頁中顯示所有滿足條件的測量工程。如圖6所示。

圖6 工程信息查詢界面

(2)控制點查詢

用戶通過滿足給定條件查詢地鐵測量所需要的各級測量控制點，包括城市等級控制點、地鐵測量首級網(wǎng)控制點、地鐵測量各級導線點。

(3)工程進度查詢

用戶通過選擇單個測量工程后，即可查詢本工程計劃形象進度與實際形象進度的對比情況，并可同時看到各階段較詳細的實施情況說明信息。

5 結(jié)語

本文對主要針對城市軌道交通工程測量管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)中的幾個關(guān)鍵性問題進行了研究與探討。目前系統(tǒng)已研制完成并在生產(chǎn)實踐中得到應用，實現(xiàn)了對軌道交通工程測量數(shù)據(jù)的有效組織與管理;實現(xiàn)了測量產(chǎn)品生產(chǎn)、傳遞過程的自動化;實現(xiàn)測量生產(chǎn)信息的可視化查詢及統(tǒng)計分析。經(jīng)過一段時間的運行使用，系統(tǒng)很大程度上提高了軌道交通工程測量生產(chǎn)的作業(yè)效率、規(guī)范了作業(yè)流程、提高了測量成果的管理和應用水平，可以向北京乃至全國軌道交通線網(wǎng)城市大力推廣使用。通過此系統(tǒng)的設計和研發(fā)，希望為今后GIS技術(shù)在軌道交通規(guī)劃、設計、勘測、施工整個階段的應用提供參考和經(jīng)驗借鑒。

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