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城市地下综合管网地理信息系统

2018-07-20 07:22

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城市地下综合管网地理信息系统
孟亚锋 张淑英
兰州铁道学院环境科学与工程学院
【摘要】管网资料的手工管理方式与城市化发展的矛盾日益突出,这种现实要求管网管理单位尽快建立管网信息管理的计算机系统,为了有效管理和利用管网数据,管网信息系统必须以地理信息系统为基础来建立。本文阐述了综合管网管理信息化的发展状况,建立地下综合管网GIS的要求及其设计思想、原则,提出了要实现的目标和系统建设中所应注意的问题,并对地下综合管网的GIS的发展作了展望。
【关键词】地理信息系统 管理信息化 地下综合管网
1 引言
  地下综合管网是城市建设的重要内容和城市生存和发展的生命线,加强综合管网资料的管理对城市的安全和发展具有重大意义。当前我国城市化水平不断提高,基础建设发展迅速,在城市区域内已初步形成大规模的错综复杂的地下综合管网,形成大量管网资料需要处理,但传统的手工制图,靠人工记忆管理和人工统计、分析的手工管理方式效率低下。很难适应这种快速发展的海量数据库的要求,造成大量浪费并阻碍了维护效率和服务水平的进一步提高。对信息的处理和分析,计算机有得天独厚的优势,近年来GIS技术发展和成熟,为计算机从事综合管网GIS管理提供了充分的手段,因此用计算机技术实现地下综合管网管理,步入规范化、自动化、科学化的轨道,不仅是迫切的需要,而且也是切实可行的。
2 综合管网管理信息化的发展过程
  从国内外的发展来看,在计算机构建综合管网信息系统时,经历了以下几个过程。
  第一种是走管理信息系统的路子,运用数据库管理系统(MIS),对综合管网资料整理录入,放在数据库系统中,具有常规的属性数据管理功能,如录入、修改、查询等。这种方式可有效管理综合管网属性数据和资料。便于查询分类,但不具备管理图形能力,不能对空间数据进行检索和分析。
  第二种是MIS与图形相结合,但仍使用MIS来存放和处理属性数据,图形则另外通过图形系统(如AutoCAD)来录入,以文件形式单独存储。这种方案只是把MIS的思路简单扩展到图形数据上。属性数据和图形数据分离,彼此不相关联,图形本身所蕴涵的丰富信息不能被系统自动识别、提取和利用。
  第三种是图形和数据库挂接,或采用桌面信息系统。它是利用属性数据表中扩展字段来存储对应图形的数据索引,将图形与对应的属性记录关联起来,从而实现目数互查。由于实现了图形和属性的关联,使图元具有了意义,为基于空间数据的检索分析奠定了基础。但它也有很大缺陷:图形和属性的松散耦合导致关联关系的维护比较复杂。图元间的拓扑关系无法有效的管理,许多重要的深层次分析难以完成,即使能实现,效率也很低。一般只能对单一图幅进行管理,对海量数据的一体化管理缺乏有效手段,不利于空间分析和检索。三维数据处理能力也比较低。
  综合管网信息和与之相关的地形、环境信息从根本上是地理信息。地理信息具有空间定位、数据量巨大、信息载体多的特点,由于传统的MIS的数据模拟主要针对简单对象,因此其管理的概念和方法很难有效管理和分析复杂的地理信息。地理信息系统是一种管理和研究空间位置和属性数据的信息系统。它对空间数据或属性数据进行分析处理,研究各种空间实体及相互关系,根据实际需求,通过多种因素综合分析,适时提供多种空间和动态的地理信息,满足人们对空间信息的要求,并借助特有的空间分析功能和可视化表达,进行各种辅助决策、动态模拟和统计分析等服务。GIS技术将地理信息相关的空间位置、属性特征进行统一管理,按一种全新的方式组织和使用地理信息。由于GIS技术的不断发展以及它所具有的特点和优点,采用地理信息系统来真正实现综合管网的空间数据、属性数据、拓扑关系的一体化管理,已成为构建综合管网信息系统的必由之路。
3 地下综合管网GIS的设计思想
1.地下综合管网GIS,包括了城市地下各类综合管网,系统较为庞大,要合理划分子系统,应使子系统面向用户。
2.系统在具有整体性的前提下,各子系统模块应具有统一性。
3.子系统或功能模块要具有可分性和唯一性。也就是在功能上不与其他子系统重复,而在系统内是唯一的,这就减少了模块之间的相互影响,简化了开发工作。
4.按功能相关性和完整性的原则,把逻辑功能和信息交换紧密的部分以及在同一任务下的处理过程放在同一子系统中。
5.功能模块与系统主控部分要有很强的接口能力,使模块具有可拆卸性,以便与更新和不断优化。
4 地下综合管网Gis的设计原则
4 系统总体设计应遵循以下原则:
1.面向用户原则
系统要解决用户实际问题,满足日常综合管网管理工作的需要,系统要易于用户操作。
2.先进性原则
系统的开发要基于较高的层次,利用当前成熟的技术保证系统的性能。
3.可靠性原则
系统的硬、软件,编码体系,各功能模块要有扩充的余地,并保证具有相当的兼容性、稳定性。
4.标准化、规范化原则
系统按GIS标推化设计与开发,并要遵循国家、地方行业技术标准和规范。
5.遵循软件工程方法原则
本系统的开发是一项较大且复杂的软件工程项目,必须遵循的软件工程方法,用工程化的思想去设计和实现。严格按照软件需求分析、软件设计、软件编码、软件测试、和软件维护这几个阶段进行。具体可采用原形法,并吸取结构(模块)化方法和向先对象方法的长处,形成优势互补。
5 主要技求方案及要求
1.在构建综合管网地理信息系统时,若完全由自己独立开发,难度大,开发周期长,并且稳定性和可靠性难以保证。一般选用现有的GIS作开发平台,但市场上GIS产品比较多,选择时就要根据所建系统的大小、经济情况、自己的具体要求和所选GIS产品的特点而定。
2.为了给不同层次的管理人员提供直观、形象的查询统计功能,系统应界面友好,能实现全图形化维护、管理及查询检索功能和图形对象与属性数据的双向连动,以便用户方便的了解相关信息,做出相关的分析和决策。
3.针对城市地下综合管网有电情、电力、给水、排水、燃气、暧气等多种类型的特点,设计分层管理体制,可方便的对不同层综合管网和地图进行开关操作,允许不同层综合管网具有不同的属性结构,并可按道路、街区地址、用户单位、图幅等多种形式调图。
4.三维显示查询:对于综合管网较密集的地方,可通过三维窗口放大显示,并可通过改变视角观察重叠在一起的综合管网和对三维综合管网进行查询。
5.查询手段丰富:系统可根据不同条件对综合管网进行查询、统计,并可提供丰富的分析和输出功能。
6.系统可实现给水、排水、煤气等专业综合管网之间的数据传递,使城市综合管网综合管理部门同各专业综合管网管理部门之间建立完善的综合管网管理体系成为可能。
7.数据接口转换使系统实现与若干其它数据格式间的数据转换,比如把使用普遍的CAD数据格式或是外业直接测量的数据格式与系统的数据格式可方便的转化,从而达到数据资源的共享。
一个功能齐备的GIS软件,应该具有自动维护空间拓扑、有效管理海量数据、具有图库管理、数字地形模型、空间分析检索等模块,综合管网信息化应当是采用以此为基本特征的GIS软件。
6 地下综合管网GIS的功能
  构建综合管网信息系统应充分利用GIS提供的多源地理信息一体化管理能力、空间查询、分析和辅助决策能力,重视综合管网数据特点,紧密结合管网管理的工作实际,一个运用GIS技术建立的城市地下综合管网GIS,不仅能提供规划、决策所需要的各种综合管阿图形(某种管网的专题图,反映各种综合管网空间关系的综合空间图,综合管网的纵横剖面图等)、报表,而且具备分析功能(计算图上综合管网长度、比较综合管网容量、空间查询、电子规划等),还要有一定的超前性。城市发展速度明显加快,管网变更频繁,管网管理方式、管理制度都不断改进,综合管网GIS就应具有适当的弹性,能适应这种变化。
  一个完备的综合管网信息系统应具备以下基本功能:
1.综合管网普查结果的图形数据和属性数据快速入库功能。
2.图形数据分层、分区显示、输出、编辑功能。
3.属性数据和报表的生成。
4.图形数据和属性数据的相互检索与同步更新功能。
5.图库管理功能。
6.综合查询功能。
7.综合管网优化和运行调度功能。
8.综合管网维护和事故处理功能。
9.综合管网工程规划功能。
10.综合管网工程辅助设计功能。
7 系统建设过程中应注意的问题
  地下综合管网地理信息系统与传统的MIS不同,它是一项的建设规模大、内容复杂系统工程,合理组织,协调关系,制定正确的开发策略,对结果有重要意义。因此,该系统开发与建设无论在技术、指导思想和管理等方面都有一些应注意的问题。
1.充分的调查分析
  归根到底,系统的开发建设是为用户服务的,必须重视和照顾用户的需求,进行充分的用户需求调查,对用户的运行机制、信息流程、现有数据基础、用户对系统和产品的要求等方面作详细研究,作出认真的方案设计,并在开发过程中,根据使用者的意见,不断修正设计方案,对系统进行调整和完善,逐渐完善成为切实实用且功能完善的系统。
2.协调关系,统一安排
  数据的收集和更新,以及关于数据更新、共享方面的协调和管理是系统建设过程中一大难点,也就是组织协调问题。这种协调在不同部门间进行,若各部门没有统一的领导和规划,由于资料各有归属,则会在工作出现难以逾越的障碍。
3.对建库工作应加以重视
  软硬件肯定应给予足够投入,但建库同样应与重视。建库是GIS的核心,建库包括数据库设计和数据录入,数据库设计要求对系统内的各类数据模型和结构、数据标准化、分类编码。数据采集与编辑数据录入则是一项劳动密集型工作,须对录入人员先期培训,并采取一套严格的质量控制办法。
4.标准化问题
  系统的开发建设涉及到许多标准化问题,如地理信息编码、数据交换格式、基础数据库结构和图形定制都有标准化问题,要求其符合一定的规范和标准,以利于数据的交换、共享、检索、更新和已建系统的推广应用。尽量在开发建设过程中注意标
准化问题。
5.要具有长期规划
  GIS建设是一个长期的工程项目,运行周期较长。因此,应有一个保证其数据更新、模型改进以及软件版本升级的长期预算。
6.数据结构的合理性
  因地下综合管网GIS中数据类型多、数据量大、各类数据间又有交叉复杂的拓扑关系,因此数据结构的合理性非常重要,在系统分析和结构设计时应充分重视,以保证系统高速稳定运行。
8 地下综合管网GIS的未来发展
  随着计算机和GIS技术发展以及需求的不断深入,地下综合管网GIS也将不断发展。以下几个方向正日益受到关注:
1.面向对象的应用
  可以使地下综合管网GIS具有更丰富的语义表达能力,并具有模拟和操纵复杂地理对象的能力。
2.与互联网结合
  采用互联网技术的地下综合管网GIS可有效拓展工作站点的分布区域,使Internet用户可以从任意一个节点上例览GIS站点中的空间数据、专题图、以及进行各种空间检索和空间分析,使GIS真正成为信息社会的空间信息传媒和分析决策工具。
3.与日常办公更紧密结合
  地下综合管网GIS需更紧密地集成办公环境下的各类数据,将工作流的概念引入综合管网管理,使得与综合管网相关的所有办公环节构成一个整体。
4.向综合的集成系统发展
  地下综合管网GIS广泛集成GIS技术、GPS技术、多媒体技术、CAD技术、人工智能技术,从进行城市地下综合管网数据的采集、管理、综合分析与处理的技术系统向功能强大的空间决策支持系统或专家系统发展。
9 结束语
  随着人类进入信息化为主的知识时代,信息化的浪潮正席卷全球,信息资源的建设具有至关重要的意义。面对包罗万向的信息和有限的空间资源,如何产生最大的效益,是城市管理、规划和企业竞争所面临的共同课题,利用GIS技术,使管理者彻底摆脱繁重的手工操作,利用信息系统辅助管理和决策/分析,提高工作的科学化、规范化水平。充分利用各种社会信息,保证资料的正确性,提高查询速度,促进信息共享。GIS的应用己渗透社会活动的每一环节,建立高效,覆盖全社会的公用空间数据网络系统,提供全面、准确的空间数据服务,供生产管理使用,使GIS成为社会发展的新的增长点和支配力量、成为社会发展的迫切需要