同煤集團供水管線地理信息系統初步設計

付茂全

1 設計背景及意義

大同煤礦集團公司地跨大同、朔州、忻州三市，39 個縣、區，擁有煤田面積6 157 km2，47 對礦井，70 萬職工家屬，已形成以煤炭為主，電力、化工、冶金、機械制造等多業并舉的特大型綜合能源集團。

隨著集團公司的不斷發展，在礦區、廠區和生活區供水管線的規劃、設計、施工和管理工作中，如果沒有完整準確的城市供水管線及設施的信息系統，科學管理、高效辦公就無從談起。在當今社會，企業信息化已成為其發展的必然趨勢，而數字化又是信息化的基礎。伴隨信息技術和社會經濟的高速發展，企業供水管線信息化建設在企業發展建設中尤為重要。

從可持續發展的角度考慮，筆者認識到必須采用網絡技術、地理信息系統技術GIS 和數據庫技術，建立一套集供水管線地理信息及相關設施資料的輸入、編輯、分析、輸出、管理于一體的供水管線及設施管理系統，為供水管線及設施的日常規劃、設計施工、統計分析、發展預測提供可靠的科學依據，從而徹底改變傳統的供水管線及設施管理模式。

供水管線的信息化管理系統應利用GIS 技術、計算機技術、網絡技術、數據庫技術，對各區供水管線及設施以數字的形式獲取和存儲，對其進行查詢統計、編輯、輸出、更新等管理，為企業建設與發展提供準確的設施基礎資料。

該系統需將基礎地形數據和供水管線及設施數據管理于一體，是礦區供水管線信息化建設的重要基礎工作之一。該系統的建立不僅能提高供水管線規劃管理的現代化水平，也將為各區其他部門提供基礎、及時和準確的供水空間地理信息，滿足各類基于空間地理信息的應用需求。

2 設計總體目標及重點

根據同煤集團對城市供水管線及設施管理的需求以及信息化、數字化發展的趨勢，同煤集團供水管線地理信息系統建設的總體目標應包含以下幾方面：

（1）建立同煤集團供水管線GIS 系統。該系統應匯集各類供水管線、設施和基礎地形等綜合信息，實現信息共享，并提供和其他系統的接口。

（2）建立同煤集團供水管線以及相關設施數據庫及基礎地形數據庫，實現各類信息的數字化存儲。

（3）實現用戶及權限管理應包含數據輸入、保存、編輯、分析、修改、輸出及屬性查詢等功能。

同煤集團供水管線地理信息系統的建立本身是一個系統工程，所以系統組織是其中的重點。GIS 技術可以有效地管理具有空間屬性的各種資源環境信息，可以對空間數據進行采集、處理、存儲、組織、分析。數據的組織是關系系統成敗的關鍵，已有數據的內容和質量，以及使數據按同煤集團管線信息的變化而及時調整是所建立的GIS 系統需要解決的首要問題。管線系統的研發要對同煤集團的運行機制、信息流程、現有數據基礎進行詳細研究，認真設計方案。相關數據的采集和更新，以及信息共享方面的管理和協調在建立系統時要給予足夠的重視。由于地理資料需要其他部門提供，所以需要上級領導給予協調和統一調度。GIS 的核心內容是數據，數據質量的好壞決定建立系統的成敗。建庫應包括系統數據庫和外部調用數據庫。數據庫設計應要求系統內的各類數據有統一的標準，同時分類編碼，采取嚴格的數據質量控制辦法。系統的開發會涉及許多標準化問題，如地理信息編碼、數據交換格式、基礎數據庫結構和圖形定制都有許多標準化問題，建立必要的規范和標準有利于數據的采集、調整、共享。同煤集團供水管線系統運行周期較長，因此需要一個保證其數據能及時更新、系統完善和改進的中長期預算。同時，該系統數據信息量大、數據類型多，管線與管點之間又有復雜的拓撲關系，因此要合理設計數據結構，充分重視系統分析和數據庫設計，以保證同煤集團供水管線系統高效穩定運行。

3 系統機構

在對同煤集團已有的管線資料分析的基礎上，建議系統的總體框架采用分層結構方案（見圖1）。

圖1 系統邏輯框架

圖1 可以分為5 個層次：

（1）表層，包括個人工作平臺；

（2）邏輯層，包括用戶認證訪問控制、授權以及業務管理系統，還應包括可能擴展的其他應用系統；

（3）中間層，包括數據訪問、運行引擎和二次開發接口等；

（4）數據層，包括元數據數據庫、空間數據庫、管線專題數據庫等；

（5）系統層，包括網絡硬件平臺和操作系統。

“五層結構”是在傳統兩層結構基礎上發展而來的，其優勢可以實現分布式數據處理。在幾個機器上同時運行一個應用程序，通過冗余配置還可以保證不會因為局部故障導致整個應用程序崩潰；在一個共享的中間層封裝了業務邏輯，不同客戶端應用程序可以共享同一個中間層，而不必由每個客戶端應用程序單獨實現業務邏輯；同時有利于系統安全。將敏感數據功能部分封裝在中間層，并授予不同訪問權限，可以保證對數據的訪問限制。

在系統的應用結構設計上，可以采用基于GIS 的結構設計方案，C/S+B/S 的結構體系。C/S 結構具有良好的人/機交互能力，對圖形數據具有很強的處理和編輯能力，對于空間數據的存取效率高，方便用戶開展管理工作。B/S 結構下的主要命令執行、數據計算都在服務器上完成，而且應用程序也安裝在服務器，客戶機幾乎是零安裝零維護，大大減輕了系統管理員的工作量，而且這種方式對客戶端的用戶數沒有限制。同時，所有日常辦公操作可通過瀏覽器完成。

C/S+B/S 模式開發信息管理系統可以采用多級分布式開發方式、3 層結構，表層、邏輯層、數據層相互獨立，最終用戶不直接與數據庫發生關系，不需要了解所訪問數據庫的技術細節，而把著眼點放在所要瀏覽的數據結果上，系統使用工作人員更容易提出對系統的要求并參與設計。表層頁面設計格式統一，數據層處理方法一致，重點在于按各項業務邏輯設計各種程序功能，每個頁面就是一個獨立程序模塊，邏輯清晰，能明顯提高軟件開發的效率，大大減輕復雜技術開發和后期維護的壓力。

4 網絡操作系統

網絡操作系統的選擇，根據項目的實際情況，我們選用Microsoft 公司的Windows Server 2012 版本。該操作系統功能強大，性能穩定，支持的硬件種類多，易于使用和維護。

網絡安全管理體系在結構上主要考慮安全對象和安全機制。安全對象主要包括網絡安全、系統安全、數據庫安全、信息安全、信息介質安全、設備安全、和電腦病毒防治等。

通過合理的網絡方案設計，使該骨干網絡實現物理鏈路與物理設備的備份，應用動態路由協議，做到網絡層次的自動備份。為避免出現網絡數據交換或者是業務模塊的單點故障，在特殊的網絡節點以及一些網絡業務模塊，采用雙機熱備份的設置。網絡的結構整體管理應配備網絡架構管理軟件，及時解決網絡配置不當、硬件故障、病毒攻擊等情況。規范管理主機操作系統的安裝配置，并建立可靠的系統漏洞自動修補機制，建立合理可靠的權限機制，加強數據訪問的認證和審核工作。建立可集中控制的網絡主機管理體系，即時解決各類主機問題。

5 系統管理

系統建成后，必須建立相應的行政管理制度才能保障系統的正常運行。基礎管網信息經過集中探測可以建庫，但管網建設卻在持續發展，要想使數據保持最新狀態，必須建立管線數據的動態更新機制，但GIS 系統更新需要多種技術和方法。我們必須根據現實情況，明確工作人員、職能，在外業單位實施管線探測的過程中跟蹤掌握管線的基礎建庫技術，確定流程方法，建立合理的數據更新機制，最終保證管線系統數據的動態更新。