淺談地理信息GIS系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的思路

傅天愉 廣州市自來(lái)水公司 510600

淺談地理信息GIS系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的思路

傅天愉 廣州市自來(lái)水公司 510600

1.引言

廣州自來(lái)水公司信息化建設(shè)設(shè)在近幾年的發(fā)展可以說(shuō)是突飛猛進(jìn)，其中最為突出的是GIS地理信息系統(tǒng)的建設(shè)。本人作為GIS地理信息系統(tǒng)的建設(shè)者，從2004年開始參與系統(tǒng)的建設(shè)，經(jīng)歷了公司地理信息系統(tǒng)從無(wú)到有的過(guò)程，現(xiàn)在就系統(tǒng)的開發(fā)和建設(shè)談一些心得。廣州市自來(lái)水公司是集自來(lái)水的生產(chǎn)、銷售、服務(wù)和多種經(jīng)營(yíng)為一體的國(guó)家特大型供水企業(yè)，創(chuàng)建于1905年10月。公司下設(shè)20個(gè)部室、8間水廠、20個(gè)加壓站庫(kù)、8個(gè)供水管理所和8個(gè)附屬單位。公司供水面積483.8平方公里（包括南海、順德部分區(qū)域），管線長(zhǎng)度5084公里（其中DN100及以上3910公里），消火栓11000多個(gè)，閥門72954個(gè)。公司、區(qū)所兩套管網(wǎng)現(xiàn)況圖，現(xiàn)有1:500、1:2000、1:5000、1:10000等管網(wǎng)現(xiàn)況圖35000多幅，大多數(shù)是1:500管網(wǎng)現(xiàn)況圖。公司現(xiàn)有案卷為17800多卷。

要實(shí)現(xiàn)對(duì)上述海量管網(wǎng)數(shù)據(jù)的有效管理，GIS系統(tǒng)的運(yùn)用是最有效的手段。GIS地理信息系統(tǒng)是一個(gè)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)和通信技術(shù)，具有綜合、海量信息（供水企業(yè)、供水設(shè)施、管網(wǎng)圖紙資料、水用戶、管網(wǎng)資產(chǎn)情況等）處理能力，能為自來(lái)水公司的領(lǐng)導(dǎo)提供科學(xué)的決策依據(jù)，為供水企業(yè)業(yè)務(wù)人員提供詳盡的地圖和管線資料，實(shí)現(xiàn)供水調(diào)度、管網(wǎng)搶修、營(yíng)業(yè)抄收、管網(wǎng)資產(chǎn)管理等業(yè)務(wù)工作；同時(shí)也將是一個(gè)能滿足平時(shí)各種業(yè)務(wù)工作、又能夠逐步提供支持決策分析能力的多種用途的信息系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，可以提高現(xiàn)有管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理水平和能力，現(xiàn)場(chǎng)事故處理速度，使供水企業(yè)獲得運(yùn)營(yíng)最佳經(jīng)濟(jì)效益，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)管理的科學(xué)化、規(guī)范化和現(xiàn)代化。

2.系統(tǒng)開發(fā)

我公司的GIS地理信息系統(tǒng)采用集中管理的思路，從以下幾方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

1）、建立公司核心的管網(wǎng)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，把管網(wǎng)的圖形信息、屬性資料，乃至管網(wǎng)日常維護(hù)數(shù)據(jù)、用戶信息等都整合到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)公司統(tǒng)一的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)平臺(tái)，充分發(fā)揮圖文一體化系統(tǒng)的強(qiáng)大管理功能。

2）、供水管網(wǎng)管理涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、管理等部門，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)信息資源共享、統(tǒng)一管理，在保證數(shù)據(jù)完整性、一致性的前提下，通過(guò)瀏覽系統(tǒng)，使公司相關(guān)人員無(wú)論是在辦公地點(diǎn)、施工、搶修現(xiàn)場(chǎng)還是在異地查詢，均能通過(guò)局域網(wǎng)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)快速查到所需的管網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)圖形、屬性資料，完成相應(yīng)的維護(hù)、管理工作。預(yù)留與互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、GPS等的接口，以適應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展。

3）、實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行情況、防腐情況、使用年限等方面的管理，能夠?qū)ν话l(fā)事件做出快速響應(yīng)，快速找到故障點(diǎn)，確定影響范圍等。

4）、隨著飲用凈水工程推進(jìn)，廣州市將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使用兩套管網(wǎng)進(jìn)行供水，供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)要為置換工作提供詳盡的管線、管網(wǎng)設(shè)施、用戶的信息和各項(xiàng)功能，為水質(zhì)保障提供準(zhǔn)確的管網(wǎng)資料，管理飲用凈水管網(wǎng)現(xiàn)況圖、竣工圖、水表、表箱、閥門、加壓泵站等到用戶計(jì)費(fèi)表的所有管網(wǎng)、設(shè)施。

5）、將SCADA遙測(cè)系統(tǒng)與管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)結(jié)合，及時(shí)對(duì)管網(wǎng)輸配系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，使調(diào)度指揮中心能直觀地在管線圖上看到整個(gè)管網(wǎng)的壓力分布及各點(diǎn)的屬性，為安全供水提供調(diào)度依據(jù)。

6）、將管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)納入供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)中，使設(shè)計(jì)部門在進(jìn)行供水工程設(shè)計(jì)時(shí)能夠直接利用管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的最新數(shù)據(jù)，方便地進(jìn)行各種管網(wǎng)數(shù)據(jù)的查詢比對(duì)，完成設(shè)計(jì)圖。數(shù)據(jù)維護(hù)部門根據(jù)施工結(jié)束后的竣工圖對(duì)設(shè)計(jì)圖直接進(jìn)行修改后可直接存入中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，避免多次制圖可能帶來(lái)的數(shù)據(jù)失真。

7）、在完成GIS基本功能和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善分析功能，實(shí)現(xiàn)輔助決策功能，形成一個(gè)集供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理、維護(hù)、管網(wǎng)資源分析以及輔助決策為一體的綜合管理信息系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)Fig.1 Application structure of system

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮業(yè)務(wù)與功能的緊密結(jié)合。我們采用ArcSDE for Oracle以及商用數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle10g為圖文后臺(tái)支撐系統(tǒng)，在ArcEngine前臺(tái)上進(jìn)行二次功能開發(fā)。通過(guò)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、客戶機(jī)/服務(wù)技術(shù)（C/S）、瀏覽器/服務(wù)器技術(shù)（B/S）為基礎(chǔ)，進(jìn)行系統(tǒng)集成。采用C/S模式和B/S模式相結(jié)合的開發(fā)模式。應(yīng)用Internet/Intranet技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)公眾查詢系統(tǒng)，擴(kuò)大信息的應(yīng)用范圍，提高系統(tǒng)信息價(jià)值。系統(tǒng)基于當(dāng)前流行的組件技術(shù)，并采用面向?qū)ο蟮能浖こ碳夹g(shù)，以有利于系統(tǒng)升級(jí)、功能的擴(kuò)展與延伸。系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)方案如圖1所示。

3.2 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基本功能由十大模塊組成，包括管網(wǎng)管理、輔助設(shè)計(jì)、三維圖形處理、供水調(diào)度與決策支持、事故處理、抄表到戶管理、圖檔管理、資產(chǎn)管理、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)幫助及網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布。其功能結(jié)構(gòu)如下圖。

1）、管網(wǎng)管理:提供豐富的管網(wǎng)及附屬設(shè)施管理功能。主要功能有:地形數(shù)據(jù)管理、管網(wǎng)數(shù)據(jù)維護(hù)、屬性數(shù)據(jù)維護(hù)、圖形基本操作、基本輔助功能、查詢、統(tǒng)計(jì)、顯示設(shè)置、管網(wǎng)附屬設(shè)施管理、輸出。

2）、輔助設(shè)計(jì):實(shí)現(xiàn)了供水管網(wǎng)在GIS系統(tǒng)中的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并提供相關(guān)的空間分析功能。主要功能有:Buffer分析、設(shè)計(jì)管線沖突分析、斷面分析、最短路徑分析。

3）、三維圖形處理:實(shí)現(xiàn)了供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的三維圖形顯示。主要功能有:三維管線圖生成、視角和視點(diǎn)的設(shè)置、三維渲染效果設(shè)置。

4）、供水調(diào)度與決策支持:具體包括:運(yùn)營(yíng)臺(tái)帳管理、泵站維修管理、巡查預(yù)警分析、管網(wǎng)擴(kuò)展功能分析、管道遙測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、區(qū)域用水分析、管網(wǎng)平差分析、供水優(yōu)化調(diào)度。

5）、事故處理:具體包括:爆管分析、爆管頻率分析、火警分析、水質(zhì)異常分析、停水分析、移動(dòng)PDA。

6）、抄表到戶管理:包括用戶數(shù)據(jù)輸入、查詢統(tǒng)計(jì)、計(jì)費(fèi)管理、漏損分析。

7）、圖檔管理:包括規(guī)劃設(shè)計(jì)資料存檔、施工資料存檔、竣工資料存檔。

8）、管網(wǎng)資產(chǎn)管理:包括管網(wǎng)資產(chǎn)管理、管網(wǎng)工程成本管理。

9）、網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布:包括信息發(fā)布管理、營(yíng)業(yè)抄收信息網(wǎng)上查詢。

10）、系統(tǒng)管理:包括用戶管理（添加、刪除用戶、用戶權(quán)限設(shè)置等)，數(shù)據(jù)備份、資料利用管理等。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

圖2 系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)需要管理供水管網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)，主要有七套數(shù)據(jù):廣州市基礎(chǔ)地形圖電子數(shù)據(jù)；所屬公司的供水管網(wǎng)現(xiàn)況柵格影像圖和矢量化后的電子圖；所屬區(qū)管所的供水管網(wǎng)現(xiàn)況柵格影像圖和矢量化后的電子圖；綜合公司和區(qū)所的供水管網(wǎng)現(xiàn)況圖、部分管線經(jīng)過(guò)實(shí)地探測(cè)后得出的一套實(shí)勢(shì)性強(qiáng)、屬性全的管網(wǎng)電子數(shù)據(jù)；從廣州市規(guī)劃局購(gòu)買的廣州市市域范圍10區(qū)2市Arc/Info格式綜合管線數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目的是將供水信息管理中紛繁復(fù)雜的信息進(jìn)行高度概括，為系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供規(guī)范和總控依據(jù)。經(jīng)過(guò)深入的分析，建立一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)。將上述數(shù)據(jù)分別作為一個(gè)圖層。本項(xiàng)目系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，因此空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的一體化集成管理是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題。當(dāng)前GIS空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)和大型通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分別對(duì)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的集成管理提出了多種解決方案。本方案采用ESRI公司的ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)管理引擎，采用Oracle10g作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的管理系統(tǒng)，ArcSDE與Oracle的結(jié)合緊密，Oracle自身也提供了空間數(shù)據(jù)管理的功能，因此可以解決空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的集成設(shè)計(jì)需要。

數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)方式采用C/S（客戶/服務(wù)器）體系，所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器中，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在客戶端查詢，修改服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。

4.結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)的建成，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)供水管網(wǎng)設(shè)施數(shù)據(jù)的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)化管理，極大地提高了企業(yè)的管理水平；而且應(yīng)用了GIS強(qiáng)大的空間分析、模型分析功能，能夠?qū)ψ匀贿^(guò)程或決策方案進(jìn)行模擬和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以便從中選擇最優(yōu)方案，避免管理和決策的失誤。系統(tǒng)達(dá)到了GIS在供水系統(tǒng)應(yīng)用中國(guó)內(nèi)的先進(jìn)水平。

實(shí)際上，GIS應(yīng)用于供水系統(tǒng)所產(chǎn)生的功效還遠(yuǎn)不止于此，還應(yīng)該充分利用GIS分析、模擬與預(yù)測(cè)的強(qiáng)大功能，與專業(yè)理論、方法相結(jié)合，進(jìn)行深度開發(fā)，為管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、各種運(yùn)行狀態(tài)下的優(yōu)化調(diào)度以及事故搶修等提供動(dòng)態(tài)決策支持。這將是GIS在供水系統(tǒng)應(yīng)用中的發(fā)展方向。只有這樣才能不斷拓寬GIS在本專業(yè)的應(yīng)用范圍，提高應(yīng)用水平，并在未來(lái)的信息時(shí)代發(fā)揮更大的作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.045