摘要：地下管網(wǎng)資料的手工管理方式與城市化發(fā)展的矛盾日益突出，這種現(xiàn)實(shí)要求管網(wǎng)管理單位盡快建立管網(wǎng)信息管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為了有效管理和利用管網(wǎng)數(shù)據(jù)，管網(wǎng)信息系統(tǒng)必須以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)來建立。本文闡述了綜合管網(wǎng)管理信息化的發(fā)展?fàn)顩r，建立地下綜合管網(wǎng)GIS的要求及其設(shè)計(jì)思想、原則，提供了基于ArcGISEngine的城市管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的解決方案，采用組件式GIS技術(shù)(ArcGISEngine)、空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)(ArcSDE)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(SQLServer2005)技術(shù)開發(fā)的城市地下綜合管網(wǎng)地理信息管理系統(tǒng)。

　　【關(guān)鍵詞】ArcGIS地下綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)

　　1.前言

　　地下綜合管網(wǎng)是城市賴以生存和發(fā)展的生命線。由于歷史和現(xiàn)實(shí)的各種原因，我國城市地下管線管理滯后于城市的發(fā)展和國際同行業(yè)水平，其混亂無序的狀況，已成為我國城市建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一，傳統(tǒng)的管線探測普查及管線資料管理已不能滿足日益提高的城市建設(shè)需求。

　　地下管線信息和與之相關(guān)的地形、環(huán)境信息從根本上是地理信息GIS技術(shù)將地理信息相關(guān)的空間位置、屬性特征進(jìn)行統(tǒng)一管理，按一種全新的方式組織和使用地理信息。采用GIS技術(shù)、開發(fā)面向網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)信息共享的地下管線信息系統(tǒng)已成為大家的公識。本文研究的主要目的是探索在新的技術(shù)和社會背景下，建立一個基于ArcGISEngine技術(shù)開發(fā)的，滿足城市管網(wǎng)市政、規(guī)劃管理需要的地下綜合管網(wǎng)管理。

　　2.綜合管網(wǎng)管理信息化的發(fā)展過程

　　從國內(nèi)外的發(fā)展來看，在計(jì)算機(jī)構(gòu)建綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)時，經(jīng)歷了以下幾個過程。

　　第一種是走管理信息系統(tǒng)的路子，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(MIS)，對綜合管網(wǎng)資料整理錄入，放在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，具有常規(guī)的屬性數(shù)據(jù)管理功能，如錄入、修改、查詢等。這種方式可有效管理綜合管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)和資料。便于查詢分類，但不具備管理圖形能力，不能對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和分析。

　　第二種是MIS與圖形相結(jié)合，但仍使用MIS來存放和處理屬性數(shù)據(jù)，圖形則另外通過圖形系統(tǒng)(如AutoCAD)來錄入，以文件形式單獨(dú)存儲。這種方案只是把MIS的思路簡單擴(kuò)展到圖形數(shù)據(jù)上。屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)分離，彼此不相關(guān)聯(lián)，圖形本身所蘊(yùn)涵的豐富信息不能被系統(tǒng)自動識別、提取和利用。

　　第三種是圖形和數(shù)據(jù)庫掛接，或采用桌面信息系統(tǒng)。它是利用屬性數(shù)據(jù)表中擴(kuò)展字段來存儲對應(yīng)圖形的數(shù)據(jù)索引，將圖形與對應(yīng)的屬性記錄關(guān)聯(lián)起來，從而實(shí)現(xiàn)目數(shù)互查。由于實(shí)現(xiàn)了圖形和屬性的關(guān)聯(lián)，使圖元具有了意義，為基于空間數(shù)據(jù)的檢索分析奠定了基礎(chǔ)。但它也有很大缺陷：圖形和屬性的松散耦合導(dǎo)致關(guān)聯(lián)關(guān)系的維護(hù)比較復(fù)雜。圖元間的拓?fù)潢P(guān)系無法有效的管理，許多重要的深層次分析難以完成，即使能實(shí)現(xiàn)，效率也很低。一般只能對單一圖幅進(jìn)行管理，對海量數(shù)據(jù)的一體化管理缺乏有效手段，不利于空間分析和檢索。三維數(shù)據(jù)處理能力也比較低。

　　綜合管網(wǎng)信息和與之相關(guān)的地形、環(huán)境信息從根本上是地理信息。地理信息具有空間定位、數(shù)據(jù)量巨大、信息載體多的特點(diǎn)，由于傳統(tǒng)的MIS的數(shù)據(jù)模擬主要針對簡單對象，因此其管理的概念和方法很難有效管理和分析復(fù)雜的地理信息。地理信息系統(tǒng)是一種管理和研究空間位置和屬性數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。它對空間數(shù)據(jù)或?qū)傩詳?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，研究各種空間實(shí)體及相互關(guān)系，根據(jù)實(shí)際需求，通過多種因素綜合分析，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，滿足人們對空間信息的要求，并借助特有的空間分析功能和可視化表達(dá)，進(jìn)行各種輔助決策、動態(tài)模擬和統(tǒng)計(jì)分析等服務(wù)。GIS技術(shù)將地理信息相關(guān)的空間位置、屬性特征進(jìn)行統(tǒng)一管理，按一種全新的方式組織和使用地理信息。由于GIS技術(shù)的不斷發(fā)展以及它所具有的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，采用地理信息系統(tǒng)來真正實(shí)現(xiàn)綜合管網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系的一體化管理，已成為構(gòu)建綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)的必由之路。

　　3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

　　(1)地下綜合管網(wǎng)GIS，包括了城市地下各類綜合管網(wǎng)，系統(tǒng)較為龐大，要合理劃分子系統(tǒng)，應(yīng)使子系統(tǒng)面向用戶。

　　(2)系統(tǒng)在具有整體性的前提下，各子系統(tǒng)模塊應(yīng)具有統(tǒng)一性。

　　(3)子系統(tǒng)或功能模塊要具有可分性和唯一性。也就是在功能上不與其他子系統(tǒng)重復(fù)，而在系統(tǒng)內(nèi)是唯一的，這就減少了模塊之間的相互影響，簡化了開發(fā)工作。

　　(4)按功能相關(guān)性和完整性的原則，把邏輯功能和信息交換緊密的部分以及在同一任務(wù)下的處理過程放在同一子系統(tǒng)中。

　　(5)功能模塊與系統(tǒng)主控部分要有很強(qiáng)的接口能力，使模塊具有可拆卸性，以便與更新和不斷優(yōu)化。

　　4.設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　本管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)開發(fā)重點(diǎn)包括地下管線數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲、數(shù)據(jù)的共享及各專業(yè)管線數(shù)據(jù)的獨(dú)立存取，主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：

　　(1)各類專業(yè)管線空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，在同一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(SQLSEVER)中實(shí)現(xiàn)各類管線空間數(shù)據(jù)的分庫分層管理，使不同專業(yè)管線數(shù)據(jù)可以獨(dú)立存取。

　　(2)各類專業(yè)管線屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),包括各類管線及管線設(shè)備對應(yīng)的屬性表設(shè)計(jì);各類專業(yè)管線應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，包括各類管線應(yīng)用數(shù)據(jù)的存儲設(shè)計(jì)，如自來水、煤氣管線的爆漏歷史數(shù)據(jù)等。

　　(3)管網(wǎng)模型的設(shè)計(jì)，包括各類管線(自來水、煤氣、電力、電信)類型的定義,非同類管線之間拓?fù)溥B接規(guī)則的定義，各種管線設(shè)備點(diǎn)與管線之間的匹配規(guī)則的定義。

　　(4)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程維護(hù)、添加、編輯、更新及回存某類管線數(shù)據(jù)(包括圖形及屬性數(shù)據(jù))，針對用戶權(quán)限的不同，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級管理。

　　5.ArcGISEngine技術(shù)介紹

　　作為嵌入式GIS，它能用來在一個組織內(nèi)建立應(yīng)用，為用戶提供有針對性的GIS功能。進(jìn)行GIS應(yīng)用開發(fā)時徹底地脫離了ArcGIS桌面平臺。ArcGISEngine開發(fā)包括三個關(guān)鍵部分：控件，工具條和工具，對象庫�？丶�是ArcGIS用戶界面的組成部分，你可以嵌入并在你的應(yīng)用程序中使用。例如：一個地圖控件和一個內(nèi)容表控件可以加在應(yīng)用中來展示和交互式運(yùn)用地圖。工具條是GIS工具的集合，在應(yīng)用程序中用它來和地圖和地理信息交互。如，工具包括：平移、縮放和、點(diǎn)擊查詢和與地圖交互的各種選擇工具。工具在應(yīng)用界面上用工具條的方式展現(xiàn)。通過調(diào)用一套豐富的常規(guī)的工具和工具條，建立定制應(yīng)用的過程被簡化了。開發(fā)者可以很容易的將選擇的工具拖放到定制應(yīng)用中或創(chuàng)建自己定制的工具來實(shí)現(xiàn)與地圖的交互。對象庫是可編程ArcObjects組件的集合，包括幾何圖形到制圖、GIS數(shù)據(jù)源和Goedatabase等一系列庫。在Windows，UNIX，和Linux平臺的開發(fā)環(huán)境下使用這些庫，程序員可以開發(fā)出從低級到高級的各種定制的應(yīng)用。相同的GIS庫也是構(gòu)成ArcGIS桌面軟件和ArcGISServer軟件的基礎(chǔ)。

　　ArcGISEngine的五個組成部分概括如下：

　　(1)基本服務(wù)---由GIS核心ArcObjects構(gòu)成，幾乎所有GIS應(yīng)用程序都需要，如要素幾何體和顯示;

　　(2)數(shù)據(jù)存取---ArcGISEngine可以對許多柵格和矢量格式進(jìn)行存取，包括強(qiáng)大而靈活的地理數(shù)據(jù)庫;

　　(3)地圖表達(dá)---包括用于創(chuàng)建和顯示帶有符號體系和標(biāo)注功能的地圖的ArcObjects，及包括創(chuàng)建自定義應(yīng)用程序的專題制圖功能的ArcObjects;

　　(4)開發(fā)組件---用于快速應(yīng)用程序開發(fā)的高級用戶接口控件和用于高效開發(fā)的一個綜合幫助系統(tǒng)。

　　(5)運(yùn)行時選項(xiàng)---ArcGISEngine運(yùn)行時可以與標(biāo)準(zhǔn)功能或其他高級功能一起部署。

　　除運(yùn)行時選項(xiàng)外，這些部分都可以通過ArcGISEngine的軟件開發(fā)工具包獲得。ArcGISEngine運(yùn)行時及其選項(xiàng)雖然也是自定義GIS應(yīng)用程序開發(fā)不可或缺的一部分，但涉及到特定的應(yīng)用程序部署，因此被認(rèn)為是一個獨(dú)立的組成部分。

　　6.基于SDE的C/S結(jié)構(gòu)

　　采用基于SDE的C/S結(jié)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)全部統(tǒng)一存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，SDE是位于RDBMS和客戶端之間的空間服務(wù)器，與RDBMS集成于服務(wù)器端。SDE在客戶端和服務(wù)器端都有API(應(yīng)用程序接口)，客戶端API用于處理客戶端應(yīng)用程序提出的請求，并把這個請求翻譯成標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言，然后通過服務(wù)器端的API建立與RDBMS的通訊，RDBMS統(tǒng)一管理圖形和屬性數(shù)據(jù) 將滿足要求的結(jié)果由SDE返回給客戶端。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下圖：

　　圖1總體結(jié)構(gòu)圖

　　7.系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　地下管線信息系統(tǒng)主要包括入庫、查錯、圖形瀏覽、信息查詢、分析和圖形輸出六個模塊，系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　圖2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

　　7.1信息查詢功能實(shí)現(xiàn)

　　空間查詢與分析統(tǒng)計(jì)是GIS最重要的功能，也是GIS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征，它使地圖圖形信息以及各種專業(yè)信息的利用深度和廣度大大增強(qiáng)，用戶可以從中獲取很多派生信息和新知識，可用來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、環(huán)境和資源調(diào)查中的綜合評價(jià)、規(guī)劃、決策、預(yù)測等任務(wù)。本系統(tǒng)結(jié)合綜合管網(wǎng)日常管理工作流程和模式，根據(jù)GIS軟件的使用習(xí)慣設(shè)計(jì)了符合用戶需求的查詢功能。

　　7.2分析統(tǒng)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)分析統(tǒng)計(jì)功能主要是通過對空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分析和數(shù)學(xué)計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)了以下統(tǒng)計(jì)和分析功能：管網(wǎng)工作的日常統(tǒng)計(jì)和爆管分析、縱橫斷面分析等。如利用AE提供的InetElementBarriers接口將管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的可以關(guān)閉閥門設(shè)置為斷點(diǎn)，利用InetSolver和ItraceFlowSolver接口來實(shí)現(xiàn)爆管分析。

　　8.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

　　8.1GeoDataBase

　　GeoDataBase是ESRI公司提出的全關(guān)系型的空間數(shù)據(jù)庫模型，所有的空間數(shù)據(jù)以相同的格式存放，易于管理并且有效。在GeoDataBase中可以定制要素類各自的行為和方法，以及要素類之間的確認(rèn)規(guī)則、連接規(guī)則和空間關(guān)系，并且可以生成集合網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)要素移動時，邊與邊的連接關(guān)系能夠被維護(hù)，相關(guān)的幾何坐標(biāo)自動地修改。ArcGIS中提供了根據(jù)建立的模型自動生成GeoDataBase數(shù)據(jù)框架的工具。

　　8.2 網(wǎng)絡(luò)模型

　　網(wǎng)絡(luò)是用于實(shí)現(xiàn)資源運(yùn)輸和信息交流的相互連接的線性特征。網(wǎng)絡(luò)模型是對現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)的抽象。在ArcInfo模型中，網(wǎng)絡(luò)由Junction和Edge組成，Edge是組成網(wǎng)絡(luò)的各種相互連接的線，Junction是Edge的終止點(diǎn)，Edge總在Junction處相交。在本系統(tǒng)Edge表現(xiàn)為各種管線，Junction表現(xiàn)為各種設(shè)備(如閥門、水表等)。建立良好的網(wǎng)絡(luò)模型，可以實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)分析功能。

　　9.結(jié)論

　　面對繁瑣的地下管線數(shù)據(jù)，建立城市地下管線管理系統(tǒng)勢在必行。使用GIS的可視化技術(shù)和圖形屬性一體化管理可以大大提高管線資料的信息化管理。隨著地理信息系統(tǒng)對海量數(shù)據(jù)處理能力的提高，三維地下管線管理系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)實(shí)，相信三維地下管線管理系統(tǒng)應(yīng)該是下一代地下管線管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

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