地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)技術(shù)研究
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摘要：基于工作實際，從平臺選擇、數(shù)據(jù)庫建庫、系統(tǒng)采用的架構(gòu)等方面對地下管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)流程進行了闡述，地下管線因其具有隱蔽性，所以建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)具有重要意義，方便掌握地下管網(wǎng)的詳細(xì)資料信息，更好地為人們的生產(chǎn)、生活服務(wù)。
關(guān)鍵詞：地下管線；地形數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；ArcGIS
地下管網(wǎng)作為人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，具有規(guī)模大、范圍廣、種類多、空間分布復(fù)雜等特點，同時承擔(dān)著信息傳輸、能源輸送等和人民生活密切相關(guān)的重要功能，地下管線存在地下管線分布不清，分布不合理、地下管線超負(fù)荷、病態(tài)運行、對地下管線運行缺乏有效監(jiān)管、多頭管理等弊端，傳統(tǒng)的手工辦案方式已跟不上信息時代的城市規(guī)劃管理要求，因此，建立地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)成為信息化建設(shè)的重要組成部分，本文在遵循設(shè)計原則、性能的基礎(chǔ)上，對地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)建設(shè)中的開發(fā)平臺選擇、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計等方面進行了闡述。
1軟件的設(shè)計原則
根據(jù)軟件設(shè)計原則，軟件系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)本著高效、安全、實用、可擴充、標(biāo)準(zhǔn)性和開放性、完備性、方便管理、可更新等原則，遵循國家對信息化建設(shè)要求的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。（1）可用性。建成的系統(tǒng)應(yīng)具有較好的可用性，一方面能夠滿足用戶需求，另一方面人機交互操作窗口應(yīng)符合人性化設(shè)計，避免人為因素造成的失誤。（2）適用性和可擴充性。所設(shè)計的軟件應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)具有可擴充性，主要體現(xiàn)在能夠隨著用戶的增加或者用戶業(yè)務(wù)功能需求的增加不斷地進行擴充，軟件系統(tǒng)容易向升級系統(tǒng)過渡，同時在后期開發(fā)設(shè)計中，應(yīng)充分提高復(fù)用模塊的利用率，降低擴充的復(fù)雜性。（3）標(biāo)準(zhǔn)、開放。標(biāo)準(zhǔn)、開放是軟件設(shè)計的一個重要原則，不僅在軟件設(shè)計中應(yīng)充分考慮軟、硬件接口，還應(yīng)考慮與其他系統(tǒng)的互聯(lián)。
2性能方面
判斷一個系統(tǒng)的性能主要體現(xiàn)在可靠性、響應(yīng)時間、安全性、界面是否友好等多方面，響應(yīng)時間如操作平均響應(yīng)時間，數(shù)據(jù)存儲響應(yīng)時間；執(zhí)行相應(yīng)操作時是否會出現(xiàn)電腦死機；是否建立了安全機制來保障系統(tǒng)的安全性。
3系統(tǒng)開發(fā)平臺介紹
3.1GIS平臺
ArcGIS是美國ESRI公司研發(fā)的一套從低到高的GIS平臺系列產(chǎn)品，ESRI公司從事GIS理論研究、產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域擁有全球眾多用戶群體，可以滿足不同層次的用戶需求，在GIS領(lǐng)域具有不可替換的作用，其功能優(yōu)勢在空間分析、空間數(shù)據(jù)處理方面，遵循國際通用標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品建立在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和IT技術(shù)之上，有著完善的可擴展的體系結(jié)構(gòu)，具有公共組件庫，總體來說，ArcGIS其具有功能強大、可伸縮性、標(biāo)準(zhǔn)、開放和互操作性、技術(shù)成熟、安全穩(wěn)定、版本管理等優(yōu)勢。
3.2數(shù)據(jù)庫平臺
Oracle數(shù)據(jù)庫是甲骨文公司的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，是業(yè)界公認(rèn)的最高效、最穩(wěn)定的大型數(shù)據(jù)庫管理工具，在各領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，其在可移植性、高吞吐量、高效率、數(shù)據(jù)安全性、穩(wěn)定性、可擴充性方面優(yōu)勢突出，具有管理海量的空間和非空間信息數(shù)據(jù)，擁有成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，Oracle是目前最好和最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫平臺之一，基于以上優(yōu)勢，地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)數(shù)據(jù)庫采用Oracle，保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，通過ArcGIS空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE訪問數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
4數(shù)據(jù)庫技術(shù)
4.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲
通過空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE建立GIS和ORACLE連接，系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)存儲模型均基于GeoDatabase模型，針對行業(yè)數(shù)據(jù)進行適當(dāng)擴展。Geodatabase模型中的數(shù)據(jù)集（Dataset），要素類（Featureclass），關(guān)系類（Relationship）、柵格目錄（CatalogRaster）、地表（Terrain）、屬性表（Table）作為基本模型，幾何網(wǎng)絡(luò)（GeometryNetwork）、規(guī)則（Rule）、子類（Subtype）、域（Domain）作為數(shù)據(jù)庫擴展的模型支撐。
4.2數(shù)據(jù)庫建設(shè)
（1）管線信息數(shù)據(jù)庫。地下管線數(shù)據(jù)包括各類管點、管線及附屬設(shè)施的空間位置和幾何形狀、屬性信息等，組織數(shù)據(jù)時按照國家或地方標(biāo)準(zhǔn)對統(tǒng)一組織，每一類管線如給水管線分別對應(yīng)兩個表結(jié)構(gòu)，即給水管線點、給水管線。
（2）基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫。建立基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫，利用現(xiàn)有地形數(shù)據(jù)資源如控制點、境界與行政區(qū)劃、工礦設(shè)施、居民地、交通設(shè)施、管線附屬設(shè)施、水系、植被、地質(zhì)地貌等，分別建立子庫，每個子庫包含點、線、面、注記等數(shù)據(jù)層，根據(jù)1：500或1：1000全要素現(xiàn)勢地形數(shù)據(jù)庫，檢查完整性、編碼正確性、圖層規(guī)范性的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進行拼接、刪除偽節(jié)點、重復(fù)實體、高程注記打散等預(yù)處理后，整理合并為矢量基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)。
（3）索引數(shù)據(jù)。索引數(shù)據(jù)包括地名點數(shù)據(jù)、道路中心線、圖幅數(shù)據(jù)。其中基礎(chǔ)索引點采用ArcGIS中ArcToolbox工具中的要素轉(zhuǎn)點（Featuretopoint）功能轉(zhuǎn)出地名索引點，轉(zhuǎn)出后按文本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容補充屬性字段名稱；基礎(chǔ)索引線即道路中心線或地形中提供了道路中心線則要直接轉(zhuǎn)換，或無提供道路中心線需要人工矢量化，注意遇到橋梁、隧道、車渡等處不能斷開以保證道路連續(xù)性；基礎(chǔ)索引面可采用拓?fù)涑蓞^(qū)或配準(zhǔn)矢量化構(gòu)面。
（4）系統(tǒng)配置元數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配置元數(shù)據(jù)主要記錄的是管線和地形數(shù)據(jù)的圖層及字段、符號等配置信息。
5系統(tǒng)體系架構(gòu)
地下管網(wǎng)信息管理體系結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的三層體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)層、邏輯層和表現(xiàn)層三個不同的應(yīng)用層次，如圖1所示。
（1）數(shù)據(jù)層：用來儲、管理系統(tǒng)中的管線數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)。
（2）邏輯層：使用ArcGISServer標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)版和ArcEngine負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)，并通過Internet服務(wù)技術(shù)對外地圖服務(wù)。
（3）應(yīng)用層：地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)建設(shè)，該系統(tǒng)能夠滿足內(nèi)部辦公、規(guī)劃及社會公眾的需要。
6系統(tǒng)功能介紹
系統(tǒng)在查詢統(tǒng)計、決策分析、圖形輸出、管線數(shù)據(jù)入庫、管線編輯等功能方面具有明顯優(yōu)勢：
（1）視圖顯示。為方便控制系統(tǒng)中地圖的顯示范圍，系統(tǒng)提供放大、縮小、前一視圖、后一視圖、漫游等工具方便對系統(tǒng)地圖視野的控制。
（2）查詢功能。為方便查詢管線信息，系統(tǒng)提供了查詢功能，查詢可通過兩種方式查詢，通過管線圖形信息查詢屬性信息，通過屬性信息查詢出管線并定位到管線位置，即一種方式是根據(jù)圖上管線圖形查詢管線的具體起始點號、終止點號、埋深、材質(zhì)、管徑、高程等重要信息；一種可根據(jù)設(shè)置管線屬性信息如管線材質(zhì)、管線管徑等在系統(tǒng)中定位到該屬性的管線的具體位置。
（3）統(tǒng)計功能。管線數(shù)據(jù)入庫后，為保證入庫后的管線數(shù)據(jù)的工作量和外業(yè)測繪成果統(tǒng)計一致，系統(tǒng)提供了管線統(tǒng)計功能，通過統(tǒng)計功能可按權(quán)屬單位、所在道路、管徑等屬性統(tǒng)計給水、排水、燃?xì)?、電力、熱力等某類或某個數(shù)據(jù)管線的長度、管點數(shù)量，統(tǒng)計結(jié)果可以圖形或?qū)С鯡XCEL方式進行查看。
（4）定位功能。通過輸入索引數(shù)據(jù)如地名、道路、圖幅數(shù)據(jù)快速找到要查看的管線的位置，也可通過輸入坐標(biāo)值對管線位置進行定位。
（5）輔助工具。通過標(biāo)尺丈量工具可進行距離、角度、面積等的量測，通過標(biāo)注可將管線屬性信息標(biāo)注到地圖上，如果批量管線可通過管線扯旗標(biāo)注功能將不同管線的各屬性信息標(biāo)注到地圖上；單根管線或管點可用單管點、單管線屬性標(biāo)注完成屬性信息的標(biāo)注。
（6）決策分析。通過橫斷面、縱斷面分析圖為規(guī)劃施工設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考；通過水平、垂直凈距、覆土深度分析功能來查看管線鋪設(shè)是否符合國家規(guī)范；同時通過爆管、火災(zāi)搶險功能為人們的生產(chǎn)、生活服務(wù)，盡可能地減少損失。
（7）圖形輸出。為方便設(shè)計人員、管線權(quán)屬單位查看數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供圖形輸出功能，可將橫、縱面圖或者管線平面圖打印輸出，為設(shè)計人員提供數(shù)據(jù)參考。
（8）管線編輯。為保證數(shù)據(jù)的安全性，進行編輯前需要注冊需要編輯的管線數(shù)據(jù)，然后才能執(zhí)行管線編輯功能，若是少量的管線數(shù)據(jù)，可利用管線編輯功能完成對管點、管線數(shù)據(jù)的屬性信息修改，如修改管線、管點屬性信息，刪除管點、管線等，編輯完后提交到數(shù)據(jù)庫中完成管線的編輯。
（9）系統(tǒng)設(shè)置。系統(tǒng)提供系統(tǒng)設(shè)置功能，提供對管線、地形圖層、字段、符號、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)設(shè)置功能，如根據(jù)國家規(guī)范設(shè)置給水管線藍色、電力管線紅色等，同時設(shè)置閥門、污水篦子、路燈等管點符號；根據(jù)規(guī)范配置管線字段信息，如起始點號、終止點號、起點埋深、終點埋深、高程、管徑、材質(zhì)等，管點字段信息如物探點號、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、特征、附屬物，設(shè)置不同管類間的水平凈距值、垂直凈距值、覆土深度值供分析使用。
（10）管線入庫。外業(yè)數(shù)據(jù)提交的成果一般是mdb數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)只有管線屬性記錄信息，并無管線圖形信息，為使管線既具有管線的屬性信息，又有圖形信息，需要通過管線入庫功能將外業(yè)提供給的數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)為GIS格式數(shù)據(jù)，方便軟件系統(tǒng)對管線數(shù)據(jù)的查詢、管理、分析功能。
7結(jié)語
地下管線一直是城市的“血管”和“神經(jīng)”，地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)信息化水平和人們的生活息息相關(guān)，隨著計算機技術(shù)、智慧云技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)必將朝向智慧化、智能化、精細(xì)化方向發(fā)展，更好地為社會生產(chǎn)、生活提供便捷服務(wù)。
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作者：宋愛琪 任學(xué)申 姜楠 單位：山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司
