郭夢熾，李浩

(1.哈爾濱市勘察測繪研究院，黑龍江哈爾濱 150010； 2.哈爾濱數(shù)字城市科技有限公司，黑龍江哈爾濱 150010)

哈爾濱市群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

郭夢熾1，2?，李浩1，2

(1.哈爾濱市勘察測繪研究院，黑龍江哈爾濱 150010； 2.哈爾濱數(shù)字城市科技有限公司，黑龍江哈爾濱 150010)

闡述了哈爾濱市群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)建設(shè)的重要性。重點介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和功能設(shè)計。詳細(xì)分析了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

群力新區(qū)；地理信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫

1 引 言

哈爾濱市群力新區(qū)是哈爾濱城市西擴(kuò)戰(zhàn)略第一步，是哈爾濱市近幾年的城市發(fā)展重點，新區(qū)建設(shè)猶如在一張白紙上繪制藍(lán)圖，所以與城市建設(shè)同步建立地理信息系統(tǒng)有著十分重要的意義，能夠為以后群力新區(qū)的智能化、信息化管理奠定堅實基礎(chǔ)。群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)以提供決策支持為目標(biāo)；以新區(qū)管理的集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化為途徑；為新區(qū)規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國土資源管理、房產(chǎn)管理等工作提供良好的數(shù)據(jù)平臺和決策信息服務(wù)，實現(xiàn)群力新區(qū)與哈爾濱市地理信息資源的共建共享，避免出現(xiàn)新的“數(shù)據(jù)孤島”。

2 系統(tǒng)框架

2.1 總體目標(biāo)

根據(jù)對群力新區(qū)業(yè)務(wù)職能以及管理方面的分析調(diào)研，提出系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)主要包括:

(1)在數(shù)字城市地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)框架之下，構(gòu)建群力區(qū)地理空間數(shù)據(jù)框架，建立區(qū)域范圍內(nèi)動態(tài)共享型的空間數(shù)據(jù)庫。

(2)著重于建設(shè)工程的從設(shè)計審批、施工管理、竣工驗收、日常維護(hù)的每一個環(huán)節(jié)，真正體現(xiàn)系統(tǒng)在工程管理中的應(yīng)用。

(3)開發(fā)數(shù)據(jù)規(guī)范化管理系統(tǒng)、工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)電子地圖系統(tǒng)、三維數(shù)字城市系統(tǒng)。

(4)建立地理數(shù)據(jù)的分發(fā)服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布系統(tǒng)，實現(xiàn)群力區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與其他專業(yè)部門數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)。

2.2 總體框架

群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)，主要運用地理信息系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對信息資源進(jìn)行綜合處理，服務(wù)于政府，企業(yè)，公眾三個行為主體，最終促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改善人民生活質(zhì)量，創(chuàng)建具有地方特色的數(shù)字文化，為群力新區(qū)建設(shè)建立一個數(shù)字化的管理模式?？傮w框架如圖1所示。

系統(tǒng)的應(yīng)用層是建立在GIS通用平臺之上的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)業(yè)務(wù)的需要，采用B/S，C/S結(jié)構(gòu)。所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都基于同一個GIS平臺，共享GIS平臺提供的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和GIS接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)融合。系統(tǒng)的服務(wù)層處于應(yīng)用層之下，是支撐各業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運行和系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享融合的重要橋梁，起著“承上啟下”的作用。服務(wù)層主要由三個平臺構(gòu)成:業(yè)務(wù)平臺、基礎(chǔ)地理信息共享平臺和三維地理信息平臺，是整個系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐層，包括了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)資源管理功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括:城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)等，涉及群力新區(qū)地理、交通、人文、景觀、生態(tài)等多方面的信息。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)分類

群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，既要滿足當(dāng)前系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的需求，又要充分考慮數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展性，滿足群力新區(qū)各種類別空間數(shù)據(jù)、電子圖檔的入庫歸檔。因此，在數(shù)據(jù)庫內(nèi)容方面，不僅包含了基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，行業(yè)空間數(shù)據(jù)，而且包含新區(qū)工程建設(shè)過程中涉及的結(jié)構(gòu)化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及各種文本、圖片、視頻等工程建設(shè)數(shù)據(jù)。主要設(shè)計了如下幾個專題數(shù)據(jù)庫。

(1)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)包括群力新區(qū)范圍內(nèi)的水系、居民地、交通、地貌、植被、境界等自然人文要素。這部分的數(shù)據(jù)既有從現(xiàn)有哈爾濱市全要素地形圖中提取的與群力新區(qū)相關(guān)的數(shù)據(jù)，也有從現(xiàn)場采集入庫的新數(shù)據(jù)，既有矢量地形數(shù)據(jù)，也有柵格影像數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)是群力新區(qū)數(shù)據(jù)中最基礎(chǔ)的部分，既是各種專題和行業(yè)數(shù)據(jù)的背景數(shù)據(jù)，又為各種業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了定位基準(zhǔn)。

(2)行業(yè)專題數(shù)據(jù)庫

群力新區(qū)的建設(shè)和管理涉及了傳統(tǒng)政府職能劃分中的各個部門。為了能夠適應(yīng)群力新區(qū)集中式管理的新模式，突破各個部門之間的信息壁壘，實現(xiàn)新區(qū)數(shù)據(jù)庫共建共享，在數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面，按照行業(yè)專題劃分，設(shè)計了包含群力新區(qū)各個行業(yè)的專題數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)包括:規(guī)劃專題數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、市容環(huán)境數(shù)據(jù)、建構(gòu)筑物數(shù)據(jù)、公用設(shè)施數(shù)據(jù)、景觀綠化數(shù)據(jù)、道路交通數(shù)據(jù)、管線及附屬數(shù)據(jù)。每一類數(shù)據(jù)都包含了幾何特征和屬性特征兩方面的內(nèi)容，能夠滿足群力新區(qū)的綜合管理以及專業(yè)部門應(yīng)用的需求。

(3)工程檔案數(shù)據(jù)庫

群力新區(qū)的建設(shè)，是一個從無到有的過程，隨著工程建設(shè)的開展，產(chǎn)生了大量的工程圖紙、技術(shù)合同、設(shè)計資料等工程資料。這些數(shù)據(jù)既是空間數(shù)據(jù)提取的數(shù)據(jù)源，又是日后新區(qū)設(shè)施管理的重要參考依據(jù)。將這些寶貴的工程檔案入庫管理，意義重大。工程檔案數(shù)據(jù)包括設(shè)計、施工、竣工階段的各種圖紙、合同、照片、視頻等多媒體資料，以及工程涉及的行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等法律法規(guī)文檔。

(4)元數(shù)據(jù)庫

元數(shù)據(jù)是對群力新區(qū)數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)的描述，包含了采集來源、入庫時間、更新時間、版本等各種信息，是群力新區(qū)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的依據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)組織

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計到兩方面的數(shù)據(jù):以基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)為主的空間數(shù)據(jù)，和以工程檔案數(shù)據(jù)為主的非空間數(shù)據(jù)。對于空間數(shù)據(jù)，以Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型作為基本存儲邏輯，根據(jù)空間數(shù)據(jù)分類規(guī)則進(jìn)行分類存儲，形成數(shù)據(jù)集(FeatureDataset)——要素類(FeatureClass)的樹型結(jié)構(gòu)。對于非空間數(shù)據(jù)庫，以關(guān)系數(shù)據(jù)模型作為基本存儲邏輯，將非結(jié)構(gòu)化的文字、圖檔等資料轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化的二維表記錄集存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。

由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫涉及的數(shù)據(jù)種類豐富、類型繁多，必須以某種規(guī)則將其進(jìn)行融合，形成具有內(nèi)在邏輯關(guān)系的整體，才能為系統(tǒng)功能實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐。通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的特點以及應(yīng)用的需求的分析，本文以行業(yè)專題對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)為核心，以工程項目名稱、編號和空間位置作為關(guān)聯(lián)因子，將行業(yè)專題的空間數(shù)據(jù)與工程圖檔資料進(jìn)行關(guān)聯(lián)，具體表現(xiàn)在:按照空間數(shù)據(jù)所屬的行業(yè)專題進(jìn)行空間數(shù)據(jù)集的劃分和組織，以每個工程項目為基本單元組織工程檔案關(guān)系數(shù)據(jù)。以此同時，在每個空間對象上擴(kuò)展“工程編號”字段，將空間對象與所屬工程信息建立一一對應(yīng)的映射關(guān)系。整個數(shù)據(jù)庫的邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫ER圖

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)在功能上的建設(shè)，既能滿足工程建設(shè)中的過程管理，又能滿足城市部件的日常維護(hù)。同時，能夠為新區(qū)規(guī)劃建設(shè)管理者提供輔助分析功能。

4.1 多源數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)對多源數(shù)據(jù)的管理，實際上是對新區(qū)內(nèi)工程項目建設(shè)過程中產(chǎn)生的各種空間信息、圖檔資料的維護(hù)管理。由于系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)種類多、更新頻率高，在數(shù)據(jù)管理方面，提出了面向工程生命周期的數(shù)據(jù)管理機(jī)制。即以建設(shè)工程項目為數(shù)據(jù)基本維護(hù)單元，以建設(shè)工程項目的四個階段(設(shè)計、施工、竣工、維護(hù))為時間維，提供對工程空間數(shù)據(jù)、工程信息數(shù)據(jù)、工程多媒體資源數(shù)據(jù)的自動化入庫、編輯、導(dǎo)出等功能。

4.2 工程項目管理

工程項目管理針對新區(qū)工程項目建設(shè)的業(yè)務(wù)流程以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供了群力辦的日常工程審批、工程管理的數(shù)字化解決方案，實現(xiàn)全程無紙化辦公，加快新建項目的審批過程以及批后管理，提高群力新區(qū)的建設(shè)速度和數(shù)字化程度。工程項目以建設(shè)工程項目為管理對象，提供對建設(shè)工程項目的智能查詢、工程位置定位、工程實景展示、工程圖檔上傳下載、工程進(jìn)度分析、工程質(zhì)量統(tǒng)計等，為新區(qū)建設(shè)管理者提供豐富的工程項目管理輔助信息。

4.3 行業(yè)專題管理

當(dāng)前，高職院校護(hù)理專業(yè)的信息化教學(xué)資源與醫(yī)院實際護(hù)理信息系統(tǒng)存在脫節(jié)的情況，即護(hù)理專業(yè)學(xué)生在院校學(xué)習(xí)過程中很難接觸到實際工作中需要用到的信息系統(tǒng)，這也就使得護(hù)理專業(yè)學(xué)生在進(jìn)入醫(yī)院進(jìn)行護(hù)理實習(xí)時，需要進(jìn)行二次培訓(xùn)，無形中增加了培訓(xùn)成本。為了避免這一問題的出現(xiàn)，增強(qiáng)護(hù)理專業(yè)學(xué)生的護(hù)理專業(yè)能力，在教育信息化背景下，要求護(hù)理專業(yè)教學(xué)加強(qiáng)與醫(yī)院的合作，積極開設(shè)第二課堂，改變以往護(hù)理專業(yè)校內(nèi)教學(xué)與醫(yī)院護(hù)理崗位實習(xí)相脫離的教學(xué)現(xiàn)狀。

按照群力新區(qū)各部門的職能，將數(shù)據(jù)劃分為城市規(guī)劃、土地利用、市容環(huán)境、建構(gòu)筑物、公用設(shè)施、景觀綠化、道路交通、管線及附屬八大行業(yè)專題。根據(jù)行業(yè)專題特點，開發(fā)了針對各個專題數(shù)據(jù)的查詢、檢索、編輯、制作統(tǒng)計圖表、專題地圖等功能，同時，依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為使用這些數(shù)據(jù)的行業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)共享接口服務(wù)。

4.4 基礎(chǔ)設(shè)施管理

基礎(chǔ)設(shè)施管理的對象不僅包括各類管、線、網(wǎng)、溝等市政設(shè)施，還包括了道路、建筑、綠化等城市部件。建立了一套群力新區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施分類編碼標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交換體系。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了涉及基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)管理的各種功能，能夠?qū)Ω鞣N基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行地圖定位、查詢、增刪、專題統(tǒng)計。通過與工程檔案數(shù)據(jù)庫的連接，能夠迅速調(diào)閱基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計、施工階段的各種圖檔資料，為基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)提供準(zhǔn)確的信息。

4.5 專家輔助分析

采用精確的數(shù)學(xué)模型和GIS空間分析輔助系統(tǒng)應(yīng)用人員進(jìn)行定性定量的專業(yè)分析，為決策層提供更加科學(xué)精確的決策依據(jù)。對建設(shè)工程項目設(shè)計和竣工指標(biāo)參數(shù)的對比，自動輸出設(shè)計和竣工指標(biāo)對比表，評估工程質(zhì)量，為工程項目驗收提供科學(xué)依據(jù)；根據(jù)道路管線的空間位置分布特征以及相關(guān)屬性信息，對道路管線進(jìn)行橫縱斷面分析，生成任意部分的橫縱斷面圖；通過GIS空間分析，提供市政公益設(shè)施的最優(yōu)布設(shè)空間位置以及服務(wù)范圍等。

4.6 電子地圖發(fā)布

群力新區(qū)網(wǎng)絡(luò)電子地圖的發(fā)布采用大比例尺地圖為空間定位基礎(chǔ)，通過電子地圖把公共服務(wù)信息及其地理空間位置的聯(lián)接，以空間數(shù)據(jù)為索引，以聲音、圖像、動畫等多媒體手段為依托，把群力新區(qū)經(jīng)濟(jì)、文化、教育、企業(yè)、旅游等信息進(jìn)行集成和融合，為政府部門、企事業(yè)單位、社會公眾對各類信息查詢和分析提供一套可視化的空間信息服務(wù)。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)

5.1 開發(fā)環(huán)境

5.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)面向工程項目生命周期的數(shù)據(jù)庫建庫機(jī)制

傳統(tǒng)的城市空間數(shù)據(jù)庫建庫模式往往采用“既有資料數(shù)字化＋外業(yè)補(bǔ)測”的模式，這種模式適用于城市建成區(qū)的空間數(shù)據(jù)庫建庫。對于群力新區(qū)來說，由于不是城市建成區(qū)，沒有詳盡的地圖資料，且新區(qū)建設(shè)項目剛剛開始，無法通過外業(yè)測量獲取空間信息。在本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，提出了面向工程項目生命周期的數(shù)據(jù)庫建庫機(jī)制。以建設(shè)工程項目為基本建庫單元，以工程項目的四個階段(設(shè)計、施工、竣工、維護(hù))為時間維，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源直接來源于工程項目四個階段的電子圖檔，數(shù)據(jù)真實可靠，精度高，成本低，保證了系統(tǒng)建設(shè)與新區(qū)建設(shè)同步進(jìn)行。

(2)海量多媒體資料的集成管理

對于多媒體資料的存儲和管理，一般都是基于數(shù)據(jù)庫的二進(jìn)制大對象(Blob)，將多媒體資料轉(zhuǎn)為二進(jìn)制格式直接存儲在這個字段中。這種方法只適用于單個文件較小，且整個多媒體資料較少的情況。對于本文涉及的海量多媒體資料，采用在服務(wù)器端創(chuàng)建FTP服務(wù)的方式進(jìn)行存儲和管理，設(shè)計和實現(xiàn)了一個基于Socket的多線程FTP服務(wù)器。所有的多媒體資料以文件形式存儲在FTP服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫表中只記錄多媒體資料在FTP服務(wù)器上的地址，通過這個地址字段，客戶端能夠迅速索引到對應(yīng)的多媒體實體文件。

(3)基于地理實體數(shù)據(jù)的工程項目表達(dá)

系統(tǒng)中涉及的工程項目具有空間位置信息和專題屬性信息，屬于空間數(shù)據(jù)的范疇。但用某一特定圖元無法準(zhǔn)確表達(dá)工程項目空間數(shù)據(jù)，因為一個工程項目常常涉及多個分布在不同空間位置的地理對象。本文采用地理實體數(shù)據(jù)模型表達(dá)這種由復(fù)合圖元構(gòu)成的空間對象。地理實體數(shù)據(jù)采用面向?qū)嶓w的建模方法，以圖元為數(shù)據(jù)的構(gòu)成單元，其數(shù)據(jù)模型如圖3所示。該數(shù)據(jù)模型由兩個層次構(gòu)成，分別為圖元層與實體層。圖元層為地理實體數(shù)據(jù)的構(gòu)成層，用幾何單形(點、線、面)表達(dá)；實體層有一個或多個圖元構(gòu)成，可掛接各類專題信息，一般用幾何復(fù)形表達(dá)，也可用幾何單形表達(dá)。本文中涉及的工程項目為地理實體，由構(gòu)成某個工程項目的地理對象圖元構(gòu)成，工程項目實體同時可以掛接項目名稱、建設(shè)單位等屬性信息。工程項目實體和構(gòu)成它的圖元通過工程項目的唯一編號形成一對多的關(guān)系。

圖3 地理實體數(shù)據(jù)

6 結(jié) 語

隨著群力新區(qū)建設(shè)步伐的加快，群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)也日趨完善。目前，已經(jīng)完成了群力新區(qū)東區(qū)啟動區(qū)的60多個工程項目的空間數(shù)據(jù)建庫以及電子圖檔入庫工作，涉及八大類行業(yè)專題116種數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)之上，基于.NET Framework和ArcGIS完成了滿足需求的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工作。群力新區(qū)地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建，提供了良好的數(shù)據(jù)平臺和決策信息服務(wù)，為新區(qū)的智能化、信息化管理奠定了堅實基礎(chǔ)。

[1] 曾文，張德津.基于GIS的市政設(shè)施信息集成方案及關(guān)鍵技術(shù)[J].地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2006，31 (5)；688～691

[2] 趙東暉，袁永博.基于GIS的建筑施工管理信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].地理空間信息，2007，5(4)；79～80

[3] 楊品福，杜清運，李躍等.長沙市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪科學(xué)，2006，31(6)；89～90

[4] ESRI中國(北京)有限公司.2009第八屆ESRI中國用戶大會論文集[C].北京:測繪出版社，2009

Design and Implementation of Haerbin QunLi New District Geomatic Information System

Guo MengChi1，2，Li Hao1，2
(1.Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying.，Harbin 150010，China；2.Harbin Digital City Technology Co.，Ltd.Harbin 150010，China)

This paper discusses the importance of constructing QunLi New District Geomatic Information System，.It also intruduces the general design of the system，database design and functions，analyzes the key technology.

QunLi new district；GIS；Database

1672－8262(2011)01－59－05

P208

B

2010—04—19

郭夢熾(1983—)，女，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)工作。