地下管線通用GIS平臺(tái)建設(shè)及其在城市排水管理中的應(yīng)用研究

解智強(qiáng)，杜清運(yùn)，高 忠，王貴武，何 偉

(1.武漢大學(xué)資源環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430070;2.昆明市城市地下管線探測(cè)管理辦公室，云南昆明650051;3.昆明市城市排水管理處，云南昆明650051)

地下管線通用GIS平臺(tái)建設(shè)及其在城市排水管理中的應(yīng)用研究

解智強(qiáng)1，2，杜清運(yùn)1，高 忠2，王貴武2，何 偉3

(1.武漢大學(xué)資源環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430070;2.昆明市城市地下管線探測(cè)管理辦公室，云南昆明650051;3.昆明市城市排水管理處，云南昆明650051)

針對(duì)城市地下管線信息成果的推廣應(yīng)用中普遍存在的專業(yè)管線GIS系統(tǒng)需求冗余、開(kāi)發(fā)成本高、推廣應(yīng)用難度大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種通用性強(qiáng)、功能適合、應(yīng)用范圍廣泛、應(yīng)用環(huán)境多樣、經(jīng)濟(jì)性能好的通用GIS平臺(tái)，對(duì)城市地下管線信息的推廣應(yīng)用具有一定借鑒意義。

通用GIS平臺(tái);地下管線;城市排水管理

一、引 言

地下管線信息作為一項(xiàng)重要的地理信息成果，在基層管線單位(主要是從事城市管線建設(shè)管理的一線單位)中推廣應(yīng)用存在以下困難:

1)習(xí)慣上對(duì)紙質(zhì)圖紙的依賴。地下管線紙質(zhì)圖紙已經(jīng)使用多年，使用人員存在對(duì)紙質(zhì)圖紙和紙質(zhì)文本材料的嚴(yán)重依賴而忽視地下管線信息的使用。

2)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一。管線單位使用的數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，看圖軟件多樣，對(duì)電子地圖的使用基本上停留在圖形化層面，沒(méi)有GIS的觀念，數(shù)據(jù)整合過(guò)程十分困難。

3)信息化人才匱乏。基層管線單位的信息化人才嚴(yán)重缺乏，有些單位甚至沒(méi)有，使地下管線信息推廣使用存在嚴(yán)重的智力障礙。

4)資金缺乏。隨著科技的進(jìn)步，專業(yè)管線系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本隨之增長(zhǎng)，目前，大型的商業(yè)GIS軟件和商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件都需要昂貴的預(yù)算，再加上開(kāi)發(fā)和升級(jí)維護(hù)費(fèi)用，使管線單位在經(jīng)濟(jì)上無(wú)法承受。

基層管線單位需要的通用型GIS平臺(tái)具有以下需求特點(diǎn)。

1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。即系統(tǒng)建設(shè)需圍繞統(tǒng)一制定的城市地下管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，以滿足數(shù)據(jù)共享與更新需求。

2)開(kāi)發(fā)規(guī)范化。平臺(tái)建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范，保證系統(tǒng)維護(hù)便捷;系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)思路能夠統(tǒng)一，做到將來(lái)對(duì)各管線單位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“一對(duì)多”持續(xù)維護(hù)與升級(jí)服務(wù);在滿足不同種類地下管線不同功能要求前提下，使系統(tǒng)基本模塊(如查詢、分析等)具有通用性，使其能在不同管線單位信息系統(tǒng)中使用，以提高代碼使用效率，縮短開(kāi)發(fā)周期。

3)針對(duì)性強(qiáng)，功能齊備夠用，性能良好。保證系統(tǒng)能夠滿足地下管線單位用戶對(duì)系統(tǒng)功能的不同使用要求。同時(shí)避免與現(xiàn)有大型GIS商業(yè)平臺(tái)一樣，開(kāi)發(fā)出大量多余的、額外的、對(duì)用戶而言甚至是不需要的功能，從而避免投資及工期的浪費(fèi)。

4)兼顧管線單位業(yè)務(wù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)地下管線信息對(duì)其日常工作的支持。

5)經(jīng)濟(jì)性。一般從底層進(jìn)行開(kāi)發(fā)，保證自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)嚴(yán)格控制經(jīng)費(fèi)預(yù)算，降低成本。

二、通用GIS平臺(tái)組成

1.設(shè)計(jì)特點(diǎn)

地下管線通用GIS平臺(tái)設(shè)計(jì)緊密圍繞數(shù)據(jù)應(yīng)用、功能拓展及功能配置嚴(yán)格實(shí)施，主要包括以下內(nèi)容。

1)以數(shù)據(jù)建設(shè)為核心延伸應(yīng)用。地下管線通用GIS平臺(tái)以專業(yè)地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)為核心，以數(shù)據(jù)應(yīng)用為重點(diǎn)。通過(guò)與城市地下管線信息管理部門合作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與更新，并結(jié)合管線單位的工作實(shí)際，通過(guò)開(kāi)發(fā)接口將系統(tǒng)功能集成到其業(yè)務(wù)辦公架構(gòu)(OA)下，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下(桌面和網(wǎng)絡(luò))對(duì)地下管線信息的使用。

2)靈活的功能組件。通用型城市地下管線信息應(yīng)用系統(tǒng)的功能為組件式開(kāi)發(fā)，建設(shè)系統(tǒng)功能集，并針對(duì)不同模塊(如桌面GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS)的功能需求進(jìn)行組裝，以滿足不同使用功能和使用環(huán)境需要。如滿足同一個(gè)管線單位不同工作條件下的使用需要，以及不同管線單位不同使用功能需要。

3)模塊嵌入。考慮在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下內(nèi)嵌桌面模塊，使管線單位技術(shù)人員能夠在野外和辦公室使用系統(tǒng)進(jìn)行工作。如管線單位工作人員能夠使用同一臺(tái)涉密便攜計(jì)算機(jī)(含桌面模塊)在現(xiàn)場(chǎng)工作后，回到辦公室直接將其接入內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)后即能夠作為WebGIS(OA)的一個(gè)用戶進(jìn)行審批、查詢和管理，從而節(jié)省硬件資源。該工作流程圖如圖1所示。

圖1 管線單位技術(shù)人員使用的便攜計(jì)算機(jī)(含桌面模塊)能夠作為其OA的工作節(jié)點(diǎn)

4)B/S、C/S模式靈活應(yīng)用。針對(duì)不同管線單位的實(shí)際，包括軟硬件情況、技術(shù)人員多少情況等合理選擇B/S或C/S的架構(gòu)方式開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際情況配置胖、瘦客戶端。如在技術(shù)人員少的單位，可以將數(shù)據(jù)量龐大的影像數(shù)據(jù)配置在C/S的客戶端以減少數(shù)據(jù)庫(kù)壓力，從而獲得最優(yōu)的系統(tǒng)應(yīng)用效率。

2.設(shè)計(jì)構(gòu)架

針對(duì)上述思想，通用型城市地下管線信息應(yīng)用系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)如圖2所示，該設(shè)計(jì)架構(gòu)主要圍繞城市地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)與應(yīng)用、維護(hù)與更新。在數(shù)據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，建設(shè)的通用GIS平臺(tái)包括了桌面GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS模塊，可滿足管線單位在不同層次上的使用，并通過(guò)管線單位辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OA)最終集成后投入其日常管理使用。

圖2 通用型城市地下管線地理信息應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

三、通用GIS平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與技術(shù)要點(diǎn)

1.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

(1)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇

通用型城市地下管線信息應(yīng)用平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)使用人員相對(duì)較少，數(shù)據(jù)規(guī)模有限，一般使用SQL Server等中小型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，所以需要開(kāi)發(fā)不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的嚴(yán)密的接口，以實(shí)現(xiàn)管線單位數(shù)據(jù)和城市地下管線信息管理部門之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

(2)不同用途的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

1)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù):主要承擔(dān)管線單位現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源管理，并基于共享目的，嚴(yán)格按照城市地下管線信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，充分考慮不同數(shù)據(jù)庫(kù)軟件(如Oracle Special與SQL Server)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、管線單位自身需要的字段添加等問(wèn)題。

2)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù):由管線單位批件過(guò)程中使用的管線數(shù)據(jù)和相關(guān)文件組成。包括地下管線圖形化數(shù)據(jù)(如AutoCAD的DWG格式)、圖片(BMP、TIFF格式等)、文本(如Word的DOC格式)。因此，對(duì)數(shù)據(jù)的管理一般采用文件方式進(jìn)行，在處理完畢之后針對(duì)成果再進(jìn)行入庫(kù)管理處理。

3)歷史數(shù)據(jù)庫(kù):記錄了管線單位在不同建設(shè)年代建設(shè)地下管線的情況，提供一定時(shí)期內(nèi)的地下管線數(shù)據(jù)回溯，以提供管線單位人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢與瀏覽。

2.通用型城市地下管線信息應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)

(1)地理信息標(biāo)準(zhǔn)模板與模板控制技術(shù)

不同的管線單位具有不同的應(yīng)用界面，通用型地下管線信息應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)模板建立，將地下管線信息標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家、行業(yè)及地方有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)化、符號(hào)化的自定義表達(dá)并內(nèi)嵌在開(kāi)發(fā)軟件中，程序運(yùn)行時(shí)可動(dòng)態(tài)獲得模板中一系列預(yù)定義的參數(shù)規(guī)則，并控制系統(tǒng)用戶執(zhí)行既定標(biāo)準(zhǔn)，且可以調(diào)用不同功能的開(kāi)發(fā)組件模塊。模板控制技術(shù)對(duì)海量管線數(shù)據(jù)進(jìn)行了強(qiáng)制的標(biāo)準(zhǔn)化管理。在使用同一模板的情況下，保證了不同用戶成果標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。此外，通過(guò)模板開(kāi)放，不同管線用戶不經(jīng)軟件開(kāi)發(fā)即可定制模板，滿足專業(yè)化、行業(yè)化需求。如可通過(guò)模板定制技術(shù)，開(kāi)發(fā)不同管線用戶單位軟件功能菜單。

(2)信息映射機(jī)制與跨平臺(tái)異構(gòu)數(shù)據(jù)高質(zhì)量轉(zhuǎn)換技術(shù)

通用型地下管線信息應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)重要目標(biāo)是和城市地下管線信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享，一個(gè)主要手段就是建立信息映射機(jī)制，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層面上對(duì)地理要素進(jìn)行打散、拆分、過(guò)濾、重組、派生及跨層轉(zhuǎn)換等技術(shù)處理，建立城市地下管線信息管理系統(tǒng)和其他管線單位的信息應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)基本信息單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)象級(jí)的自由映射，實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)與其他系統(tǒng)雙向的圖形、屬性、拓?fù)潢P(guān)系等完整信息無(wú)損轉(zhuǎn)換，以解決管線單位數(shù)據(jù)交換的問(wèn)題。

四、應(yīng)用實(shí)例

昆明市排水審批管理系統(tǒng)是一個(gè)典型面向用戶的地下管線信息應(yīng)用系統(tǒng)。建設(shè)該系統(tǒng)的目的是為昆明市排水審批管理部門提供地下排水管線信息數(shù)據(jù)及應(yīng)用功能，并為其搭建審批環(huán)境，在地下排水管線數(shù)據(jù)庫(kù)支持基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)審批、管理、GIS數(shù)據(jù)查詢與分析等多項(xiàng)操作功能。

1.數(shù)據(jù)管理

昆明市排水審批管理系統(tǒng)使用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采用《昆明市城市地下管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行規(guī)范，以保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性和延續(xù)性，并使其不受軟件升級(jí)或平臺(tái)更換的影響。昆明市排水審批管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)除管理著地下排水管線數(shù)據(jù)，以及作為背景地圖的影像和地形數(shù)據(jù)外，還管理著通過(guò)審批的排水戶屬性信息及其空間位置信息。同時(shí)，該系統(tǒng)根據(jù)審批工作實(shí)際將數(shù)據(jù)分為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、臨時(shí)辦件庫(kù)，分別管理著不同時(shí)期的地下排水管線及相關(guān)信息。本系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，對(duì)Access、SQL Server等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了多元海量數(shù)據(jù)無(wú)縫存儲(chǔ)與管理。采用要素級(jí)增量更新方法，支持?jǐn)?shù)據(jù)任意時(shí)刻歷史回溯與動(dòng)態(tài)回放，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)更新流程如圖3所示。

圖3 昆明市排水審批管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新流程

2.系統(tǒng)組成

昆明市排水審批管理系統(tǒng)由兩部分組成:即圍繞審批與數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)GIS系統(tǒng)和面向現(xiàn)場(chǎng)的桌面GIS系統(tǒng)(以便攜計(jì)算機(jī)和PDA為載體)。前者還集成了辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和電子地圖，但兩者都管理著與排水口審批有關(guān)的地下排水管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、批后檢查數(shù)據(jù)及審批輔助數(shù)據(jù)。使排水審批管理工作人員能夠針對(duì)于不同的作業(yè)環(huán)境開(kāi)展工作。系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)詳如圖4所示。

圖4 昆明市排水管線審批系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

(1)GIS模塊(包括網(wǎng)絡(luò)與桌面GIS通用功能)

昆明市排水審批管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)GIS模塊能使管線單位技術(shù)管理人員在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)(包括計(jì)算機(jī)和服務(wù)器)使用其專業(yè)地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)，并能使不同權(quán)限的工作人員能夠通過(guò)訪問(wèn)地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)查詢到建設(shè)片區(qū)內(nèi)詳細(xì)的地下排水管線數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，以此進(jìn)行與業(yè)務(wù)相關(guān)的查詢、分析與統(tǒng)計(jì)功能操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排水信息有效管理和應(yīng)用。

桌面GIS模塊將網(wǎng)絡(luò)模塊中的GIS功能配置到筆記本電腦或PDA設(shè)備中，滿足操作人員在工作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)用地下管線信息數(shù)據(jù)的需求，并能夠提供現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定位、分析、查詢與統(tǒng)計(jì)(如圖5所示)對(duì)城市排水設(shè)施進(jìn)行客觀、科學(xué)的分析與評(píng)價(jià)。在通用性原則下，桌面模塊與網(wǎng)絡(luò)模塊共享GIS開(kāi)發(fā)功能(如數(shù)據(jù)的調(diào)用、查詢功能等)。

圖5 PDA模塊在野外縮放地下排水管線信息

(2)辦公自動(dòng)化(OA)模塊

根據(jù)管線單位業(yè)務(wù)辦公需求所開(kāi)發(fā)的辦公自動(dòng)化系統(tǒng)能夠集成昆明市排水審批管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)GIS模塊，使排水管理部門在業(yè)務(wù)辦公的同時(shí)調(diào)用地下排水管線數(shù)據(jù)，進(jìn)行查詢、分析、統(tǒng)計(jì)及標(biāo)注等操作，并支持系統(tǒng)開(kāi)展公文流轉(zhuǎn)、任務(wù)下達(dá)、文件傳遞等技術(shù)工作，及時(shí)了解并監(jiān)控地下管線的建設(shè)與審批進(jìn)度，能對(duì)地下管線的建設(shè)、維護(hù)、執(zhí)行規(guī)劃審批等實(shí)際情況進(jìn)行客觀的分析并制定相應(yīng)的決策。

在管線單位業(yè)務(wù)辦公系統(tǒng)中內(nèi)嵌地下管線WebGIS，并實(shí)現(xiàn)調(diào)用電子地圖進(jìn)行操作與分析，如圖6所示。

圖6 辦公自動(dòng)化模塊中調(diào)用電子地圖

五、結(jié)束語(yǔ)

地下管線通用GIS平臺(tái)的建設(shè)以其經(jīng)濟(jì)性、功能完善性、高效性的特點(diǎn)將在很大程度上推廣地下管線信息在基層管線單位的應(yīng)用，從而促進(jìn)城市地下管線信息化建設(shè)整體水平的提升。主要體現(xiàn)在:①推廣通用GIS平臺(tái)能夠從最大限度上整合城市地下管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)城市地下管線信息共享與更新;②通用GIS平臺(tái)可拆卸和自由組裝的功能模塊能夠滿足不同管線單位工作需求，做到功能重用，節(jié)省資金，從而使地下管線信息能夠在不同管線專業(yè)單位推廣應(yīng)用;③通用GIS平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了用戶面向現(xiàn)場(chǎng)、面向網(wǎng)絡(luò)等不同使用環(huán)境，能夠滿足用戶在不同條件下進(jìn)行本專業(yè)地下管線信息管理與維護(hù)，因此，平臺(tái)建設(shè)能夠促進(jìn)城市地下管線信息共享與更新水平。

通用GIS平臺(tái)建設(shè)需要改進(jìn)的地方是:①需要不斷完善功能，特別是數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與管理功能，以滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)使用越來(lái)越嚴(yán)格的使用要求，從而促進(jìn)城市地下管線信息充分共享;②盡量拓展地下管線信息使用功能，以滿足不同用戶的不同需求。

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

XIE Zhiqiang，DU Qingyun，GAO Zhong，WANG Guiwu，HE Wei

0494-0911(2012)08-0072-04

P208

B

2012-06-01

解智強(qiáng)(1973—)，男，云南羅平人，博士生，高級(jí)工程師，主要從事地下管線信息化研究工作。