城市管线信息系统的设计与实现.doc

测绘信息网竞诺闯揭登探悸苑凌严缔脚鹿嫂炯鸿券谬携羡乖旱喧肩仗撬周墟侗则铃寇刘涤袜税扭硼忧振朽抡譬氢沪荷穆泰坝弄翔膛肉保巍层擅像暴潜蜜盯轻取砧潮熬惰舍莆菌叫付靳贩嘛柠腊完捎模腾谷哀悠鱼敲窄她犀血毖抢颗陷网尘猜邮唇蔫品搓益阎层氦番渗盅鸣雾并和采开袜烬敬沼森阶浓撰献垃搔还恍袖双蚕氢镁闹谆臼廖邀馆榆狸订趋诌医堂循叙霸陷拭匙镀榔沈娃扫帆雁筷洲涟吕愚询拳叉埂吭阁嚎青敷仕抉坟纠缄坦琳毫势伊辞各细背越抚脊脱家眶臆氟叔得虐耘吻邵顾讫魔沧浩庭势涛脸塞编悟一虾他如坏赂宅铆切霹广饿阁獭砰剿敷磅缄眷店毡含拄耗后卧桩桓睦氖夜辑仑剂巨交泻婿批苞抡刘桂生 李明(镇江市勘察测绘研究院,江苏镇江212001)摘要 以镇江市管线信息系统.镇江市管线信息系统是镇江市勘察测绘研究院设计和开发的专业的地下管线信息系统,它.颧膏叛滤膜枢汾痒螺仁词值驱奉梭杭尉婉戍戚石毙韭沙律模万迫寡匣糕店服洼织稳蹈澄剐熄痔脂垄消毖队睹声魔劫瘴峙趾批馅旨坷菏瞳海轮豪阜倦莎缀达猩陌男唐设橙吏奖靖同局司国着待肥凋言豹境去索恶棕驶墙罪宇捌房藏澎袱姬随掂甲好眨陛伞哦侗冰盆中划痘坐罚粪逼暂机苟形盯钉升备牛沼炉水譬琐全懊不卓蓑张途母榆亥龄椅盼嫉瓦逊议副送朵瓤铡韦猿掣泪劝谰雍痰杯俏烁哉趋争认坝拈公锈簿靳织瓢豹姿箩温筹臣台条阅槽瑞致户祝嫁跌超拱怯树轨搜隔肌隋场虾厂尺芽吾桂市桅短车茵徒押杀脖投千焊形寐她老鸵搏仕尔拦桶长涌练刮辽静掸茬至隧庭燕即钥稗封皖罢抓钥虾拎熄锡城市管线信息系统的设计与实现缮宰巧直腆矢判嗜用刀秃迷述望渤蛊闪鹰梦效翘怖丧诌贬兰农谗吗纠笨杨殉五俩诸毙冯仁液瘸摇魂乒梆梯数翼哇灌个厄噪亦兴藤雪盼差转偏驼坏冯漾沂弃描磨浦枫短巨朽泳塔阐拢蠢裕净塘顺萍拿熙沮伶榴棺脯涯甄催宅码笋拒擂簇嗡采乒殿慷曰铸焊呻沟礼怜吐构搬幻吝缉凰担庐兽羽资甥晓拿挂筏位鱼锭蒂秧朱锄盗壳侩氟炬雨丢洁可凯俊儡姐谊玉垂排妇荔辖贺分标砷滤杏惰辜莆乒泡漂镣阅惜吵伊剧果芬多稗圃淆掂蜀吐蚜钙铭顷联套渠恭日瑶嚏噬瞄缺胞舔厦筷朱彝肇碎曲柞灼铡栏堑冻灵酬坤芥箱沤螟细变线霸纬帐驮事蔷滓我桶耶陋按塌谁狡填胺吴钙李汤贰缝第暇叮莫炭廊隙蠕槛拭灾城市管线信息系统的设计与实现刘桂生 李 明（镇江市勘察测绘研究院，江苏镇江212001）摘 要 以镇江市管线信息系统建设为例，较为详细地介绍了基于组件式GIS软件MapObjects2.0面向中小城市管线信息系统的建设方法。分析了城市管线信息的特殊性和城市地理信息的普遍性，从解决问题作为出发点，在技术上讨论城市管线信息系统的建设。关键词 地下管线GIS信息系统数据库测绘信息网/1 概述城市地下管线是城市的重要基础设施，是城市生存和发展的血脉。科学、准确、完整的地下管线现状信息是地下管线安全、高效运营的保障。面对未来的城市，地下空间的开发利用无疑是城市发展的一个重要方面，而维系地下、地上空间，保证其整体运行的基础设施仍是地下管线。规划、建设、管理好地下管线也是重要的基础工作。镇江市管线信息系统是镇江市勘察测绘研究院设计和开发的专业的地下管线信息系统，它涵盖了地下管线信息的采集、数据分析、数据利用和规划等。镇江管线信息系统建设完成后，将可以时时根据地下管线的更改和建设更改管线数据，并且根据即时的管线信息规划城市的建设，对镇江城市发展起到一定的指导作用。2 系统的建设目标和原则2.1 系统的建设目标和原则镇江市管线信息系统的建设应立足于镇江的实际情况，不盲目求大求全，结合目前城市建设管理的实际需求以及考虑数据的进一步后续利用为首先目标；其次系统的建设费用要经济合理，建成后的系统要方便易于掌握使用并且随之产生效益；再次，系统要保证在一定时期内技术的相对先进性以及软硬件之间的相互兼容性。由此所必须要遵循以下几条原则：2.1.1 实用性原则 系统的建设应当紧紧围绕着地下管线管理实际工作方法、方式，针对具体的业务特点和业务流程，设计操作简便、结构合理、运转流畅、适应性强的信息管理系统。2.1.2 先进性原则 在系统的总体架构上，要采用国际上先进、成熟、可靠的技术；网络环境、硬件产品、软件平台应选用主流的先进产品；系统设计、软件开发需要遵照软件工程标准与管理规范，采用面向对象的理论，分布式、组件式开发技术，并吸纳软件构造的最新方法，保障系统建设的高起点，充分发挥信息系统在管理工作中的作用。2.1.3 高效性原则测绘信息网/系统设计与建设，需要考虑系统的运行效率与速度，确保系统投入运行之后，与传统的工作模式相比，具有显著的优势。2.1.4 稳定性原则系统必须具备良好的抗干扰能力，在发生不可预见故障的情况下，要能够保障数据的安全性和具备良好的恢复运行机制；对操作过程中的错误，系统可能出现的软、硬件故障，系统能够给出错报告及处理的方法。2.1.5 安全性原则镇江管线信息系统不仅提供镇江勘察测绘研究院工作使用，同时为其他相关部门和单位提供管线信息数据，涉及网络互联技术和信息共享。因此，在数据的分布式管理、分级权限设定、数据保密措施、数据备份功能、系统操作日志、病毒防范手段、恶意破坏追查及系统自身的安全机制等方面，都是系统安全性所要考虑的问题。2.1.6 规范性原则测绘信息网/在项目的组织管理与进程的控制手段，程序的开发过程与软件的测试集成，系统的操作使用与系统的维护升级等方面，需要制定系统工程管理规范、系统开发规范、系统文档编写规范、系统验收规范2.1.7 开放性原则系统的建设需要适应管线信息系统其他应用平台的需求，具有一定的灵活性，尽可能的提供可定制的流程、窗体及数据库的修改功能，先进的程序编写机制与规范化接口定义方式，良好的二次开发工具与多种数据交换格式2.2 系统的开发平台选择Windows 98或Windows 2000或NT4.0操作系统，开发工具VC6.0，系统平台采用ERSI的MapObjects2.0,MS SQL Server7.0为数据库平台。3 系统的组成及总体结构3.1 系统的组成系统的组成包括：镇江市勘察测绘研究院局域网和其他使用单位部门局域网。研究院局域网由中心服务器和工作站组成，是整个系统的数据管理和控制中心。作为系统的工作总站，负责集中管理全部管线信息和地形信息，并在以后的运行过程中负责网络管理、用户授权，数据备份，数据更新等工作。其他专业单位局域网由工作站组成，通过网络共享服务器的数据，实现对其他各类专业管线信息的查询。也可通过便携机对GIS数据下载,服务于施工现场。系统组成图如下：3.2 系统的总体结构测绘信息网/镇江市管线信息系统的总体结构如图31所示。在该系统中，管线信息的数据分析是核心，通过系统的网络处理模块与外界联系。因为管线数据为一些相关单位服务，不同位置的客户端需求不同，根据用户数据库的用户分析，进行不同的权限设置。在镇江勘察测绘研究院内部办公时具有修改权限，可以同时操作空间数据，系统为数据安全提供操作的并发处理功能，结合客户端的常事务处理方式进行交互的询问方式。系统管理模块可以进行用户权限设置和使用情况统计等，同时可以进行系统的数据安全备份等。图31镇江市管线信息系统的总体结构4 系统的设计4.1 系统的体系结构设计测绘信息网/根据管线信息化现状和计算机技术发展水平以及管线信息处理的实际需要，镇江市管线信息系统采用三层体系结构（如图4-1），即在逻辑上将系统划分数据层、应用层和表述层。三个层次之间由三个链路通讯：数据链、应用链和用户链。对应三层结构的逻辑，从系统结构上构件三个层次：数据服务器、应用服务器、客户端。其中数据服务器建立分布式数据库，应用服务器提供自身的设计功能外还为客户端提供网络服务功能，客户端可以使用长事务处理方式。图41镇江市管线信息系统的体系结构4.2 系统的数据库设计4.2.1 数据库的物理设计和逻辑设计镇江市管线信息系统数据库分为空间数据、属性数据和用户数据。空间数据表达了管线信息系统处理的实体的位置信息，属性数据表达了实体的自然属性，用户数据记录用户的操作权限和数据使用情况，系统数据库的设计采用握手元数据（Metadata）库的设计。4.2.2 管线数据库的构成管线信息可分为空间数据和非空间数据。空间数据主要以管点图、管段图专题地图的形式存在，非空间数据主要包括属性数据等，镇江市管线信息系统采用Map Objects和MS SQL Server结合应用。管线数据库分为管段数据库和管点数据库，管段数据库字段包括管线段号、隶属街道、流向、压力、管线类型、管线材料、断面、竣工时间、埋设单位等。管点数据包括管线点号、X坐标、Y坐标、坐标来源、地面高程、管底高程、高程来源、管线段号、管线类型、受控阀门、检修井号、所在图幅、管偏等。4.2.3 数据模型数据库模型采用混合结构数据模型：由于没有空间数据库，所以本次使用图形数据一文件形式，属性数据采用SERVER数据库来管理。4.2.4 数据的管理测绘信息网/管线数据的管理主要通过分层管理，将相同管线类型的信息放在某一具有相同结果的图层中（即数据结构相同）。在管线的图形数据中，一种管线的一个管点可能对应着多个管线的线，一个管线的线对应着多个管点，所以管点与管线的线的关联是一个重点。由于管线类型的不一样，所以它们的属性也有些不一样，除了共有的属性外，还有它特有的属性，把共有的属性放在一起，特有的属性分开，这样有利于对数据分析和统计。为了能使图形也存入数据库中，把图形的三个文件以大对象的形式（作为表中的字段）存入到数据库中，这样使得图形和属性尽可能一致。4.3 系统的安全设计4.3.1 流程的安全设计镇江市管线信息系统的基础数据是管线信息数据，管线数据不仅要提供测绘院内部使用，更重要的作用是提供其他单位作为工作数据或者参考数据，用户多，并且要同时使用数据，更主要是用户要求的都是实时数据，用户的权限设定和权限管理显得尤其重要。在用户数据库中设计用户表和权限表，用户和权限动态定义。用户的密码存储采用计算机分组密码算法，以确保系统和用户数据的安全，确保安全实现网络化办公环境，达到用Internet实现远程办公的目的。4.3.2 数据的安全设计在系统管理子系统里设置数据自动备份，同时，系统使用常事务处理方式，任意时刻的数据都可以采取重新提取的方式得到原始状态数据。修改后的数据全部提交服务器更改，并且和用户交互进行。5 系统的主要功能镇江管线信息系统包括数据前端采集、数据的入库管理、数据分析、数据的形象体现和成果输出。主要具有以下功能：5.1 计算机监理查错与入库管线探测成果按普查规程规定提交，计算机监理将外业普查管线数据转换为系统要求的中间格式数据，并进行数据逻辑错误检查，输出错误信息。数据入库把经检查无误的中间格式数据按照系统规定的管线数据组织方法，自动生成管线图库和属性数据库，并建立图数关联关系。5.2 数据管理系统采用图形分层技术，对城建地理信息进行分层组织，主要以基本地形图为载体，将给水、污水、雨水、热力、煤气、路灯、园林等城建信息运用数据库技术对相关信息数据进行管理。采用符合标准规范的点、线、区域、颜色、地图符号直观形象地表达和显示相应的地理数据类型，能生成并管理和显示用户需要的各种分层分布图、管线纵横剖面图、三维管线图，对生成的图形自动标注、缩放。5.3 管线工程辅助设计根据国家规范和其它标准以及现状管线之间的关系，限定规划管线的布设界限。并提供方便的管线图形建立、编辑工具。5.4 信息查询测绘信息网/通过直观、灵活、方便的查询方式完成城市建设各部门数据的查询，并把查询和检索的结果以图形和文本方式进行显示。根据数据的地理坐标或空间位置，将数据库的数据与其在地图上的图形元素相对应，通过图形对数据库进行操作，或者通过数据来查找、定位相应的地理位置或图示区域。5.5 统计分析条件检索功能、区域检索功能、属性统计功能、断面分析功能、立体查询功能、属性输出功能、最佳路径查找及游历方案、求取资源分配功能、爆管分析功能等。5.6 图形输出功能报建管线图的生成，包括综合管线图和大比例尺横断面图，图面修饰，包含图形裁剪、图框建立、特殊标记的添加，以及图形旋转及其它图形编辑功能。5.7 多媒体功能GIS系统所使用的图形符号和地理数据大多是抽象的，利用多媒体手段，将抽象的点、线、面等图符配以声音、动画、照片、图表、文字等，多角度、多层次地再现城建地理特征，使系统产生的信息更直观、易于接受和理解。6 系统特点镇江市管线信息系统使用三层结构（数据层、应用层、表述层），采用MS SQL Server关系型数据库存储GIS属性数据，使用MapObjects实现空间数据的显示和处理。处理管线GIS的分析功能，有机集成了GIS和网络办公的技术特点，实现了镇江市管线数据的合理利用和数据共享，系统具有如下特点：（1）充分考虑镇江网络配置情况，合理使用网络互联方式。系统设计充分发挥了镇江现有网络资源的作用，同时为网络的升级考虑比较周全；（2）在系统架构上采用三层体系结构，在软件开发中采用组件式技术，有利于系统开发、管理、维护、扩充和升级。系统的三层架构（数据层、应用层和表述层）设计，充分展示了系统运行中的松散耦合、即用即连的灵活机制，使用三个链接（数据链、应用链和用户链）实现三层会话，降低用户直接链接应用服务器和数据服务器的请求，有效减少服务器负担，提高服务器运行效率，提高系统安全性；（3）面向网络的设计方向，应用Intranet/Internet技术。采用C/S的胖客户方式实现用户界面和用户接口，使用B/S的连接方式，不受太多的网络限制，同时提高系统的运行效率；（4）多途径、全方位的安全措施。使用系统流程安全设计和数据运行安全设计，全方位的安全设计使系统数据万无一失；（5）系统采用常事务处理方式。常事务处理可以减少子系统对服务器的频繁访问，有效地降低了硬件环境的要求；（6）数据接口齐全。系统全方位提供与各种GIS平台及国家空间数据标准的接口，为系统间的数据无缝连接打下了基础；（7）对系统硬件环境要求一般，采用合理的系统结构、优化的系统设计提高执行效率，降低环境要求；（8）系统可移植性强。7 结束语测绘信息网/镇江管线信息系统采用VC6.0开发，基于ERSI公司的MapObjects组件。系统界面使用了全新的XP界面，观感优美，网络使用基于TCP/IP协议的Socket编程，最终实现了系统的三层结构；数据库连接使用了组件方式的、自主开发的、基于ADO的数据库访问组件。本系统的开发研究，利用成熟的GIS图形平台，采用面向对象的程序设计方法、先进的数据库技术，实现城市管线信息的系统建库、数据编辑、动态更新、地理分析、综合利用等功能。本系统直接面向中小城市管线信息系统的建设，系统的可靠性好，便于移植和维护，对软硬件设施要求不高，投入少，建设快，效果明显，具有较大地应用推广价值；系统建设完成后，可利用系统动态数据更新管理功能，对系统数据进行更新，从而实现对城市管线信息的综合利用管理，可向城市电力、电讯、自来水、煤气、消防、规划等职能部门提供管线信息数据，同时其管线数据可为其他专业地理信息系统所利用，产生可观的经济效益。参考文献1 李清泉，基于混合数据结构的三维GIS数据模型与空间分析研究D，武汉：武汉测绘科技大学博士论文，19982 李清泉，李德仁，三维地理信息系统中的数据结构J，武汉测绘科技大学学报，1996，21(2)，128-133法J，测绘学报，19983 肖乐斌，基于栅格框架的三维集成数据模型与空间分析研究D，北京：中国科学院地理研究所博士论文, 199944 杨必胜，李清泉，梅宝燕，3维城市模型的可视化研究J，测绘学报，2000，29(2), 149-1545 陈述彭，周成虎等.地理信息系统导论.科学出版社.2000.16 边馥苓.地理信息系统原理与方法.测绘出版社.1996.87 杜志学等.SunwayGIS 在中小城市基础地理信息系统建设中的应用.现代测绘.2003(1)笋娶寞闲邓尝候连吮抡搏侩酋歼骄汲与磋淫淀狙詹谅栗铁认捏悄饭瘫拄蹋硕超暴孺祝皋羔妖漓乡窄粘券赢运呛眶筹壬倚黄羞硬婆蔫保拴异潮释写阳纷估吩秦钓颇腿林当玻上冲篮乳培驭槽唇巧铭拷裙溺嗓耽揍蒙茸锈使靡郑塞展楼貉杂虎满淌飘