同煤集团供水管线地理信息系统初步设计

付茂全

1 设计背景及意义

大同煤矿集团公司地跨大同、朔州、忻州三市，39 个县、区，拥有煤田面积6 157 km2，47 对矿井，70 万职工家属，已形成以煤炭为主，电力、化工、冶金、机械制造等多业并举的特大型综合能源集团。

随着集团公司的不断发展，在矿区、厂区和生活区供水管线的规划、设计、施工和管理工作中，如果没有完整准确的城市供水管线及设施的信息系统，科学管理、高效办公就无从谈起。在当今社会，企业信息化已成为其发展的必然趋势，而数字化又是信息化的基础。伴随信息技术和社会经济的高速发展，企业供水管线信息化建设在企业发展建设中尤为重要。

从可持续发展的角度考虑，笔者认识到必须采用网络技术、地理信息系统技术GIS 和数据库技术，建立一套集供水管线地理信息及相关设施资料的输入、编辑、分析、输出、管理于一体的供水管线及设施管理系统，为供水管线及设施的日常规划、设计施工、统计分析、发展预测提供可靠的科学依据，从而彻底改变传统的供水管线及设施管理模式。

供水管线的信息化管理系统应利用GIS 技术、计算机技术、网络技术、数据库技术，对各区供水管线及设施以数字的形式获取和存储，对其进行查询统计、编辑、输出、更新等管理，为企业建设与发展提供准确的设施基础资料。

该系统需将基础地形数据和供水管线及设施数据管理于一体，是矿区供水管线信息化建设的重要基础工作之一。该系统的建立不仅能提高供水管线规划管理的现代化水平，也将为各区其他部门提供基础、及时和准确的供水空间地理信息，满足各类基于空间地理信息的应用需求。

2 设计总体目标及重点

根据同煤集团对城市供水管线及设施管理的需求以及信息化、数字化发展的趋势，同煤集团供水管线地理信息系统建设的总体目标应包含以下几方面：

（1）建立同煤集团供水管线GIS 系统。该系统应汇集各类供水管线、设施和基础地形等综合信息，实现信息共享，并提供和其他系统的接口。

（2）建立同煤集团供水管线以及相关设施数据库及基础地形数据库，实现各类信息的数字化存储。

（3）实现用户及权限管理应包含数据输入、保存、编辑、分析、修改、输出及属性查询等功能。

同煤集团供水管线地理信息系统的建立本身是一个系统工程，所以系统组织是其中的重点。GIS 技术可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，可以对空间数据进行采集、处理、存储、组织、分析。数据的组织是关系系统成败的关键，已有数据的内容和质量，以及使数据按同煤集团管线信息的变化而及时调整是所建立的GIS 系统需要解决的首要问题。管线系统的研发要对同煤集团的运行机制、信息流程、现有数据基础进行详细研究，认真设计方案。相关数据的采集和更新，以及信息共享方面的管理和协调在建立系统时要给予足够的重视。由于地理资料需要其他部门提供，所以需要上级领导给予协调和统一调度。GIS 的核心内容是数据，数据质量的好坏决定建立系统的成败。建库应包括系统数据库和外部调用数据库。数据库设计应要求系统内的各类数据有统一的标准，同时分类编码，采取严格的数据质量控制办法。系统的开发会涉及许多标准化问题，如地理信息编码、数据交换格式、基础数据库结构和图形定制都有许多标准化问题，建立必要的规范和标准有利于数据的采集、调整、共享。同煤集团供水管线系统运行周期较长，因此需要一个保证其数据能及时更新、系统完善和改进的中长期预算。同时，该系统数据信息量大、数据类型多，管线与管点之间又有复杂的拓扑关系，因此要合理设计数据结构，充分重视系统分析和数据库设计，以保证同煤集团供水管线系统高效稳定运行。

3 系统机构

在对同煤集团已有的管线资料分析的基础上，建议系统的总体框架采用分层结构方案（见图1）。

图1 系统逻辑框架

图1 可以分为5 个层次：

（1）表层，包括个人工作平台；

（2）逻辑层，包括用户认证访问控制、授权以及业务管理系统，还应包括可能扩展的其他应用系统；

（3）中间层，包括数据访问、运行引擎和二次开发接口等；

（4）数据层，包括元数据数据库、空间数据库、管线专题数据库等；

（5）系统层，包括网络硬件平台和操作系统。

“五层结构”是在传统两层结构基础上发展而来的，其优势可以实现分布式数据处理。在几个机器上同时运行一个应用程序，通过冗余配置还可以保证不会因为局部故障导致整个应用程序崩溃；在一个共享的中间层封装了业务逻辑，不同客户端应用程序可以共享同一个中间层，而不必由每个客户端应用程序单独实现业务逻辑；同时有利于系统安全。将敏感数据功能部分封装在中间层，并授予不同访问权限，可以保证对数据的访问限制。

在系统的应用结构设计上，可以采用基于GIS 的结构设计方案，C/S+B/S 的结构体系。C/S 结构具有良好的人/机交互能力，对图形数据具有很强的处理和编辑能力，对于空间数据的存取效率高，方便用户开展管理工作。B/S 结构下的主要命令执行、数据计算都在服务器上完成，而且应用程序也安装在服务器，客户机几乎是零安装零维护，大大减轻了系统管理员的工作量，而且这种方式对客户端的用户数没有限制。同时，所有日常办公操作可通过浏览器完成。

C/S+B/S 模式开发信息管理系统可以采用多级分布式开发方式、3 层结构，表层、逻辑层、数据层相互独立，最终用户不直接与数据库发生关系，不需要了解所访问数据库的技术细节，而把着眼点放在所要浏览的数据结果上，系统使用工作人员更容易提出对系统的要求并参与设计。表层页面设计格式统一，数据层处理方法一致，重点在于按各项业务逻辑设计各种程序功能，每个页面就是一个独立程序模块，逻辑清晰，能明显提高软件开发的效率，大大减轻复杂技术开发和后期维护的压力。

4 网络操作系统

网络操作系统的选择，根据项目的实际情况，我们选用Microsoft 公司的Windows Server 2012 版本。该操作系统功能强大，性能稳定，支持的硬件种类多，易于使用和维护。

网络安全管理体系在结构上主要考虑安全对象和安全机制。安全对象主要包括网络安全、系统安全、数据库安全、信息安全、信息介质安全、设备安全、和电脑病毒防治等。

通过合理的网络方案设计，使该骨干网络实现物理链路与物理设备的备份，应用动态路由协议，做到网络层次的自动备份。为避免出现网络数据交换或者是业务模块的单点故障，在特殊的网络节点以及一些网络业务模块，采用双机热备份的设置。网络的结构整体管理应配备网络架构管理软件，及时解决网络配置不当、硬件故障、病毒攻击等情况。规范管理主机操作系统的安装配置，并建立可靠的系统漏洞自动修补机制，建立合理可靠的权限机制，加强数据访问的认证和审核工作。建立可集中控制的网络主机管理体系，即时解决各类主机问题。

5 系统管理

系统建成后，必须建立相应的行政管理制度才能保障系统的正常运行。基础管网信息经过集中探测可以建库，但管网建设却在持续发展，要想使数据保持最新状态，必须建立管线数据的动态更新机制，但GIS 系统更新需要多种技术和方法。我们必须根据现实情况，明确工作人员、职能，在外业单位实施管线探测的过程中跟踪掌握管线的基础建库技术，确定流程方法，建立合理的数据更新机制，最终保证管线系统数据的动态更新。