基于GIS的地下管網(wǎng)全壽命期信息管理系統(tǒng)

王 震

1 概述

地下管網(wǎng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施,現(xiàn)代城市規(guī)模巨大而復(fù)雜的地下管網(wǎng)系統(tǒng)急需運(yùn)用動(dòng)態(tài)管理的理念和現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行管理。地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間分析等功能,在管網(wǎng)信息化管理中采用GIS技術(shù)是城市地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的發(fā)展方向。地下管網(wǎng)工程由于其建設(shè)本身的特殊性,從全壽命的角度對(duì)其進(jìn)行管理顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)針對(duì)地下管網(wǎng)全壽命期管理的研究還處于起步階段,理論和應(yīng)用都還不成熟。

2 系統(tǒng)目的

基于GIS的地下管網(wǎng)全壽命期管理系統(tǒng)是基于GIS技術(shù)開(kāi)發(fā)的,在GIS可視化的界面中,從全壽命期管理的角度,實(shí)現(xiàn)將GIS應(yīng)用于地下管網(wǎng)全壽命期的集成化動(dòng)態(tài)管理。系統(tǒng)根據(jù)地下管網(wǎng)工程的特點(diǎn),分別建立規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的管網(wǎng)設(shè)計(jì)審核模型,施工階段的質(zhì)量、進(jìn)度、投資的動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng),運(yùn)營(yíng)階段所需的信息查詢、統(tǒng)計(jì)、分析決策系統(tǒng),以及終結(jié)階段的地下管網(wǎng)壽命報(bào)警系統(tǒng)等,以實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)系統(tǒng)整個(gè)生命周期的動(dòng)態(tài)、集成化管理。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)貫徹全壽命期的思想,系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)從管網(wǎng)的勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、使用及管理、維護(hù),直至最終被廢棄或更新的全過(guò)程進(jìn)行考慮。2)采用地理信息系統(tǒng)(GIS)作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。地理信息系統(tǒng)技術(shù)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)和實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。3)系統(tǒng)覆蓋了地下管網(wǎng)管理的整個(gè)壽命周期,其管理目標(biāo)和方法與傳統(tǒng)單一的運(yùn)營(yíng)或建設(shè)管理有很大不同,功能要求也與普通的地理信息管理系統(tǒng)有很大差異。4)注重業(yè)主和用戶需求,采用開(kāi)放性的面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)技術(shù),達(dá)到人機(jī)界面友好,系統(tǒng)直觀、操作簡(jiǎn)單、易于理解,實(shí)用性、可靠性強(qiáng)的目標(biāo)。5)針對(duì)數(shù)據(jù)的多源性和異構(gòu)性特點(diǎn),制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)匯交標(biāo)準(zhǔn)和要求,設(shè)計(jì)統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范,以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)提高系統(tǒng)的通用性。6)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù),建立多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)輸入和共享機(jī)制,提供互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布、遠(yuǎn)程圖形下載等功能,并保證與圖文辦公系統(tǒng)有良好的銜接。7)系統(tǒng)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu),具有良好的可擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)備份機(jī)制,數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更新,保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、完整性和準(zhǔn)確性。8)采用自上而下的開(kāi)發(fā)模式,堅(jiān)持科技創(chuàng)新,保證技術(shù)的先進(jìn)性。但也要兼顧經(jīng)濟(jì)效益,以適合項(xiàng)目的實(shí)際情況為原則。9)樹(shù)立以數(shù)據(jù)為中心的思想,建立規(guī)范化的數(shù)據(jù)加載和更新作業(yè)流程,提高作業(yè)的自動(dòng)化和規(guī)范化程度,為系統(tǒng)提供科學(xué)、可靠的信息。10)系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)達(dá)到輔助決策的目的。

3.2 系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)

從全壽命周期的角度,根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)和階段劃分,整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng):規(guī)劃設(shè)計(jì)信息管理子系統(tǒng)、施工建設(shè)信息管理子系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)信息管理子系統(tǒng),系統(tǒng)總體框架圖見(jiàn)圖1。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)源及系統(tǒng)環(huán)境

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源有工程背景,需求數(shù)據(jù),工程測(cè)量數(shù)據(jù),規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),技術(shù)文檔,空間、屬性數(shù)據(jù),費(fèi)用、進(jìn)度數(shù)據(jù),公文文檔,變更數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式為組件式GIS的集成二次開(kāi)發(fā);利用MapX組件作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái);空間數(shù)據(jù)處理采用MapInfo Professional;以Visual Basic 6.0為編程語(yǔ)言。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于數(shù)據(jù)格式和性質(zhì)的不同,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)分為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、文檔庫(kù)和評(píng)價(jià)分析模型庫(kù)。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括地圖底圖要素的數(shù)據(jù)和管線的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)表示管網(wǎng)的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置,表達(dá)了管網(wǎng)的幾何定位特征;屬性數(shù)據(jù)表達(dá)了與幾何位置無(wú)關(guān)的屬性特征。

文檔庫(kù)包括各種合同文件,各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,工程中的一系列問(wèn)題及處理結(jié)果,各類報(bào)表和變更情況報(bào)表的記錄信息,以及投資、質(zhì)量管理記錄等。

系統(tǒng)通過(guò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)定義及管理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過(guò)建立新的分類編碼體系,將各階段復(fù)雜的屬性和空間信息進(jìn)行有效分類和管理,有效地解決了信息冗余和動(dòng)態(tài)更新的問(wèn)題。

評(píng)價(jià)分析模型庫(kù)包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、費(fèi)用、工程量計(jì)算、預(yù)測(cè)報(bào)警、設(shè)計(jì)審核、工程方案評(píng)價(jià)分析、質(zhì)量評(píng)價(jià)等應(yīng)用分析模型,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)流程圖見(jiàn)圖2。

4.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1)數(shù)據(jù)管理:主要實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的輸入、編輯以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。2)信息查詢:實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)各項(xiàng)信息的查詢和管線、節(jié)點(diǎn)的屬性和信息的顯示等,提供空間查詢、屬性條件查詢、屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)查詢檢索、復(fù)合查詢等功能。3)三維可視化:生成橫斷面、縱剖圖和管線三維圖等,實(shí)現(xiàn)可視化管理。4)統(tǒng)計(jì)分析:設(shè)定條件對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以各類統(tǒng)計(jì)圖或表格形式顯示;同時(shí)還包括緩沖區(qū)分析、空間拓?fù)潢P(guān)系分析、最短路徑分析等。5)圖文互查:圖形操作、圖層管理、實(shí)現(xiàn)圖文的相互檢索。6)動(dòng)態(tài)更新:實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性、數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更新。7)安全預(yù)警:根據(jù)各管網(wǎng)原始數(shù)據(jù)和維修使用周期等內(nèi)容自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)安全,并給予提前警告顯示,以提醒及時(shí)進(jìn)行維修改造,避免發(fā)生事故。8)爆管分析:根據(jù)事故發(fā)生地點(diǎn)及時(shí)確定事故影響范圍和救護(hù)措施。9)數(shù)據(jù)輸出:與圖文辦公系統(tǒng)結(jié)合,使用戶不僅可將圖形在打印機(jī)或繪圖儀上輸出,也可將圖形轉(zhuǎn)換為柵格圖像,轉(zhuǎn)存為某一格式的圖像文件。10)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布:實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)信息的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布和公示功能,提供圖形遠(yuǎn)程下載功能、權(quán)限管理設(shè)置等。11)數(shù)據(jù)共享:通過(guò)多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)版本和數(shù)據(jù)安全的控制機(jī)制,使不同的用戶在相應(yīng)權(quán)限內(nèi)可以同時(shí)訪問(wèn)利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。

4.4 系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)

友好的用戶界面是整個(gè)系統(tǒng)及各個(gè)模塊的調(diào)度中心和人機(jī)交互的場(chǎng)所,它屏蔽了用戶對(duì)各模塊的直接操作,無(wú)需對(duì)各模塊的程序結(jié)構(gòu)有深入的了解,只需通過(guò)要素如菜單、對(duì)話框、復(fù)選框、文本框的操作,就可將系統(tǒng)處理分析過(guò)的圖形、數(shù)據(jù)報(bào)表、文字報(bào)告、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以用戶可識(shí)別的形式按類別和區(qū)域顯示出來(lái)。

本系統(tǒng)用戶分為四方:業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方和監(jiān)理方,通過(guò)對(duì)用戶進(jìn)行分級(jí)管理和用戶權(quán)限制既可以增強(qiáng)系統(tǒng)安全性,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全保障的功能,又可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的針對(duì)性和階段性。

5 結(jié)語(yǔ)

基于GIS建立地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng),雖然已有很多成功的范例,但本系統(tǒng)始終將全壽命期管理的理念貫徹其中,從項(xiàng)目全壽命的角度進(jìn)行整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和協(xié)調(diào),從而實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全壽命期的目標(biāo),這在國(guó)內(nèi)尚屬首例。高新技術(shù)和現(xiàn)代管理制度的有機(jī)結(jié)合,是工程發(fā)展的趨勢(shì)。相信隨著科技的進(jìn)步和管理水平的不斷提升,地下管網(wǎng)工程管理一定會(huì)取得更大的發(fā)展。

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