浅谈地理信息GIS系统开发和建设的思路

傅天愉 广州市自来水公司 510600

浅谈地理信息GIS系统开发和建设的思路

傅天愉 广州市自来水公司 510600

1.引言

广州自来水公司信息化建设设在近几年的发展可以说是突飞猛进，其中最为突出的是GIS地理信息系统的建设。本人作为GIS地理信息系统的建设者，从2004年开始参与系统的建设，经历了公司地理信息系统从无到有的过程，现在就系统的开发和建设谈一些心得。广州市自来水公司是集自来水的生产、销售、服务和多种经营为一体的国家特大型供水企业，创建于1905年10月。公司下设20个部室、8间水厂、20个加压站库、8个供水管理所和8个附属单位。公司供水面积483.8平方公里（包括南海、顺德部分区域），管线长度5084公里（其中DN100及以上3910公里），消火栓11000多个，阀门72954个。公司、区所两套管网现况图，现有1:500、1:2000、1:5000、1:10000等管网现况图35000多幅，大多数是1:500管网现况图。公司现有案卷为17800多卷。

要实现对上述海量管网数据的有效管理，GIS系统的运用是最有效的手段。GIS地理信息系统是一个充分利用计算机技术、GIS技术和通信技术，具有综合、海量信息（供水企业、供水设施、管网图纸资料、水用户、管网资产情况等）处理能力，能为自来水公司的领导提供科学的决策依据，为供水企业业务人员提供详尽的地图和管线资料，实现供水调度、管网抢修、营业抄收、管网资产管理等业务工作；同时也将是一个能满足平时各种业务工作、又能够逐步提供支持决策分析能力的多种用途的信息系统。通过系统的建设和应用，可以提高现有管网养护管理水平和能力，现场事故处理速度，使供水企业获得运营最佳经济效益，并实现整个行业管理的科学化、规范化和现代化。

2.系统开发

我公司的GIS地理信息系统采用集中管理的思路，从以下几方面对系统进行开发。

1）、建立公司核心的管网地理信息数据库，把管网的图形信息、属性资料，乃至管网日常维护数据、用户信息等都整合到数据库中，实现公司统一的属性数据和空间数据平台，充分发挥图文一体化系统的强大管理功能。

2）、供水管网管理涉及规划、设计、施工、维护、管理等部门，通过网络实现供水管网信息资源共享、统一管理，在保证数据完整性、一致性的前提下，通过浏览系统，使公司相关人员无论是在办公地点、施工、抢修现场还是在异地查询，均能通过局域网或远程网络快速查到所需的管网系统的实时图形、属性资料，完成相应的维护、管理工作。预留与互联网、无线网络、GPS等的接口，以适应的进一步发展。

3）、实现管网运行情况、防腐情况、使用年限等方面的管理，能够对突发事件做出快速响应，快速找到故障点，确定影响范围等。

4）、随着饮用净水工程推进，广州市将在较长时间内使用两套管网进行供水，供水管网地理信息系统要为置换工作提供详尽的管线、管网设施、用户的信息和各项功能，为水质保障提供准确的管网资料，管理饮用净水管网现况图、竣工图、水表、表箱、阀门、加压泵站等到用户计费表的所有管网、设施。

5）、将SCADA遥测系统与管网地理信息系统结合，及时对管网输配系统进行分析计算，使调度指挥中心能直观地在管线图上看到整个管网的压力分布及各点的属性，为安全供水提供调度依据。

6）、将管网的规划设计纳入供水管网地理信息系统中，使设计部门在进行供水工程设计时能够直接利用管网地理信息系统的最新数据，方便地进行各种管网数据的查询比对，完成设计图。数据维护部门根据施工结束后的竣工图对设计图直接进行修改后可直接存入中心数据库中，避免多次制图可能带来的数据失真。

7）、在完成GIS基本功能和基础数据管理的基础上，进一步完善分析功能，实现辅助决策功能，形成一个集供水管网设计、运行、管理、维护、管网资源分析以及辅助决策为一体的综合管理信息系统。

图1 系统应用架构Fig.1 Application structure of system

3.系统设计

3.1 总体架构设计

系统设计充分考虑业务与功能的紧密结合。我们采用ArcSDE for Oracle以及商用数据库Oracle10g为图文后台支撑系统，在ArcEngine前台上进行二次功能开发。通过空间数据与属性数据的相互关联，以网络技术、客户机/服务技术（C/S）、浏览器/服务器技术（B/S）为基础，进行系统集成。采用C/S模式和B/S模式相结合的开发模式。应用Internet/Intranet技术，设计和开发公众查询系统，扩大信息的应用范围，提高系统信息价值。系统基于当前流行的组件技术，并采用面向对象的软件工程技术，以有利于系统升级、功能的扩展与延伸。系统应用架构方案如图1所示。

3.2 功能设计

系统基本功能由十大模块组成，包括管网管理、辅助设计、三维图形处理、供水调度与决策支持、事故处理、抄表到户管理、图档管理、资产管理、系统管理、系统帮助及网络信息发布。其功能结构如下图。

1）、管网管理:提供丰富的管网及附属设施管理功能。主要功能有:地形数据管理、管网数据维护、属性数据维护、图形基本操作、基本辅助功能、查询、统计、显示设置、管网附属设施管理、输出。

2）、辅助设计:实现了供水管网在GIS系统中的规划设计，并提供相关的空间分析功能。主要功能有:Buffer分析、设计管线冲突分析、断面分析、最短路径分析。

3）、三维图形处理:实现了供水管网数据的三维图形显示。主要功能有:三维管线图生成、视角和视点的设置、三维渲染效果设置。

4）、供水调度与决策支持:具体包括:运营台帐管理、泵站维修管理、巡查预警分析、管网扩展功能分析、管道遥测点实时监控、区域用水分析、管网平差分析、供水优化调度。

5）、事故处理:具体包括:爆管分析、爆管频率分析、火警分析、水质异常分析、停水分析、移动PDA。

6）、抄表到户管理:包括用户数据输入、查询统计、计费管理、漏损分析。

7）、图档管理:包括规划设计资料存档、施工资料存档、竣工资料存档。

8）、管网资产管理:包括管网资产管理、管网工程成本管理。

9）、网络信息发布:包括信息发布管理、营业抄收信息网上查询。

10）、系统管理:包括用户管理（添加、删除用户、用户权限设置等)，数据备份、资料利用管理等。

3.3 数据库设计

图2 系统软件模块结构

系统需要管理供水管网的海量数据，主要有七套数据:广州市基础地形图电子数据；所属公司的供水管网现况栅格影像图和矢量化后的电子图；所属区管所的供水管网现况栅格影像图和矢量化后的电子图；综合公司和区所的供水管网现况图、部分管线经过实地探测后得出的一套实势性强、属性全的管网电子数据；从广州市规划局购买的广州市市域范围10区2市Arc/Info格式综合管线数据库。

数据库设计的目的是将供水信息管理中纷繁复杂的信息进行高度概括，为系统的详细设计提供规范和总控依据。经过深入的分析，建立一个中心数据库。将上述数据分别作为一个图层。本项目系统的数据包括空间数据和非空间数据，因此空间数据和非空间数据的一体化集成管理是数据库设计时应考虑的问题。当前GIS空间数据管理技术和大型通用关系数据库系统分别对空间数据和非空间数据的集成管理提出了多种解决方案。本方案采用ESRI公司的ArcSDE作为空间数据管理引擎，采用Oracle10g作为关系数据库的管理系统，ArcSDE与Oracle的结合紧密，Oracle自身也提供了空间数据管理的功能，因此可以解决空间数据和非空间数据的集成设计需要。

数据库的物理存储方式采用C/S（客户/服务器）体系，所有的数据存储在服务器中，用户通过网络在客户端查询，修改服务器中的数据。

4.结语

该系统的建成，不仅实现了对供水管网设施数据的先进的计算机化管理，极大地提高了企业的管理水平；而且应用了GIS强大的空间分析、模型分析功能，能够对自然过程或决策方案进行模拟和趋势预测，以便从中选择最优方案，避免管理和决策的失误。系统达到了GIS在供水系统应用中国内的先进水平。

实际上，GIS应用于供水系统所产生的功效还远不止于此，还应该充分利用GIS分析、模拟与预测的强大功能，与专业理论、方法相结合，进行深度开发，为管网规划设计、建设施工、各种运行状态下的优化调度以及事故抢修等提供动态决策支持。这将是GIS在供水系统应用中的发展方向。只有这样才能不断拓宽GIS在本专业的应用范围，提高应用水平，并在未来的信息时代发挥更大的作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.13.045