面向城鄉規劃的地下管線信息系統的設計與實現

周建康

(鄭州市規劃勘測設計研究院，河南 鄭州 450052)

1 引言

城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市生存和發展的基礎。隨著中國經濟的高速發展，城鄉建設日新月異，地下管線規模種類不斷擴大，使用功能日趨復雜，地下空間開發利用與管理也越來越受到各方面重視。根據相關文獻和系統調研顯示，目前全國很多城市都已完成或正在建設各自的地下管線信息系統，但基本上都面向市政管理，而面向城鄉規劃的地下管線信息化建設卻被忽略，這已逐漸不能適應現代規劃理念的發展和需求，對我們的城鄉建設造成了嚴重的影響。面向城鄉規劃的地下管線信息系統不僅可以為地下管線的高效、安全運轉提供強大的基礎和技術保障，為城鄉各項工程的規劃設計、施工和管理提供重要的基礎數據資料和輔助決策支持，還能為未來合理有效地開發利用地下空間，加強城鄉三維空間的統一規劃、建設和管理提供科學依據。

隨著數字技術、信息技術、網絡技術在我們城市生活中的滲透，信息化技術在城鄉規劃當中的應用也得到了長足的發展。怎樣將以GIS技術為代表的新技術、新理念融入城鄉規劃和設計過程之中，成為當前數字規劃、科學規劃的一種重要技術手段和保障。同樣，在地下管線的城鄉規劃信息化管理與應用中，怎樣合理、有效地利用現代信息技術，創新地下管線規劃設計管理手段和理念，減少地下管線的施工和維護投入，成為城鄉規劃信息化的一個重要組成部分。本文在分析城鄉規劃中地下管線信息化建設的特點和面臨主要問題的基礎上，設計和實現了面向城鄉規劃的地下管線信息系統。

2 面向城鄉規劃的地下管線信息系統的特點和面臨的主要問題

2.1 系統特點

面向城鄉規劃的地下管線信息系統與傳統地下管線信息系統既有相同點，也有其不同點。系統具體的特點如下:

(1)數據的多樣性和海量特征

系統既需要管理管線數據，又需要其他輔助數據的支持，如地形圖、道路紅線、相關規劃成果數據等;既需要規劃管線、更離不開現狀管線;同時，數據量具有海量特征。

(2)平臺的單一性

由于在我國目前城鄉規劃行業及其相關行業，AutoCAD已經成為事實上的標準，并具有大量的Auto-CAD歷史數據。因此在系統建設時，客戶端平臺很難有其他選擇，否則會嚴重影響系統的實用性和實施。

(3)歷史數據的可回溯性

為了保持規劃的一致性和合理性，系統對規劃管線歷史數據具有強烈的回溯需求。

(4)基于規劃的空間分析

系統的空間分析功能與傳統管線信息系統有著很大的區別。傳統管線信息系統的空間分析主要集中在現狀管線的斷面分析、緩沖分析、事故分析等上，而這里的系統空間分析對象包括現狀管線、規劃管線及其他規劃要素，空間分析功能不再需要事故分析，而主要為管線規劃設計和管理中的規劃指標分析，如管線的水平凈距、垂直凈距分析和高程分析等。

(5)標準化輔助設計功能需求

規劃信息化建設中，規劃的標準化設計是其中重要的內容。因此，系統需要具有標準化輔助設計功能，既可以提高管線規劃和設計的科學性，又可以保證成果數據的規范化和標準化。

2.2 系統建設面臨的主要問題

從當前相關技術的發展情況來看，系統建設面臨的主要問題為GIS與CAD的集成問題。一直以來，在GIS與CAD領域形成的分割應用、信息共享與互操作瓶頸等問題同樣成為面向城鄉規劃的地下管線信息系統建設與發展的障礙，影響著系統的建設成本、推廣實施與運行效率。一方面在城鄉規劃、測繪、市政等行業，Auto-CAD成為事實上的行業標準，各單位存在大量的DWG數據及許多基于AutoCAD的應用系統，AutoCAD支持下的管線數據及其他相關行業數據成為系統的主要數據源;另一方面，由于這些用戶受制于操作習慣和已有的專業系統，很難脫離開CAD環境，但是僅憑CAD技術，又遠遠不能夠滿足系統的應用和業務需求。因此，如何將CAD技術與GIS技術相結合，在系統中實現基于兩者無縫集成的數據共享與互操作，為地下管線的規劃設計與管理工作提供方便、快捷的技術手段，提高地下管線規劃、管理與決策工作的效率和質量，成為面向城鄉規劃的地下管線信息系統建設面臨的主要問題。本文中系統采用FDO技術實現了GIS與CAD的無縫集成應用，較好地解決了這個問題。

3 系統設計

3.1 系統建設目標

系統建設的主要目標是以GIS技術為核心，采用C/S模式，應用動態管理與同步建庫的技術方案，圍繞管線數據質量保證、標準化質量監理、實時動態更新、CAD與GIS無縫集成等關鍵技術問題，充分利用Auto-CAD的強大圖形編輯設計功能與GIS的強大空間分析與管理功能，兼顧規劃應用中管線數據的CAD特征需求與信息化管理需要，建立面向城鄉規劃、建設與管理的地下管線信息系統。

3.2 系統技術路線

系統技術路線的核心是解決GIS與CAD的集成問題，要能在AutoCAD環境中允許用戶無縫的直接訪問多種空間或非空間的數據庫和文件格式，而不需進行數據轉換，這樣既防止數據丟失，又可以提高生產效率，減少系統維護成本。這里采用Autodesk公司的最新FDO技術較好地解決了這一問題。

(1)FDO技術概述

FDO(Feature Data Object)空間數據訪問技術是一種用于操作、定義和分析地理空間信息而不用考慮其具體存儲的技術。FDO技術最初是由Autodesk公司為其地理空間信息類產品進行研發，旨在通過一種公共的機制來訪問和處理各種地理空間數據源。2006年，Autodesk已將FDO數據訪問技術作為開源地理空間基金會(OSGeo，Open Source Geospatial Foundation)之下的一個開源項目發布。

通過使用FDO數據訪問技術，用戶將不需使用GIS應用軟件把不同的數據源轉換成所支持的格式，就能使所有人可以單獨的瀏覽和使用存儲在GIS應用系統或空間數據庫中的空間數據，使得應用程序不再受到數據存儲格式的束縛，并有助于實現信息的直接交換，避免產生更多的錯誤。

(2)FDO技術實現原理和結構體系

FDO技術的功能實現主要依靠FDO Provider來完成。借助于FDO技術，針對每種現有的數據存儲格式，只要編寫一段程序，將原有的數據存儲“翻譯”到FDO API，就可以提供給使用FDO的應用程序訪問。這個“翻譯”程序稱為FDO Provider。因此一個FDO Provider就是一個 FDO API的實現，只要安裝了FDO Provider，應用程序就可以通過調用FDO接口來直接訪問相應的數據存儲，而不再需要進行格式轉換。Autodesk不僅制訂了FDO API的標準，還開發了一系列的FDO Provider提供給用戶。目前已有數十種開源和非開源的FDO Provider及使用FDO的GIS產品。

FDO技術的結構體系如圖1所示。

圖1 FDO數據訪問技術結構體系

(3)FDO技術的特點和價值

FDO技術既與Autodesk的GIS產品集成，也同時作為一項獨立、開源的技術提供給開發人員。FDO技術的主要特點和價值如下:

①對地理空間要素數據提供了豐富和一致的訪問接口

用戶不再需要了解不同數據存儲的底層結構。FDO提供給用戶的是一個基于要素的邏輯模型，而將數據存儲的物理細節隱藏起來。

②跨平臺，與平臺技術無關

支持Windows和Linux操作系統。

③支持和擴展OpenGIS標準

FDO盡可能遵循OGC的有關標準，尤其是簡單要素(Simple Features)和WMS/WFS規范。

④可以專注于解決業務問題

使用FDO技術不再需要耗費開發資源去解決數據格式轉換的問題，從而使用戶可以集中精力去解決業務問題。

⑤易用性

易于安裝、使用、維護和實施。

⑥可擴展性

FDO作為開源技術，開發人員可以使用新的FDO Provider來擴展FDO數據訪問技術，支持目前尚未支持的數據格式。

基于以上分析和系統需求，系統選擇AutoCAD Map平臺作為基礎平臺，采用FDO技術與ArcSDE空間數據庫引擎來實現地下管線數據的管理和CAD與GIS的集成。即采用AutoCAD map 3D+ArcSDE+SQL Server的技術路線，通過FDO技術實現AutoCAD map 3D與ArcSDE空間數據庫之間的通信，建立直接面向AutoCAD用戶的CAD與GIS集成應用體系。

3.3 系統總體架構

系統總體架構如圖2所示。

4 系統實現和關鍵技術

基于系統設計，采用Visual Studio 2005和VBA作為開發語言，實現了系統各功能設計。系統實現的流程如圖3所示。

系統在建設過程中，實現和解決了以下關鍵技術。

(1)管線標準體系建立。系統建設涉及許多標準化問題，只有符合一定的規范和標準，才能滿足數據的交換、共享、更新和系統的推廣應用。系統在建設時，以CJJ61－2003《城市地下管線探測技術規程》和GB50289－98《城市工程管線綜合規劃規范》為基礎，結合鄭州市的地下管線本地化特征，面向AutoCAD數據結構和ArcSDE數據庫特點，建立了面向規劃信息化的地下管線標準體系。如:《鄭州市地下管線數據標準》、《鄭州市地下管線數據庫字典》等。

圖2 系統總體架構圖

圖3 系統實現流程圖

(2)海量空間數據管理。海量空間數據的管理是系統的核心關鍵技術。系統在實現時兼顧易用性、穩定性、安全性、可擴展性等原則，采用當前流行的基于關系型數據庫SQL Server 2000和空間數據庫引擎ArcSDE相結合的空間數據庫管理系統，利用FDO Provider for ArcSDE作為空間數據庫訪問接口，既實現了對地下管線數據的存儲與管理，同時又可以利用ArcSDE數據庫作為橋梁，直接實現了與其他現有GIS系統及其他主流系統的集成應用。

(3)GIS與CAD集成技術。這是當前國內GIS系統建設中普遍需要解決的問題。系統在建設過程中既充分利用了AutoCAD Map在圖形編輯、數據生產、設計及GIS等方面的優勢和ArcSDE在海量空間數據管理上的優勢，又能滿足用戶操作習慣，兼容原有的CAD應用系統，將兩個平臺置于一個統一的系統中，形成有機整體。具體實現思路參見上文系統設計部分。

(4)系統與輔助數據的共享技術。建設專業系統時，如果對所需的各種數據在專業系統中分別入庫，往往帶來投入巨大、重復建設、建設周期長、數據更新不一致等諸多問題。本系統針對所需要的各種數據根據其信息化管理情況，不再分別建庫;對已有的基礎地理數據庫、道路紅線數據庫等相關輔助數據，采用FDO技術開發空間數據庫接口直接“引用”，該技術尤其適合我國目前大多數GIS系統采用ArcGIS平臺的現狀。

5 結語與展望

面向城鄉規劃的地下管線信息系統，較好地適應了城鄉規劃中地下管線科學規劃、信息化管理與應用的需求和發展趨勢，提高了城鄉規劃和建設的決策與管理水平，同時也提供了一個解決GIS與CAD集成問題的新技術和新思路。隨著FDO技術發展和應用的深入，如何將其合理地應用到城市基礎地理信息系統的建設中，有待我們進一步的嘗試和探索。

［1］OSGeo基金會全球網站(www.OSGeo.org)

［2］朱小羽.Autodesk布道GIS新理念［J］.軟件世界，2006，10:45～47