基于GIS的地下管网全寿命期信息管理系统

王 震

1 概述

地下管网是城市的重要基础设施,现代城市规模巨大而复杂的地下管网系统急需运用动态管理的理念和现代信息技术进行管理。地理信息系统具有强大的空间分析等功能,在管网信息化管理中采用GIS技术是城市地下管网管理信息系统的发展方向。地下管网工程由于其建设本身的特殊性,从全寿命的角度对其进行管理显得尤为重要。国内针对地下管网全寿命期管理的研究还处于起步阶段,理论和应用都还不成熟。

2 系统目的

基于GIS的地下管网全寿命期管理系统是基于GIS技术开发的,在GIS可视化的界面中,从全寿命期管理的角度,实现将GIS应用于地下管网全寿命期的集成化动态管理。系统根据地下管网工程的特点,分别建立规划设计阶段的管网设计审核模型,施工阶段的质量、进度、投资的动态管理系统,运营阶段所需的信息查询、统计、分析决策系统,以及终结阶段的地下管网寿命报警系统等,以实现地下管网系统整个生命周期的动态、集成化管理。

3 系统总体设计

3.1 系统总体设计要点

1)贯彻全寿命期的思想,系统设计应从管网的勘察设计、施工建设、使用及管理、维护,直至最终被废弃或更新的全过程进行考虑。2)采用地理信息系统(GIS)作为系统的开发平台。地理信息系统技术是本系统设计的核心技术和实现基础。3)系统覆盖了地下管网管理的整个寿命周期,其管理目标和方法与传统单一的运营或建设管理有很大不同,功能要求也与普通的地理信息管理系统有很大差异。4)注重业主和用户需求,采用开放性的面向对象开发技术,达到人机界面友好,系统直观、操作简单、易于理解,实用性、可靠性强的目标。5)针对数据的多源性和异构性特点,制定相应的数据汇交标准和要求,设计统一的技术规范,以标准化的数据提高系统的通用性。6)利用计算机网络与通讯技术,建立多用户环境下数据输入和共享机制,提供互联网发布、远程图形下载等功能,并保证与图文办公系统有良好的衔接。7)系统采用开放式结构,具有良好的可扩展性和数据备份机制,数据可动态更新,保证系统数据的实时性、完整性和准确性。8)采用自上而下的开发模式,坚持科技创新,保证技术的先进性。但也要兼顾经济效益,以适合项目的实际情况为原则。9)树立以数据为中心的思想,建立规范化的数据加载和更新作业流程,提高作业的自动化和规范化程度,为系统提供科学、可靠的信息。10)系统应通过各项功能设计达到辅助决策的目的。

3.2 系统总体框架结构

从全寿命周期的角度,根据工程的实际特点和阶段划分,整个系统分为三个子系统:规划设计信息管理子系统、施工建设信息管理子系统、运营维护信息管理子系统,系统总体框架图见图1。

4 系统实现

4.1 数据源及系统环境

系统的数据来源有工程背景,需求数据,工程测量数据,规范标准数据,设计数据,技术文档,空间、属性数据,费用、进度数据,公文文档,变更数据等。

系统开发方式为组件式GIS的集成二次开发;利用MapX组件作为系统开发平台;空间数据处理采用MapInfo Professional;以Visual Basic 6.0为编程语言。

4.2 系统数据结构设计

由于数据格式和性质的不同,系统的数据库分为基础地理信息数据库、关系数据库、文档库和评价分析模型库。

基础地理信息数据库包括地图底图要素的数据和管线的空间数据和属性数据。空间数据表示管网的空间位置或现在所处的地理位置,表达了管网的几何定位特征;属性数据表达了与几何位置无关的属性特征。

文档库包括各种合同文件,各种标准、规范,工程中的一系列问题及处理结果,各类报表和变更情况报表的记录信息,以及投资、质量管理记录等。

系统通过关系数据库来定义及管理数据。系统通过建立新的分类编码体系,将各阶段复杂的属性和空间信息进行有效分类和管理,有效地解决了信息冗余和动态更新的问题。

评价分析模型库包括数据统计、费用、工程量计算、预测报警、设计审核、工程方案评价分析、质量评价等应用分析模型,数据结构流程图见图2。

4.3 系统功能设计

1)数据管理:主要实现空间数据和属性数据的输入、编辑以及数据转换等。2)信息查询:实现管网各项信息的查询和管线、节点的属性和信息的显示等,提供空间查询、属性条件查询、属性数据关联查询检索、复合查询等功能。3)三维可视化:生成横断面、纵剖图和管线三维图等,实现可视化管理。4)统计分析:设定条件对相关信息进行统计分析,结果以各类统计图或表格形式显示;同时还包括缓冲区分析、空间拓扑关系分析、最短路径分析等。5)图文互查:图形操作、图层管理、实现图文的相互检索。6)动态更新:实现系统数据的实时性和完整性、数据可动态更新。7)安全预警:根据各管网原始数据和维修使用周期等内容自动计算系统安全,并给予提前警告显示,以提醒及时进行维修改造,避免发生事故。8)爆管分析:根据事故发生地点及时确定事故影响范围和救护措施。9)数据输出:与图文办公系统结合,使用户不仅可将图形在打印机或绘图仪上输出,也可将图形转换为栅格图像,转存为某一格式的图像文件。10)网络发布:实现地下管网信息的互联网发布和公示功能,提供图形远程下载功能、权限管理设置等。11)数据共享:通过多用户环境下数据质量、数据版本和数据安全的控制机制,使不同的用户在相应权限内可以同时访问利用网络数据库中的信息。

4.4 系统用户界面设计

友好的用户界面是整个系统及各个模块的调度中心和人机交互的场所,它屏蔽了用户对各模块的直接操作,无需对各模块的程序结构有深入的了解,只需通过要素如菜单、对话框、复选框、文本框的操作,就可将系统处理分析过的图形、数据报表、文字报告、数字数据以用户可识别的形式按类别和区域显示出来。

本系统用户分为四方:业主方、设计方、施工方和监理方,通过对用户进行分级管理和用户权限制既可以增强系统安全性,实现系统安全保障的功能,又可以实现系统功能的针对性和阶段性。

5 结语

基于GIS建立地下管网地理信息系统,虽然已有很多成功的范例,但本系统始终将全寿命期管理的理念贯彻其中,从项目全寿命的角度进行整体系统的设计、优化和协调,从而实现建设项目全寿命期的目标,这在国内尚属首例。高新技术和现代管理制度的有机结合,是工程发展的趋势。相信随着科技的进步和管理水平的不断提升,地下管网工程管理一定会取得更大的发展。

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