傅天愉 廣州市自來水公司 510600

淺談地理信息GIS系統(tǒng)開發(fā)和建設的思路

傅天愉 廣州市自來水公司 510600

1.引言

廣州自來水公司信息化建設設在近幾年的發(fā)展可以說是突飛猛進，其中最為突出的是GIS地理信息系統(tǒng)的建設。本人作為GIS地理信息系統(tǒng)的建設者，從2004年開始參與系統(tǒng)的建設，經(jīng)歷了公司地理信息系統(tǒng)從無到有的過程，現(xiàn)在就系統(tǒng)的開發(fā)和建設談一些心得。廣州市自來水公司是集自來水的生產(chǎn)、銷售、服務和多種經(jīng)營為一體的國家特大型供水企業(yè)，創(chuàng)建于1905年10月。公司下設20個部室、8間水廠、20個加壓站庫、8個供水管理所和8個附屬單位。公司供水面積483.8平方公里（包括南海、順德部分區(qū)域），管線長度5084公里（其中DN100及以上3910公里），消火栓11000多個，閥門72954個。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。

要實現(xiàn)對上述海量管網(wǎng)數(shù)據(jù)的有效管理，GIS系統(tǒng)的運用是最有效的手段。GIS地理信息系統(tǒng)是一個充分利用計算機技術(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，能為自來水公司的領(lǐng)導提供科學的決策依據(jù)，為供水企業(yè)業(yè)務人員提供詳盡的地圖和管線資料，實現(xiàn)供水調(diào)度、管網(wǎng)搶修、營業(yè)抄收、管網(wǎng)資產(chǎn)管理等業(yè)務工作；同時也將是一個能滿足平時各種業(yè)務工作、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)。通過系統(tǒng)的建設和應用，可以提高現(xiàn)有管網(wǎng)養(yǎng)護管理水平和能力，現(xiàn)場事故處理速度，使供水企業(yè)獲得運營最佳經(jīng)濟效益，并實現(xiàn)整個行業(yè)管理的科學化、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，從以下幾方面對系統(tǒng)進行開發(fā)。

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

2）、供水管網(wǎng)管理涉及規(guī)劃、設計、施工、維護、管理等部門，通過網(wǎng)絡實現(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，通過瀏覽系統(tǒng)，使公司相關(guān)人員無論是在辦公地點、施工、搶修現(xiàn)場還是在異地查詢，均能通過局域網(wǎng)或遠程網(wǎng)絡快速查到所需的管網(wǎng)系統(tǒng)的實時圖形、屬性資料，完成相應的維護、管理工作。預留與互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡、GPS等的接口，以適應的進一步發(fā)展。

3）、實現(xiàn)管網(wǎng)運行情況、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，快速找到故障點，確定影響范圍等。

4）、隨著飲用凈水工程推進，廣州市將在較長時間內(nèi)使用兩套管網(wǎng)進行供水，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)設施、用戶的信息和各項功能，為水質(zhì)保障提供準確的管網(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費表的所有管網(wǎng)、設施。

5）、將SCADA遙測系統(tǒng)與管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)結(jié)合，及時對管網(wǎng)輸配系統(tǒng)進行分析計算，使調(diào)度指揮中心能直觀地在管線圖上看到整個管網(wǎng)的壓力分布及各點的屬性，為安全供水提供調(diào)度依據(jù)。

6）、將管網(wǎng)的規(guī)劃設計納入供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)中，使設計部門在進行供水工程設計時能夠直接利用管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的最新數(shù)據(jù)，方便地進行各種管網(wǎng)數(shù)據(jù)的查詢比對，完成設計圖。數(shù)據(jù)維護部門根據(jù)施工結(jié)束后的竣工圖對設計圖直接進行修改后可直接存入中心數(shù)據(jù)庫中，避免多次制圖可能帶來的數(shù)據(jù)失真。

7）、在完成GIS基本功能和基礎數(shù)據(jù)管理的基礎上，進一步完善分析功能，實現(xiàn)輔助決策功能，形成一個集供水管網(wǎng)設計、運行、管理、維護、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)應用架構(gòu)Fig.1 Application structure of system

3.系統(tǒng)設計

3.1 總體架構(gòu)設計

系統(tǒng)設計充分考慮業(yè)務與功能的緊密結(jié)合。我們采用ArcSDE for Oracle以及商用數(shù)據(jù)庫Oracle10g為圖文后臺支撐系統(tǒng)，在ArcEngine前臺上進行二次功能開發(fā)。通過空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)，以網(wǎng)絡技術(shù)、客戶機/服務技術(shù)（C/S）、瀏覽器/服務器技術(shù)（B/S）為基礎，進行系統(tǒng)集成。采用C/S模式和B/S模式相結(jié)合的開發(fā)模式。應用Internet/Intranet技術(shù)，設計和開發(fā)公眾查詢系統(tǒng)，擴大信息的應用范圍，提高系統(tǒng)信息價值。系統(tǒng)基于當前流行的組件技術(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、功能的擴展與延伸。系統(tǒng)應用架構(gòu)方案如圖1所示。

3.2 功能設計

系統(tǒng)基本功能由十大模塊組成，包括管網(wǎng)管理、輔助設計、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、屬性數(shù)據(jù)維護、圖形基本操作、基本輔助功能、查詢、統(tǒng)計、顯示設置、管網(wǎng)附屬設施管理、輸出。

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

3）、三維圖形處理:實現(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、視角和視點的設置、三維渲染效果設置。

4）、供水調(diào)度與決策支持:具體包括:運營臺帳管理、泵站維修管理、巡查預警分析、管網(wǎng)擴展功能分析、管道遙測點實時監(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PDA。

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

7）、圖檔管理:包括規(guī)劃設計資料存檔、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)絡信息發(fā)布:包括信息發(fā)布管理、營業(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)限設置等)，數(shù)據(jù)備份、資料利用管理等。

3.3 數(shù)據(jù)庫設計

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)過實地探測后得出的一套實勢性強、屬性全的管網(wǎng)電子數(shù)據(jù)；從廣州市規(guī)劃局購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。

數(shù)據(jù)庫設計的目的是將供水信息管理中紛繁復雜的信息進行高度概括，為系統(tǒng)的詳細設計提供規(guī)范和總控依據(jù)。經(jīng)過深入的分析，建立一個中心數(shù)據(jù)庫。將上述數(shù)據(jù)分別作為一個圖層。本項目系統(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)庫設計時應考慮的問題。當前GIS空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)和大型通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分別對空間數(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)的集成設計需要。

數(shù)據(jù)庫的物理存儲方式采用C/S（客戶/服務器）體系，所有的數(shù)據(jù)存儲在服務器中，用戶通過網(wǎng)絡在客戶端查詢，修改服務器中的數(shù)據(jù)。

4.結(jié)語

該系統(tǒng)的建成，不僅實現(xiàn)了對供水管網(wǎng)設施數(shù)據(jù)的先進的計算機化管理，極大地提高了企業(yè)的管理水平；而且應用了GIS強大的空間分析、模型分析功能，能夠?qū)ψ匀贿^程或決策方案進行模擬和趨勢預測，以便從中選擇最優(yōu)方案，避免管理和決策的失誤。系統(tǒng)達到了GIS在供水系統(tǒng)應用中國內(nèi)的先進水平。

實際上，GIS應用于供水系統(tǒng)所產(chǎn)生的功效還遠不止于此，還應該充分利用GIS分析、模擬與預測的強大功能，與專業(yè)理論、方法相結(jié)合，進行深度開發(fā)，為管網(wǎng)規(guī)劃設計、建設施工、各種運行狀態(tài)下的優(yōu)化調(diào)度以及事故搶修等提供動態(tài)決策支持。這將是GIS在供水系統(tǒng)應用中的發(fā)展方向。只有這樣才能不斷拓寬GIS在本專業(yè)的應用范圍，提高應用水平，并在未來的信息時代發(fā)揮更大的作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.045