基于GIS的城市地下管线综合管理信息系统研究

基于GIS的城市地下管线综合管理信息系统研究

张建东周沛勤

广东广量信息测绘有限公司

摘要：本文详细介绍了GIS技术以及组件式GIS的发展状况，探讨并提出了利用GIS技术实现管线综合管理模式所建城市地下管线综合管理信息系统的系统目标、体系结构、数据流程、网络结构以及系统设计的主要内容。

关键词：城市地下管线；综合管理；信息系统

引言：随着经济的发展、城市规模的扩大和现代化程度的不断提高，城市地下管网也越来越庞大、密集，其种类也越来越繁多。相对于城市地下管网的快速发展，对城市地下管线的管理却显得滞后，已根本不能适应管网业务的增长需求，并在很大程度上制约了城市发展。因此，需要建立一个应用地理信息系统技术（GIS）的，能够为城市地下管网科学管理、规划设计以及辅助决策等工作服务的城市地下管线综合管理信息系统，实现对城市地下管线全面的信息化管理。

一、地理信息系统及其数据结构

1、地理信息系统

地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称G1S）是近十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体。广义来说，它是存储和处理与地理空间分布有关信息的集合。G1S主要由以下四部分组成：信息获取与输入、数据处理与管理、数据转换与分析、成果生成与输出。

地理信息系统是利用数据表达地球表层各种地形地物的计算机系统，它用一组相互关联的数据层描述现实世界的众多地理特征，如图3.1所示。

地理信息系统处理的信息主要由两类：第一类是反应事物地理空间位置的信息，从计算机的角度可称为空间数据，它包括点、线、面和三维表面以及彼此之间的拓扑关系；第二类是与事物的地理位置无关，反映事物其他特征的信息，通常被称为属性信息。

GIS系统的功能主要有：①数据输入、存储、编辑；②操作运算；③数据查询、检索；④应用分析；⑤数据显示、结果输出；⑥数据更新。

GIS能回答和解决以下五类问题：

位置，即在某个地方有什么。

条件，即符合某些条件的实体在哪里。

趋势，即在某个地方发生的某个事件及其随时间的变化过程。

模式，即在某个地方的空间实体的分布模式。

模拟，即某个地方如果具备某种条件会发生什么。

图3.2为地理信息系统的结构示意图

2.组件式GIS

组件式GIS，即ComGIS，就是指采用了面向对象技术和组件式软件的GIS系统（包括基础平台和应用系统）。ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能。各个GIS组件之间，以及GIS组件与其它非GIS组件之间，都可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS基础平台以及应用系统。

①GIS软件技术体系的发展

GIS软件技术体系主要指GIS软件的组织方式，依赖于一定的软件技术基础，决定了GIS软件的应用方式、集成效率等许多方面的特点。从发展历程看，GIS软件技术体系可以划分为六个阶段，即：GIS模块、集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS、组件式GIS和万维网GIS。

GIS软件技术的发展经历了从简单到复杂、从单一功能到多功能的逐渐成熟完善的发展过程。传统GIS大多是基于十多年前甚至更早的技术体系设计和开发的，在很大程度上限制了GIS软件的进一步发展和应用。计算机技术和全球信息技术的飞速发展，特别是面向对象（Oject-Oriented）、可视化程序设计、组件式软件（ComponentsSoftware）、分布式计算（DistributedComputing）、多媒体（Multimedia）和Internet/Intranet等技术的不断出现和广泛应用，对GIS提出了新的技术要求，GIS软件发展到一个全新的阶段，出现了组件式GIS（ComponentsGIS，简称ComGIS）和万维网GIS（简称WebGIS）。

组件式GIS不是一种小技术在GIS软件开发中的应用，而是一种全新的GIS软件技术体系。不仅仅是GIS，组件式软件技术给整个软件产业带来了一场技术革命

②组件式GIS的特点

组件式GIS为新一代GIS应用提供了全新的开发工具。同传统的GIS软件相比，ComGIS软件具有如下多方面的特点：

1）系统集成

使用组件式GIS构造应用系统的基本思路是：让GIS组件做GIS的工作，其他功能让其他的组件去完成，GIS组件与其他组件之间的联系由可视化的通用开发语言来建立，如：VisualBasic、Delphi、C++Builder、PowerBuilder、VisualFoxpro等，这些开发语言建立了应用系统的框架。组件式GIS提供了实现GIS功能的组件，专业模型则可以使用这些通用开发环境来实现，也可以插入其它的专业性模型分析控件。因此，使用组件式GIS可以实现高效、无缝的系统集成，如GIS与办公自动化的集成，GIS与GPS数据远程网络传输和多媒体的集成等等。

2）开发语言

组件式GIS不需要专门的GIS二次开发语言，只需实现GIS的基本功能函数。组件式GIS与其他集成环境的交互ActiveX控件标准开发接口。有利于减轻GIS软件开发者的负担，而且增强了GIS软件的可扩展性。组件式GIS的用户则不必掌握专门的GIS开发语言，只需熟悉基于Windows平台的通用集成开发环境，以及组件式GIS各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成。组件式GIS控件可以跨语言使用，目前，可供选择的开发环境很多，如VisualC++，VisualBasic，VisualFoxPro，Delphi，C++Builder以及PowerBuilder等。

3）可扩展性

在组件式软件技术背后，有一个十分庞大的组件资源库，用户可以从不计其数的组件中挑选需要的组件与组件式GIS一起集成应用系统，极大地扩展了GIS的功能。

4）可视化程序设计

使用组件式GIS控件集成应用系统，能可视化地设计系统界面，在窗口上布局按钮、列表框、图片框和GIS控件，可以立即反馈窗口界面的外观，实现所见即所得（Whatyousee，whatyouget--WYSWYG）的界面设计。

5）可伸缩性

组件式GIS提供空间数据的采集、存储、管理、分析和模拟等功能，至于其他非GIS功能（如关系数据库管理、统计图表制作等）则可以使用专业厂商提供的专门组件，有利于降低GIS软件开发成本。另一方面，组件式GIS本身又可以划分为多个控件，分别完成不同功能，用户可以根据实际需要选择所需控件，降低了用户的经济负担。

二、信息系统的特点与软件环境

1.城市地下管线综合管理信息系统的特点

城市地下管线综合管理信息系统就是指利用地理信息系统（GIS）技术和其他专业技术，采集、管理、更新、综合分析与处理城市地下管线信息的一种技术系统。它同一般的GIS相比，具有一下特点：

①城市地下管理信息系统是一个四维的系统，隐蔽性决定了时间及三维空间动态的复杂性。

②隐蔽性、埋设位置的集中性也决定了地下管线数据的重要性，数据的完整性、可靠性与准确性（高精度）是城市地下管线管理信息系统的使用性关键。

③非常重视线段间的连接性和彼此的关系，必须具有综合的网络分析能力，如拓扑关系、最短路径分析、管线事故分析。选线分析等。

④城市地下管线综合管理信息系统是一个信息在空间分布上极不均匀的空间异质系统，建成区内密度大，从中心向城市边缘急剧减少。

⑤城市地下管线综合管理信息系统必须将地下、地上的各种管线全部纳入，以便统一的管理。

⑥城市地下管线综合管理信息系统必须同管线探查、测量和成图系统具有良好的衔接能力，以便通过管线普查、竣工测量等方式确保系统数据的采集与现势性。

⑦城市地下管线综合管理信息系统通过Internet与各个已经建立的专业子系统相连，并能够通过一定的访问权限实现多源数据的互操作，即异构数据与异地数据的互读、互写。

2.城市地下管线综合管理信息系统的软件环境

本系统选择的地理信息系统软件为北京超图地理信息技术有限公司开发的新一代地理信息系统开发平台——SuperMapObject3.0。SuperMapObject3.0是全组件、开放式的软件系统，集成了目前国际上比较先进的GIS软件开发技术，如COM技术、海量数据压缩、多源空间数据无缝集成、线性四叉树快速索引等，并可方便地嵌入到流行开发程序设计语言（如VC、VB、Delphi）中，使用户可以方便快捷地开发出基于Windows风格的各类基于GIS的应用系统。

当前基于组件开发的重要规范有Microsoft的COM/DCOM、OMG的CORBA和Sun的JavaBean。Microsoft的COM/DCOM占市场核心地位，已经逐渐成为业界事实上的标准。基于COM/DCOM规范，Microsoft推出了ActiveX技术，SuperMapObjects2003即是基于ActiveX技术开发的。Supermap的ActiveX控件实质是一种可编程、可重用的对象，封装了地理信息系统绝大部分的功能。SuperMap控件通过属性、事件和方法等接口与应用程序通讯，利用可视化编程语言集成不同的控件，实现对SuperMap二次开发。Supermap组件具有开发方便、易于与其它系统集成、良好的扩展性、强大的伸缩性和较高的性能价格比等优点。

结束语

通过研究，结合现今所采用的各种管线管理方法进行分析，无论是理论上的科学性还是实践的可靠性，均表明GIS技术对城市地下管线的综合管理具有巨大的优越性。

参考文献：

[1]孟亚锋.基于GIS的地下管线管理信息系统.建筑技术开发.Vol.29No.42002：54～56

[2]张望军，王国生，王政华.城市地下管线信息系统在GIS下的建立.湖南大学学报.Vol.27No.52000：85～90

[3]宋小冬，叶嘉安.地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用.科学出版社.2001年