淺談地理信息GIS系統開發和建設的思路

傅天愉 廣州市自來水公司 510600

淺談地理信息GIS系統開發和建設的思路

傅天愉 廣州市自來水公司 510600

1.引言

廣州自來水公司信息化建設設在近幾年的發展可以說是突飛猛進，其中最為突出的是GIS地理信息系統的建設。本人作為GIS地理信息系統的建設者，從2004年開始參與系統的建設，經歷了公司地理信息系統從無到有的過程，現在就系統的開發和建設談一些心得。廣州市自來水公司是集自來水的生產、銷售、服務和多種經營為一體的國家特大型供水企業，創建于1905年10月。公司下設20個部室、8間水廠、20個加壓站庫、8個供水管理所和8個附屬單位。公司供水面積483.8平方公里（包括南海、順德部分區域），管線長度5084公里（其中DN100及以上3910公里），消火栓11000多個，閥門72954個。公司、區所兩套管網現況圖，現有1:500、1:2000、1:5000、1:10000等管網現況圖35000多幅，大多數是1:500管網現況圖。公司現有案卷為17800多卷。

要實現對上述海量管網數據的有效管理，GIS系統的運用是最有效的手段。GIS地理信息系統是一個充分利用計算機技術、GIS技術和通信技術，具有綜合、海量信息（供水企業、供水設施、管網圖紙資料、水用戶、管網資產情況等）處理能力，能為自來水公司的領導提供科學的決策依據，為供水企業業務人員提供詳盡的地圖和管線資料，實現供水調度、管網搶修、營業抄收、管網資產管理等業務工作；同時也將是一個能滿足平時各種業務工作、又能夠逐步提供支持決策分析能力的多種用途的信息系統。通過系統的建設和應用，可以提高現有管網養護管理水平和能力，現場事故處理速度，使供水企業獲得運營最佳經濟效益，并實現整個行業管理的科學化、規范化和現代化。

2.系統開發

我公司的GIS地理信息系統采用集中管理的思路，從以下幾方面對系統進行開發。

1）、建立公司核心的管網地理信息數據庫，把管網的圖形信息、屬性資料，乃至管網日常維護數據、用戶信息等都整合到數據庫中，實現公司統一的屬性數據和空間數據平臺，充分發揮圖文一體化系統的強大管理功能。

2）、供水管網管理涉及規劃、設計、施工、維護、管理等部門，通過網絡實現供水管網信息資源共享、統一管理，在保證數據完整性、一致性的前提下，通過瀏覽系統，使公司相關人員無論是在辦公地點、施工、搶修現場還是在異地查詢，均能通過局域網或遠程網絡快速查到所需的管網系統的實時圖形、屬性資料，完成相應的維護、管理工作。預留與互聯網、無線網絡、GPS等的接口，以適應的進一步發展。

3）、實現管網運行情況、防腐情況、使用年限等方面的管理，能夠對突發事件做出快速響應，快速找到故障點，確定影響范圍等。

4）、隨著飲用凈水工程推進，廣州市將在較長時間內使用兩套管網進行供水，供水管網地理信息系統要為置換工作提供詳盡的管線、管網設施、用戶的信息和各項功能，為水質保障提供準確的管網資料，管理飲用凈水管網現況圖、竣工圖、水表、表箱、閥門、加壓泵站等到用戶計費表的所有管網、設施。

5）、將SCADA遙測系統與管網地理信息系統結合，及時對管網輸配系統進行分析計算，使調度指揮中心能直觀地在管線圖上看到整個管網的壓力分布及各點的屬性，為安全供水提供調度依據。

6）、將管網的規劃設計納入供水管網地理信息系統中，使設計部門在進行供水工程設計時能夠直接利用管網地理信息系統的最新數據，方便地進行各種管網數據的查詢比對，完成設計圖。數據維護部門根據施工結束后的竣工圖對設計圖直接進行修改后可直接存入中心數據庫中，避免多次制圖可能帶來的數據失真。

7）、在完成GIS基本功能和基礎數據管理的基礎上，進一步完善分析功能，實現輔助決策功能，形成一個集供水管網設計、運行、管理、維護、管網資源分析以及輔助決策為一體的綜合管理信息系統。

圖1 系統應用架構Fig.1 Application structure of system

3.系統設計

3.1 總體架構設計

系統設計充分考慮業務與功能的緊密結合。我們采用ArcSDE for Oracle以及商用數據庫Oracle10g為圖文后臺支撐系統，在ArcEngine前臺上進行二次功能開發。通過空間數據與屬性數據的相互關聯，以網絡技術、客戶機/服務技術（C/S）、瀏覽器/服務器技術（B/S）為基礎，進行系統集成。采用C/S模式和B/S模式相結合的開發模式。應用Internet/Intranet技術，設計和開發公眾查詢系統，擴大信息的應用范圍，提高系統信息價值。系統基于當前流行的組件技術，并采用面向對象的軟件工程技術，以有利于系統升級、功能的擴展與延伸。系統應用架構方案如圖1所示。

3.2 功能設計

系統基本功能由十大模塊組成，包括管網管理、輔助設計、三維圖形處理、供水調度與決策支持、事故處理、抄表到戶管理、圖檔管理、資產管理、系統管理、系統幫助及網絡信息發布。其功能結構如下圖。

1）、管網管理:提供豐富的管網及附屬設施管理功能。主要功能有:地形數據管理、管網數據維護、屬性數據維護、圖形基本操作、基本輔助功能、查詢、統計、顯示設置、管網附屬設施管理、輸出。

2）、輔助設計:實現了供水管網在GIS系統中的規劃設計，并提供相關的空間分析功能。主要功能有:Buffer分析、設計管線沖突分析、斷面分析、最短路徑分析。

3）、三維圖形處理:實現了供水管網數據的三維圖形顯示。主要功能有:三維管線圖生成、視角和視點的設置、三維渲染效果設置。

4）、供水調度與決策支持:具體包括:運營臺帳管理、泵站維修管理、巡查預警分析、管網擴展功能分析、管道遙測點實時監控、區域用水分析、管網平差分析、供水優化調度。

5）、事故處理:具體包括:爆管分析、爆管頻率分析、火警分析、水質異常分析、停水分析、移動PDA。

6）、抄表到戶管理:包括用戶數據輸入、查詢統計、計費管理、漏損分析。

7）、圖檔管理:包括規劃設計資料存檔、施工資料存檔、竣工資料存檔。

8）、管網資產管理:包括管網資產管理、管網工程成本管理。

9）、網絡信息發布:包括信息發布管理、營業抄收信息網上查詢。

10）、系統管理:包括用戶管理（添加、刪除用戶、用戶權限設置等)，數據備份、資料利用管理等。

3.3 數據庫設計

圖2 系統軟件模塊結構

系統需要管理供水管網的海量數據，主要有七套數據:廣州市基礎地形圖電子數據；所屬公司的供水管網現況柵格影像圖和矢量化后的電子圖；所屬區管所的供水管網現況柵格影像圖和矢量化后的電子圖；綜合公司和區所的供水管網現況圖、部分管線經過實地探測后得出的一套實勢性強、屬性全的管網電子數據；從廣州市規劃局購買的廣州市市域范圍10區2市Arc/Info格式綜合管線數據庫。

數據庫設計的目的是將供水信息管理中紛繁復雜的信息進行高度概括，為系統的詳細設計提供規范和總控依據。經過深入的分析，建立一個中心數據庫。將上述數據分別作為一個圖層。本項目系統的數據包括空間數據和非空間數據，因此空間數據和非空間數據的一體化集成管理是數據庫設計時應考慮的問題。當前GIS空間數據管理技術和大型通用關系數據庫系統分別對空間數據和非空間數據的集成管理提出了多種解決方案。本方案采用ESRI公司的ArcSDE作為空間數據管理引擎，采用Oracle10g作為關系數據庫的管理系統，ArcSDE與Oracle的結合緊密，Oracle自身也提供了空間數據管理的功能，因此可以解決空間數據和非空間數據的集成設計需要。

數據庫的物理存儲方式采用C/S（客戶/服務器）體系，所有的數據存儲在服務器中，用戶通過網絡在客戶端查詢，修改服務器中的數據。

4.結語

該系統的建成，不僅實現了對供水管網設施數據的先進的計算機化管理，極大地提高了企業的管理水平；而且應用了GIS強大的空間分析、模型分析功能，能夠對自然過程或決策方案進行模擬和趨勢預測，以便從中選擇最優方案，避免管理和決策的失誤。系統達到了GIS在供水系統應用中國內的先進水平。

實際上，GIS應用于供水系統所產生的功效還遠不止于此，還應該充分利用GIS分析、模擬與預測的強大功能，與專業理論、方法相結合，進行深度開發，為管網規劃設計、建設施工、各種運行狀態下的優化調度以及事故搶修等提供動態決策支持。這將是GIS在供水系統應用中的發展方向。只有這樣才能不斷拓寬GIS在本專業的應用范圍，提高應用水平，并在未來的信息時代發揮更大的作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.045