地下管线通用GIS平台建设及其在城市排水管理中的应用研究

2012-11-14解智强杜清运王贵武

测绘通报 2012年8期

关键词：昆明市管线数据库

解智强，杜清运，高忠，王贵武，何伟

(1.武汉大学资源环境科学学院，湖北武汉430070;2.昆明市城市地下管线探测管理办公室，云南昆明650051;3.昆明市城市排水管理处，云南昆明650051)

地下管线通用GIS平台建设及其在城市排水管理中的应用研究

解智强1，2，杜清运1，高忠2，王贵武2，何伟3

(1.武汉大学资源环境科学学院，湖北武汉430070;2.昆明市城市地下管线探测管理办公室，云南昆明650051;3.昆明市城市排水管理处，云南昆明650051)

针对城市地下管线信息成果的推广应用中普遍存在的专业管线GIS系统需求冗余、开发成本高、推广应用难度大等现实问题，开发出一种通用性强、功能适合、应用范围广泛、应用环境多样、经济性能好的通用GIS平台，对城市地下管线信息的推广应用具有一定借鉴意义。

通用GIS平台;地下管线;城市排水管理

一、引言

地下管线信息作为一项重要的地理信息成果，在基层管线单位(主要是从事城市管线建设管理的一线单位)中推广应用存在以下困难:

1)习惯上对纸质图纸的依赖。地下管线纸质图纸已经使用多年，使用人员存在对纸质图纸和纸质文本材料的严重依赖而忽视地下管线信息的使用。

2)数据格式不统一。管线单位使用的数据格式不统一，看图软件多样，对电子地图的使用基本上停留在图形化层面，没有GIS的观念，数据整合过程十分困难。

3)信息化人才匮乏。基层管线单位的信息化人才严重缺乏，有些单位甚至没有，使地下管线信息推广使用存在严重的智力障碍。

4)资金缺乏。随着科技的进步，专业管线系统开发成本随之增长，目前，大型的商业GIS软件和商业数据库软件都需要昂贵的预算，再加上开发和升级维护费用，使管线单位在经济上无法承受。

基层管线单位需要的通用型GIS平台具有以下需求特点。

1)数据标准化。即系统建设需围绕统一制定的城市地下管线数据标准实施，以满足数据共享与更新需求。

2)开发规范化。平台建设严格执行国家软件开发规范，保证系统维护便捷;系统开发语言及程序设计思路能够统一，做到将来对各管线单位系统实现“一对多”持续维护与升级服务;在满足不同种类地下管线不同功能要求前提下，使系统基本模块(如查询、分析等)具有通用性，使其能在不同管线单位信息系统中使用，以提高代码使用效率，缩短开发周期。

3)针对性强，功能齐备够用，性能良好。保证系统能够满足地下管线单位用户对系统功能的不同使用要求。同时避免与现有大型GIS商业平台一样，开发出大量多余的、额外的、对用户而言甚至是不需要的功能，从而避免投资及工期的浪费。

4)兼顾管线单位业务特点，实现地下管线信息对其日常工作的支持。

5)经济性。一般从底层进行开发，保证自主知识产权的同时严格控制经费预算，降低成本。

二、通用GIS平台组成

1.设计特点

地下管线通用GIS平台设计紧密围绕数据应用、功能拓展及功能配置严格实施，主要包括以下内容。

1)以数据建设为核心延伸应用。地下管线通用GIS平台以专业地下管线数据库建设为核心，以数据应用为重点。通过与城市地下管线信息管理部门合作实现数据共享与更新，并结合管线单位的工作实际，通过开发接口将系统功能集成到其业务办公架构(OA)下，实现不同环境下(桌面和网络)对地下管线信息的使用。

2)灵活的功能组件。通用型城市地下管线信息应用系统的功能为组件式开发，建设系统功能集，并针对不同模块(如桌面GIS、网络GIS)的功能需求进行组装，以满足不同使用功能和使用环境需要。如满足同一个管线单位不同工作条件下的使用需要，以及不同管线单位不同使用功能需要。

3)模块嵌入。考虑在网络环境下内嵌桌面模块，使管线单位技术人员能够在野外和办公室使用系统进行工作。如管线单位工作人员能够使用同一台涉密便携计算机(含桌面模块)在现场工作后，回到办公室直接将其接入内网节点后即能够作为WebGIS(OA)的一个用户进行审批、查询和管理，从而节省硬件资源。该工作流程图如图1所示。

图1 管线单位技术人员使用的便携计算机(含桌面模块)能够作为其OA的工作节点

4)B/S、C/S模式灵活应用。针对不同管线单位的实际，包括软硬件情况、技术人员多少情况等合理选择B/S或C/S的架构方式开发网络地理信息系统，并根据实际情况配置胖、瘦客户端。如在技术人员少的单位，可以将数据量庞大的影像数据配置在C/S的客户端以减少数据库压力，从而获得最优的系统应用效率。

2.设计构架

针对上述思想，通用型城市地下管线信息应用系统的框架设计如图2所示，该设计架构主要围绕城市地下管线数据库的建设与应用、维护与更新。在数据应用基础上，建设的通用GIS平台包括了桌面GIS、网络GIS模块，可满足管线单位在不同层次上的使用，并通过管线单位办公自动化系统(OA)最终集成后投入其日常管理使用。

图2 通用型城市地下管线地理信息应用系统设计架构

三、通用GIS平台数据库设计与技术要点

1.数据库设计

(1)数据库选择

通用型城市地下管线信息应用平台的数据库使用人员相对较少，数据规模有限，一般使用SQL Server等中小型关系数据库，所以需要开发不同数据库之间的严密的接口，以实现管线单位数据和城市地下管线信息管理部门之间的数据转换。

(2)不同用途的数据库建设

1)现状数据库:主要承担管线单位现有数据资源管理，并基于共享目的，严格按照城市地下管线信息管理系统数据库标准要求设计，充分考虑不同数据库软件(如Oracle Special与SQL Server)之间数据转换、管线单位自身需要的字段添加等问题。

2)过程数据库:由管线单位批件过程中使用的管线数据和相关文件组成。包括地下管线图形化数据(如AutoCAD的DWG格式)、图片(BMP、TIFF格式等)、文本(如Word的DOC格式)。因此，对数据的管理一般采用文件方式进行，在处理完毕之后针对成果再进行入库管理处理。

3)历史数据库:记录了管线单位在不同建设年代建设地下管线的情况，提供一定时期内的地下管线数据回溯，以提供管线单位人员进行数据的查询与浏览。

2.通用型城市地下管线信息应用系统技术要点

(1)地理信息标准模板与模板控制技术

不同的管线单位具有不同的应用界面，通用型地下管线信息应用系统通过模板建立，将地下管线信息标准及国家、行业及地方有关标准进行参数化、符号化的自定义表达并内嵌在开发软件中，程序运行时可动态获得模板中一系列预定义的参数规则，并控制系统用户执行既定标准，且可以调用不同功能的开发组件模块。模板控制技术对海量管线数据进行了强制的标准化管理。在使用同一模板的情况下，保证了不同用户成果标准的统一。此外，通过模板开放，不同管线用户不经软件开发即可定制模板，满足专业化、行业化需求。如可通过模板定制技术，开发不同管线用户单位软件功能菜单。

(2)信息映射机制与跨平台异构数据高质量转换技术

通用型地下管线信息应用系统的一个重要目标是和城市地下管线信息系统实现数据交换与共享，一个主要手段就是建立信息映射机制，在数据结构层面上对地理要素进行打散、拆分、过滤、重组、派生及跨层转换等技术处理，建立城市地下管线信息管理系统和其他管线单位的信息应用系统数据基本信息单元的对应关系，实现对象级的自由映射，实现该平台与其他系统双向的图形、属性、拓扑关系等完整信息无损转换，以解决管线单位数据交换的问题。

四、应用实例

昆明市排水审批管理系统是一个典型面向用户的地下管线信息应用系统。建设该系统的目的是为昆明市排水审批管理部门提供地下排水管线信息数据及应用功能，并为其搭建审批环境，在地下排水管线数据库支持基础上实现审批、管理、GIS数据查询与分析等多项操作功能。

1.数据管理

昆明市排水审批管理系统使用SQL Server数据库对数据进行管理，数据标准采用《昆明市城市地下管线数据标准》进行规范，以保证数据的独立性和延续性，并使其不受软件升级或平台更换的影响。昆明市排水审批管理系统数据库除管理着地下排水管线数据，以及作为背景地图的影像和地形数据外，还管理着通过审批的排水户属性信息及其空间位置信息。同时，该系统根据审批工作实际将数据分为现状数据库、历史数据库、临时办件库，分别管理着不同时期的地下排水管线及相关信息。本系统通过开发系统的关系数据库引擎，对Access、SQL Server等关系型数据库直接进行数据读写，实现了多元海量数据无缝存储与管理。采用要素级增量更新方法，支持数据任意时刻历史回溯与动态回放，系统数据库更新流程如图3所示。

图3 昆明市排水审批管理系统数据更新流程

2.系统组成

昆明市排水审批管理系统由两部分组成:即围绕审批与数据管理设计的网络GIS系统和面向现场的桌面GIS系统(以便携计算机和PDA为载体)。前者还集成了办公自动化系统和电子地图，但两者都管理着与排水口审批有关的地下排水管线现状数据、规划数据、批后检查数据及审批辅助数据。使排水审批管理工作人员能够针对于不同的作业环境开展工作。系统的技术架构详如图4所示。

图4 昆明市排水管线审批系统技术架构

(1)GIS模块(包括网络与桌面GIS通用功能)

昆明市排水审批管理系统网络GIS模块能使管线单位技术管理人员在内部网络的不同节点(包括计算机和服务器)使用其专业地下管线数据库，并能使不同权限的工作人员能够通过访问地下管线数据库查询到建设片区内详细的地下排水管线数据和地形数据，以此进行与业务相关的查询、分析与统计功能操作，从而实现对城市排水信息有效管理和应用。

桌面GIS模块将网络模块中的GIS功能配置到笔记本电脑或PDA设备中，满足操作人员在工作现场调用地下管线信息数据的需求，并能够提供现场进行定位、分析、查询与统计(如图5所示)对城市排水设施进行客观、科学的分析与评价。在通用性原则下，桌面模块与网络模块共享GIS开发功能(如数据的调用、查询功能等)。

图5 PDA模块在野外缩放地下排水管线信息

(2)办公自动化(OA)模块

根据管线单位业务办公需求所开发的办公自动化系统能够集成昆明市排水审批管理系统网络GIS模块，使排水管理部门在业务办公的同时调用地下排水管线数据，进行查询、分析、统计及标注等操作，并支持系统开展公文流转、任务下达、文件传递等技术工作，及时了解并监控地下管线的建设与审批进度，能对地下管线的建设、维护、执行规划审批等实际情况进行客观的分析并制定相应的决策。

在管线单位业务办公系统中内嵌地下管线WebGIS，并实现调用电子地图进行操作与分析，如图6所示。

图6 办公自动化模块中调用电子地图

五、结束语

地下管线通用GIS平台的建设以其经济性、功能完善性、高效性的特点将在很大程度上推广地下管线信息在基层管线单位的应用，从而促进城市地下管线信息化建设整体水平的提升。主要体现在:①推广通用GIS平台能够从最大限度上整合城市地下管线数据标准，促进城市地下管线信息共享与更新;②通用GIS平台可拆卸和自由组装的功能模块能够满足不同管线单位工作需求，做到功能重用，节省资金，从而使地下管线信息能够在不同管线专业单位推广应用;③通用GIS平台在设计时充分考虑了用户面向现场、面向网络等不同使用环境，能够满足用户在不同条件下进行本专业地下管线信息管理与维护，因此，平台建设能够促进城市地下管线信息共享与更新水平。

通用GIS平台建设需要改进的地方是:①需要不断完善功能，特别是数据库建设与管理功能，以满足用户对数据使用越来越严格的使用要求，从而促进城市地下管线信息充分共享;②尽量拓展地下管线信息使用功能，以满足不同用户的不同需求。

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