同煤集團供水管線地理信息系統(tǒng)初步設計

付茂全

1 設計背景及意義

大同煤礦集團公司地跨大同、朔州、忻州三市，39 個縣、區(qū)，擁有煤田面積6 157 km2，47 對礦井，70 萬職工家屬，已形成以煤炭為主，電力、化工、冶金、機械制造等多業(yè)并舉的特大型綜合能源集團。

隨著集團公司的不斷發(fā)展，在礦區(qū)、廠區(qū)和生活區(qū)供水管線的規(guī)劃、設計、施工和管理工作中，如果沒有完整準確的城市供水管線及設施的信息系統(tǒng)，科學管理、高效辦公就無從談起。在當今社會，企業(yè)信息化已成為其發(fā)展的必然趨勢，而數(shù)字化又是信息化的基礎。伴隨信息技術和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，企業(yè)供水管線信息化建設在企業(yè)發(fā)展建設中尤為重要。

從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，筆者認識到必須采用網(wǎng)絡技術、地理信息系統(tǒng)技術GIS 和數(shù)據(jù)庫技術，建立一套集供水管線地理信息及相關設施資料的輸入、編輯、分析、輸出、管理于一體的供水管線及設施管理系統(tǒng)，為供水管線及設施的日常規(guī)劃、設計施工、統(tǒng)計分析、發(fā)展預測提供可靠的科學依據(jù)，從而徹底改變傳統(tǒng)的供水管線及設施管理模式。

供水管線的信息化管理系統(tǒng)應利用GIS 技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術，對各區(qū)供水管線及設施以數(shù)字的形式獲取和存儲，對其進行查詢統(tǒng)計、編輯、輸出、更新等管理，為企業(yè)建設與發(fā)展提供準確的設施基礎資料。

該系統(tǒng)需將基礎地形數(shù)據(jù)和供水管線及設施數(shù)據(jù)管理于一體，是礦區(qū)供水管線信息化建設的重要基礎工作之一。該系統(tǒng)的建立不僅能提高供水管線規(guī)劃管理的現(xiàn)代化水平，也將為各區(qū)其他部門提供基礎、及時和準確的供水空間地理信息，滿足各類基于空間地理信息的應用需求。

2 設計總體目標及重點

根據(jù)同煤集團對城市供水管線及設施管理的需求以及信息化、數(shù)字化發(fā)展的趨勢，同煤集團供水管線地理信息系統(tǒng)建設的總體目標應包含以下幾方面：

（1）建立同煤集團供水管線GIS 系統(tǒng)。該系統(tǒng)應匯集各類供水管線、設施和基礎地形等綜合信息，實現(xiàn)信息共享，并提供和其他系統(tǒng)的接口。

（2）建立同煤集團供水管線以及相關設施數(shù)據(jù)庫及基礎地形數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各類信息的數(shù)字化存儲。

（3）實現(xiàn)用戶及權限管理應包含數(shù)據(jù)輸入、保存、編輯、分析、修改、輸出及屬性查詢等功能。

同煤集團供水管線地理信息系統(tǒng)的建立本身是一個系統(tǒng)工程，所以系統(tǒng)組織是其中的重點。GIS 技術可以有效地管理具有空間屬性的各種資源環(huán)境信息，可以對空間數(shù)據(jù)進行采集、處理、存儲、組織、分析。數(shù)據(jù)的組織是關系系統(tǒng)成敗的關鍵，已有數(shù)據(jù)的內(nèi)容和質(zhì)量，以及使數(shù)據(jù)按同煤集團管線信息的變化而及時調(diào)整是所建立的GIS 系統(tǒng)需要解決的首要問題。管線系統(tǒng)的研發(fā)要對同煤集團的運行機制、信息流程、現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎進行詳細研究，認真設計方案。相關數(shù)據(jù)的采集和更新，以及信息共享方面的管理和協(xié)調(diào)在建立系統(tǒng)時要給予足夠的重視。由于地理資料需要其他部門提供，所以需要上級領導給予協(xié)調(diào)和統(tǒng)一調(diào)度。GIS 的核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞決定建立系統(tǒng)的成敗。建庫應包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和外部調(diào)用數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設計應要求系統(tǒng)內(nèi)的各類數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的標準，同時分類編碼，采取嚴格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制辦法。系統(tǒng)的開發(fā)會涉及許多標準化問題，如地理信息編碼、數(shù)據(jù)交換格式、基礎數(shù)據(jù)庫結構和圖形定制都有許多標準化問題，建立必要的規(guī)范和標準有利于數(shù)據(jù)的采集、調(diào)整、共享。同煤集團供水管線系統(tǒng)運行周期較長，因此需要一個保證其數(shù)據(jù)能及時更新、系統(tǒng)完善和改進的中長期預算。同時，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息量大、數(shù)據(jù)類型多，管線與管點之間又有復雜的拓撲關系，因此要合理設計數(shù)據(jù)結構，充分重視系統(tǒng)分析和數(shù)據(jù)庫設計，以保證同煤集團供水管線系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。

3 系統(tǒng)機構

在對同煤集團已有的管線資料分析的基礎上，建議系統(tǒng)的總體框架采用分層結構方案（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)邏輯框架

圖1 可以分為5 個層次：

（1）表層，包括個人工作平臺；

（2）邏輯層，包括用戶認證訪問控制、授權以及業(yè)務管理系統(tǒng)，還應包括可能擴展的其他應用系統(tǒng)；

（3）中間層，包括數(shù)據(jù)訪問、運行引擎和二次開發(fā)接口等；

（4）數(shù)據(jù)層，包括元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、管線專題數(shù)據(jù)庫等；

（5）系統(tǒng)層，包括網(wǎng)絡硬件平臺和操作系統(tǒng)。

“五層結構”是在傳統(tǒng)兩層結構基礎上發(fā)展而來的，其優(yōu)勢可以實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)處理。在幾個機器上同時運行一個應用程序，通過冗余配置還可以保證不會因為局部故障導致整個應用程序崩潰；在一個共享的中間層封裝了業(yè)務邏輯，不同客戶端應用程序可以共享同一個中間層，而不必由每個客戶端應用程序單獨實現(xiàn)業(yè)務邏輯；同時有利于系統(tǒng)安全。將敏感數(shù)據(jù)功能部分封裝在中間層，并授予不同訪問權限，可以保證對數(shù)據(jù)的訪問限制。

在系統(tǒng)的應用結構設計上，可以采用基于GIS 的結構設計方案，C/S+B/S 的結構體系。C/S 結構具有良好的人/機交互能力，對圖形數(shù)據(jù)具有很強的處理和編輯能力，對于空間數(shù)據(jù)的存取效率高，方便用戶開展管理工作。B/S 結構下的主要命令執(zhí)行、數(shù)據(jù)計算都在服務器上完成，而且應用程序也安裝在服務器，客戶機幾乎是零安裝零維護，大大減輕了系統(tǒng)管理員的工作量，而且這種方式對客戶端的用戶數(shù)沒有限制。同時，所有日常辦公操作可通過瀏覽器完成。

C/S+B/S 模式開發(fā)信息管理系統(tǒng)可以采用多級分布式開發(fā)方式、3 層結構，表層、邏輯層、數(shù)據(jù)層相互獨立，最終用戶不直接與數(shù)據(jù)庫發(fā)生關系，不需要了解所訪問數(shù)據(jù)庫的技術細節(jié)，而把著眼點放在所要瀏覽的數(shù)據(jù)結果上，系統(tǒng)使用工作人員更容易提出對系統(tǒng)的要求并參與設計。表層頁面設計格式統(tǒng)一，數(shù)據(jù)層處理方法一致，重點在于按各項業(yè)務邏輯設計各種程序功能，每個頁面就是一個獨立程序模塊，邏輯清晰，能明顯提高軟件開發(fā)的效率，大大減輕復雜技術開發(fā)和后期維護的壓力。

4 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的選擇，根據(jù)項目的實際情況，我們選用Microsoft 公司的Windows Server 2012 版本。該操作系統(tǒng)功能強大，性能穩(wěn)定，支持的硬件種類多，易于使用和維護。

網(wǎng)絡安全管理體系在結構上主要考慮安全對象和安全機制。安全對象主要包括網(wǎng)絡安全、系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫安全、信息安全、信息介質(zhì)安全、設備安全、和電腦病毒防治等。

通過合理的網(wǎng)絡方案設計，使該骨干網(wǎng)絡實現(xiàn)物理鏈路與物理設備的備份，應用動態(tài)路由協(xié)議，做到網(wǎng)絡層次的自動備份。為避免出現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換或者是業(yè)務模塊的單點故障，在特殊的網(wǎng)絡節(jié)點以及一些網(wǎng)絡業(yè)務模塊，采用雙機熱備份的設置。網(wǎng)絡的結構整體管理應配備網(wǎng)絡架構管理軟件，及時解決網(wǎng)絡配置不當、硬件故障、病毒攻擊等情況。規(guī)范管理主機操作系統(tǒng)的安裝配置，并建立可靠的系統(tǒng)漏洞自動修補機制，建立合理可靠的權限機制，加強數(shù)據(jù)訪問的認證和審核工作。建立可集中控制的網(wǎng)絡主機管理體系，即時解決各類主機問題。

5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)建成后，必須建立相應的行政管理制度才能保障系統(tǒng)的正常運行。基礎管網(wǎng)信息經(jīng)過集中探測可以建庫，但管網(wǎng)建設卻在持續(xù)發(fā)展，要想使數(shù)據(jù)保持最新狀態(tài)，必須建立管線數(shù)據(jù)的動態(tài)更新機制，但GIS 系統(tǒng)更新需要多種技術和方法。我們必須根據(jù)現(xiàn)實情況，明確工作人員、職能，在外業(yè)單位實施管線探測的過程中跟蹤掌握管線的基礎建庫技術，確定流程方法，建立合理的數(shù)據(jù)更新機制，最終保證管線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。