城市综合地下管线管理信息系统.docx
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城市综合地下管线管理信息系统
信息系统解决方案
城市地下管线管理
厦门精图信息技术有限公司
二零零八年十月
1概述
2
城市现代化建设的高速发展，在城市建设工程施工过程中，城市管线事故屡有发生，造成停水、停电、通信中断、煤气泄漏爆炸、财产损失甚至人员伤亡，不但给国家造成经济损失，也给城市建设和人民生活带来一定影响。
因此，开展地下管线探测及信息化建设是加强地下管线管理的迫切需要。
城市地下管线管理信息系统是一个为城市建设、城市管理和决策服务的，以计算机网络为载体，GIS软件为支持平台的应用型技术系统。
城市地下管线管理信息系统以电子地图为基础，以空间信息数据和属性信息数据为资源，通过地下管线信息和城市基础空间信息的获取、存储、管理、分析、查询、统计、输出、更新，实现地下管线数据的动态管理，从而为城市建设规划、管理提供技术决策支持。
随着地理信息系统（GIS）、计算机、宽带网络及海量数据存储技术的发展，地下管线系统也逐渐由早期以数据管理为主的单机版软件逐渐向具有数据管理、分析和辅助决策功能的综合性网络应用软件的方向发展。
城市地下管线数据建库和信息管理系统开发是管线信息化建设的目标，通过计算机进行管线信息化管理，提高地下管线档案资料现代化管理能力，充分发挥地下管线信息在城市规划、建设和管理中的作用。
3技术路线
4
采用“先制订规范，后实施建库”、“先分库（管线数据库和基础地形数据库）建设，后总库（综合地下管线空间数据库）集成”、“先设计，后实施”、“空间与属性数据有机结合”的技术路线，利用专业GIS应用软件（ARC/INFO、ArcGIS）与AutoCAD、MSAccess等应用软件相结合，对原始数据进行检查、编辑、修改等处理。
根据系统数据需求进行数据库设计，并按照设计要求进行数据处理、属性提取、拓扑关系建立等一系列工作，最终建成集管线数据与基础地形数据、空间数据和非空间数据为一体的共享型数据库。
数据库模型采用ArcGIS的Geodatabase空间数据库模型，实现数据的全面管理。
系统采用三层结构，客户端采用桌面和浏览器的方式（Client/Server、Browser/Server）结构，GIS软件平台采用ESRI系列（ArcGISEngine、ArcGISServer）+ArcSDE），Oracle大型的数据库来管理后台数据。
系统在十大关键技术方面进行深入挖掘和创新，采用并发数据更新技术和高效安全的数据交换层，有效保证中心管线数据库和各权属单位的管线数据及时、并发和动态的更新，为管线数据的有效性、完整性和正确性提供安全保障；同时，运用海量数据管理、监理查错、自动接边、版本控制、符号库、WebGIS等专业化空间分析技术和三维动态显示技术，快速生成地下场景，模拟管线连通效果，并通过专业分析算法和模型，对管网数据深层次分析，使系统具有科学的计算结果和辅助决策支持功能。
⑴、GeodatabaseXML
GeodatabaseXML是用来在Geodatabase数据和外部数据之间进行数据交换的机制，通过GeodatabaseXML规范使通过XML交换空间数据简单化，并提高系统将来的开放性和可扩展性。
⑵、多用户并发更新技术
由于管线数据涉及权属单位较多，而且常常出现多家权属单位对管线进行访问和更新操作，因此多用户并发更新技术的开发是十分必要的。
Geodatabase采用多线程连接方式，为多个用户提供并发、安全、可靠的访问机制。
在数据库更新方法中，引入了版本管理的概念。
⑶、版本控制技术
将原版本与编辑版本分别处理，在对管线和地形图等空间数据编辑，系统调用编辑的版本数据；在编辑版本中，数据库仅存储编辑数据的副本，无冗余数据，节省数据存储空间，有效解决版本冲突问题，为多用户编辑提供良好的解决方案。
⑷、自动接边处理技术
对空间拓扑关系进行检查，在入库过程中实现管线自动接边处理，并可对自定义的管线坐标接边容限值进行处理，实现管线的容差自动接边处理。
⑸、监理查错技术
系统有两类不同的重要数据查错：
一是更新的地形图数据；二是管线数据，这两类数据是否符合入库要求对地形图的查错处理，首先须通过检查更新的地形图文件的结构是否符合入库标准格式，属性数据的格式是否与当前地形图的格式相符，然后再检查各个属性字段的类型和大小以及是否在相关的约束范围。
⑹、符号库管理技术
通过使用符号库管理技术，系统实现对地形图、管线或管线点符号样式的新增或修改功能。
⑺、三维分析技术
实现管线的三维动态显示功能，不仅显示空间关系，还可显示各种属性，模拟管线连通效果，允许用户设置导航路径，实现三维动态显示和录像功能，生成三维模型数据，分析和辅助决策，最终完善三维分析处理技术，实现对三维空间数据处理。
⑻、WebGIS技术
使用WEBGIS技术，将GIS系统与网络技术相融合，利用Internet在Web上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，形成一个网络化的地理空间集成平台。
⑼、分布式GIS技术
采用通用的数据模型和数据标准规范，使得数据互操作性更强，建立不同类型GIS能够共享的数据维护机制，并利用网络技术实现数据的管理、分发与更新，以较小的投入资源达到较大的回报，实现各组织的数据管理和协作要求。
⑽、海量数据管理技术
支持TB级以上的空间数据存储，有效的空间、属性一体化管理、查询机制，面向问题的分析、处理手段和工具，以空间数据为基础的数据挖掘，联机事务处理（OLTP）与联机分析处理（OLAP），以及扩充的、支持空间的“关系”概念与“关系运算”。
5总体设计
6
6.1系统体系结构
6.2
城市地下管线管理信息系统采用三层结构、GIS产品组件和主流数据库，基于分布式GIS结构设计方案，采用C/S和B/S相结合的结构体系，在国内该领域中，创新性地构建完整的空间数据存储管理框架，实现地下管线数据与基础地形图数据同时分层统一建库，在保证数据安全性的同时，实现数据共享，为高级GIS应用功能提供数据支持及更广泛的使用内容和应用范围，大幅度提高访问速度。
系统的整体框架包括基础设施保障层、数据层、基础平台层、综合应用层和表现层等多个相辅相成的层次。
其主要特点有两个：
一个是系统架构的层次性问题；第二是“法律法规、标准规范、组织机构、安全保障体系”等非技术因素，必须贯穿各层次技术建设的始终，充分体现大型系统软件工程“技术”和“非技术”有机结合与统一的工程方法论思路。
图1系统体系结构图
6.3系统网络结构
6.4
城市地下管线管理信息系统面向的用户可分为三个层次，包括了专业部门内部、政府部门之间、以及社会公众，从复用资源的角度出发，网络设计需要充分利用内部局域网络、政务网络以及Internet网络等资源。
在面向管线管理部门应用时，我们可以采取C/S/S方式进行构架，而对其他政府部门、以及社会公众，则可通过政务专网和Internet提供不同级别的管线资源共享服务。
其网络结构图如下图所示：
图2系统网络结构图
6.5软硬件配置
6.6
6.6.1软件配置
6.6.2
1、数据库服务器
操作系统（最低配置WINNT）：
Windows2003Server（推荐）；
数据库：
ORACLE10g及以上版本。
2、应用服务器
操作系统（最低配置WINNT）：
Windows2003Server（推荐）；
浏览器：
IE5或更高版本；
其他：
.NET框架、ArcSDE、ArcGISServer、Office办公软件。
3、客户端（C/S）
操作系统：
WindowsNT/2000/XP/2003；
数据库：
Oracle10g及以上版本的客户端；
其他：
.NET框架、ArcGISEngine、Office办公软件。
3、客户端（B/S）
操作系统：
WindowsNT/2000/XP/2003；
浏览器：
IE5或更高版本；
其他：
Office办公软件。
平台的软件配置图如下所示：
平台配置图
6.6.3硬件配置
6.6.4
1、数据库服务器
系统服务器应实现双机热备份，存储地下管线数据，采取磁盘镜像，加配磁带机以保证系统的安全。
采取双机热备份方式，购置热备份软件，对网络中的服务器硬盘及磁盘阵列作不同等级的RAID容错。
保证服务器系统在任一个硬盘出现故障时以及任何一台服务器出现故障时，系统都可以正常运行。
主机：
任何可以运行Oracle10g以上版本数据库管理系统的服务器；
内存：
最低配置1024MB，推荐配置2048MB；
硬盘：
容量不小于40GB的单独分区；
网卡：
100Mbps的以太网络适配器。
2、应用服务器
主机：
P4以上主流服务器；
内存：
最低配置1024MB，推荐配置2048MB；
磁盘：
建议容量40GB以上；
网卡：
100Mbps的以太网络适配器；
打印机：
如果需要进行打印输出，则需要配置（可以是网络打印机）。
3、客户端
主机：
PC机；
内存：
最低配置512MB，推荐配置1024MB；；
磁盘：
建议容量20GB以上；
网卡：
100Mbps的以太网络适配器；
显示器：
能达到1024×768或更高分辨率的显示器；
打印机：
如果需要进行打印输出，则需要配置（可以是网络打印机）。
7数据资源建设
8
地下管线数据库的建设，根据GIS软件平台的技术特点，结合城市建设部门和权属单位的特殊需要，建立管线数据、地理空间数据以及其他相关数据之间的关联。
数据库分为地形图数据库、管线数据库、系统相关数据库三部分。
图3城市地下管线数据库建库流程
9主要功能
10
城市地下管线管理信息系统是一个为城市规划、建设、管理服务的，以计算机网络为载体，GIS软件为支持平台的应用型技术系统。
它以数字地形图为基础空间数据、以空间信息数据和属性信息数据为资源，通过地下管线信息和城市基础空间信息的联合查询、统计和分析，从而为城市规划、建设、管理提供技术决策支持。
10.1综合地下管线系统
10.2
10.2.1监理查错
10.2.2
对于即将入库的管线数据，系统根据“参数设置”中参数条件，对数据表内容进行查错，显示查错结果。
根据表名称，字段名称，错误描述以及错误级别，指导用户进行修改。
将检查后的管线数据入到系统中进行维护、管理及日常应用。
图4监理查错示意图
10.2.3选择及编辑
10.2.4
系统提供多种选取管线编辑功能，可对选中管线进行增加、修改、删除等属性信息编辑工作，并提供截断、合并等管线专业化的高级编辑功能，方便用户操作。
10.2.5查询统计
10.2.6
系统提供多种查询方式及统计功能，可针对道路名称、交叉路口、坐标、门牌号等管线信息进行查询，还可将查询结果统计，输出。
图5查询结果显示示意图
此外，系统可对各类管线长度、管点个数进行统计，还可对同种管线不同属性进行分类统计，统计结果可通过直方图、报表的形式输出。
图6管线统计示意图
10.2.7数据转换及导出
10.2.8
为方便用户数据交换，系统提供多种数据导入导出接口，与行业内E00、Mif、Dxf等主流数据格式相兼容。
此外，还可与txt、mdb等格式进行交互，并将系统中任意区域的数据进行多种形式的导出。
图7数据导出示意图
10.2.9管线横、纵断面分析
10.2.10
通过划定与管线相交区域，系统将根据划定线与管线的空间关系，分析计算出相交断点的空间信息和属性信息，用户可查看到相应管线点的埋深、地面高程、管径、材质以及与其它管线点距离等信息。
图8横断面分析示意图
10.2.11三维显示分析
10.2.12
通过划定要显示三维管线图的矩形区域，并选择要显示的管线种类，系统生成三维立体图。
通过工具还可多视角地查看管线连接分布情况，查看管线属性信息，对管线进行连接性仿真处理。
同时系统可将需要查看的三维效果图，制作成avi格式的动画，随时进行三维浏览查看。
图9三维显示分析示意图
10.2.13管理及共享功能
10.2.14
系统管理员可通过管理功能，对管线使用单位及个人进行权限设定。
权属单位及日常维护人员，可以通过共享功能对数据进行权限范围内查看及数据维护管理。
10.2.15动态更新
10.2.16
对城市综合地下管线信息的管理中，及时动态更新数据、保证管线数据现势性和准确性，是管线规划和建设管理中非常重要的工作。
管线数据入库更新包括管线数据导入更新，地形图导入更新以及在线实时编辑更新数据。
并制定数据导入的格式和规范，保证管线数据的正确性和规范性。
10.2.17打印输出
10.2.18
为了解地下管线分布情况，避免挖断或损坏地下埋设的管线，导致不必要的损失。
本系统提供多种格式的管线图打印输出，包括框选、多边形、缓冲区等打印方式；用户可按1：
500、1：
1000以及用户自定义区域的图幅打印。
10.3专业地下管线系统
10.4
10.4.1事故分析
10.4.2
一旦发生事故，通过管线属性查询、交叉路口查询或坐标定位等方法，快速定位到事故发生点，并用标注工具在事故点上做故障标志，系统会高亮显示事故影响区域的管线和管线点，并给出关阀方案，显示出所有应关的阀门，如果搜索到的阀门失效，可以扩大范围继续向后搜索，最后统计生成输出阀门位置图和关阀表。
图10事故分析示意图
10.4.3设备管理
10.4.4
管网设备从产生到报废经过规划、设计、施工、投运、维护、计划报废、报废等若干阶段。
系统对管网上的相关设备进行管理通过其主要功能设备信息的编辑、维修记录登记、信息查询以及改造预警分析等功能，来实现对管网设备的管理。
10.4.5辅助决策
10.4.6
通过分析管网现状，辅助领导做出决策，对管线的规划建设和分析提供技术参数，并生成辅助决策预案。
系统提供了管线设计的合理性分析、专业的最佳抢险分析、专业预警分析、预案生成、管线规划分析等辅助决策功能。
图11辅助决策示意图
10.4.7停电分析
10.4.8
在电力线路检修或故障保修时，要保证所检修的设备处于停电状态，必须拉开为检修设备供电的开关或刀闸，同时考虑使停电范围最小化。
系统停电分析功能根据供电来源方向进行分析，找出影响范围最小的开关或刀闸，并生成最优的停电分析方案。
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