黃寶玉，祝 婕，張欣然

(1. 長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212；2. 武漢市第二中學(xué)，武漢 430010)

基于GIS校園管網(wǎng)信息系統(tǒng)的研究與設(shè)計

黃寶玉1，祝 婕1，張欣然2

(1. 長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212；2. 武漢市第二中學(xué)，武漢 430010)

校園地下管網(wǎng)是校園基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其運行和管理的優(yōu)劣直接影響師生的工作和生活。一般院校的地下管網(wǎng)管理工作以后勤管理人員采用人工收集、管理紙質(zhì)資料，故障時查閱圖紙摸索處理的方式進(jìn)行管理。而這種管理方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到高校發(fā)展的需求。因此，開發(fā)一個地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)，對后期以此實現(xiàn)學(xué)院地下管網(wǎng)的數(shù)字化管理具有十分重要的現(xiàn)實意義。

地理信息系統(tǒng)(GIS)；校園地下管網(wǎng); 需求分析;總體設(shè)計

校園管網(wǎng)包含的管線眾多，如給水、污水、電力、電信、雨水、綜合管網(wǎng)等。各類管線交叉縱橫，形成了一個密密麻麻的地下世界。校園管網(wǎng)的順利運行是師生日常生活、工作的保障。一般來說，隨著社會發(fā)展以及校園現(xiàn)代化程度的提高，管網(wǎng)的數(shù)量、種類也會越來越多，對地下管網(wǎng)的要求也越來越高。地下管網(wǎng)建設(shè)與管理作為校園建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，已經(jīng)引起了相關(guān)部門和校領(lǐng)導(dǎo)的重視。它也為眾多校園規(guī)劃、相關(guān)部門日常管理、施工建設(shè)決策等提供了重要的依據(jù)。而地下管網(wǎng)“隱蔽性”的特點為決策的進(jìn)行帶來了很大困難。如何對數(shù)量繁多、分布廣泛、交叉縱橫的各類管線進(jìn)行監(jiān)督和管理，保障其運行的正常及高效以及改建和擴建是一個非常復(fù)雜的問題。由此，基于GIS的地下管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)運而生。

1 基于GIS的校園管網(wǎng)系統(tǒng)的必要性

目前，一般院校的地下管網(wǎng)管理工作主要以后勤管理人員采用傳統(tǒng)的人工收集、存檔管網(wǎng)紙制資料，故障時查閱圖紙摸索處理的方式進(jìn)行管理。但隨著相關(guān)配套設(shè)施不斷進(jìn)行改建，管網(wǎng)的規(guī)模越來越龐大，管網(wǎng)圖紙資料越來越繁雜，管線資料不斷更新、修改和檢索，這種人工收集、存檔管網(wǎng)紙質(zhì)資料的方式管理管線資料、數(shù)據(jù)的變更與存檔不利于對地下管線檔案進(jìn)行實時管理，特別是當(dāng)管網(wǎng)突發(fā)障礙或者進(jìn)行臨時優(yōu)化調(diào)整時，后勤的實時更新、應(yīng)急能力和統(tǒng)籌規(guī)劃水平存在很大問題。所以，運用人工進(jìn)行管線管理的方式顯然不適合現(xiàn)代化校園建設(shè)的需要，必須更新傳統(tǒng)觀念，引入新的技術(shù)，在計算機的幫助下，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化升級，運用科學(xué)的管理和分析，提高后勤部門的服務(wù)能力。

因此，引入地理信息系統(tǒng)，進(jìn)行地下管網(wǎng)應(yīng)管理應(yīng)運而生。地理信息系統(tǒng)(GIS)是一門測量與計算機的交叉學(xué)科，包含了計算機科學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境學(xué)、工程學(xué)、管理和統(tǒng)計學(xué)、測繪與遙感技術(shù)、信息處理技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。它是在計算機軟硬件支持下，通過對資料的收集、存儲，運用GIS軟件空間分析的能力對相關(guān)對象進(jìn)行規(guī)劃、管理、決策、研究。將它引入校園管網(wǎng)系統(tǒng)，通過設(shè)計一個基于GIS的符合校園的地下管網(wǎng)系統(tǒng)，能實現(xiàn)管網(wǎng)資料的實時更新，提高數(shù)字化管理的水平，幫助工作人員發(fā)現(xiàn)在單一紙質(zhì)圖紙上難以識別的許多問題，輔助管理者站在宏觀角度來思考地下管網(wǎng)的管理問題，依據(jù)科學(xué)的手段對地下管網(wǎng)進(jìn)行指揮和決策，提高效益。因此，開發(fā)一個地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)，對后期實現(xiàn)地下管網(wǎng)的數(shù)字化管理具有十分重要的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)以長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，設(shè)計一個符合校園實情的GIS地下管網(wǎng)系統(tǒng)。

2 建立GIS的校園管網(wǎng)系統(tǒng)的原因與基本要求

到現(xiàn)階段為止，一般校園還是采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)文檔進(jìn)行地下管網(wǎng)的管理。該管理方法已跟不上學(xué)校的發(fā)展速度，更不能滿足建設(shè)數(shù)字化校園的需要。該管理方法的落后主要表現(xiàn)在：

(1)地下管線準(zhǔn)確性差。很多院校的管網(wǎng)圖紙還是5年前，甚至10年前的圖紙，現(xiàn)階段的管網(wǎng)圖紙由于人員變動或者校園搬遷等各種原因，已消失不見。這給后期進(jìn)行管網(wǎng)維護、升級工作帶來很大不便。

(2)地下管線埋設(shè)雜亂。不同的施工單位、不同的材料供應(yīng)商、不同的埋設(shè)部門以及不同的埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，造成了地下管線的雜亂無章。特別是在比較老的校區(qū)，新舊管線混雜，管線的復(fù)雜程度更甚。

(3)地下管線的實時更新困難。地下管網(wǎng)的管理沿用傳統(tǒng)的方法，設(shè)計部門主要采用CAD圖紙，施工單位驗收工作不夠重視，這些原因都造成了后勤部門不能得到準(zhǔn)確的施工數(shù)據(jù)，不能對圖紙進(jìn)行修改補充。

(4)地下管網(wǎng)管理手段落伍。到現(xiàn)階段為止，一般校園還是采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)文檔(圖紙、表格等)進(jìn)行地下管網(wǎng)的管理。圖紙、檔案種類多、數(shù)量大，隨著時間的流逝，這些紙質(zhì)資料會慢慢失去準(zhǔn)確度。而且紙質(zhì)檔案的查詢、轉(zhuǎn)換工作效率非常低，資料的更新也完全跟不上學(xué)院的發(fā)展。

基于以上原因，建議引入了基于GIS的校園管網(wǎng)系統(tǒng)。對這個地下管網(wǎng)系統(tǒng)來說，應(yīng)該滿足如下建議要求：

(1)實用性：實用性是一個系統(tǒng)最終正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，因此要求系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)充分考慮建設(shè)與管理現(xiàn)有的管理規(guī)范和管理手段，系統(tǒng)要盡量做到貼近現(xiàn)有的管理流程和辦事習(xí)慣。

(2)穩(wěn)定性：系統(tǒng)應(yīng)采用先進(jìn)的軟硬件平臺、網(wǎng)線設(shè)備和主流的二次開發(fā)工具，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)時也應(yīng)該采用合理、科學(xué)的系統(tǒng)架構(gòu)，確保系統(tǒng)能夠持續(xù)的進(jìn)行。

(3)安全性：系統(tǒng)應(yīng)具有安全的網(wǎng)絡(luò)體系，滿足地下管網(wǎng)信息保密原則，通過對訪問權(quán)限的控制，設(shè)計不同用戶的訪問權(quán)限，抵御非法用戶的入侵，實現(xiàn)管網(wǎng)信息保密，系統(tǒng)的硬件也應(yīng)該具有一定的容錯性和可恢復(fù)性。

(4)易操作性：訪問該系統(tǒng)的用戶大部分都是普通管理人員，不具備專業(yè)的計算機知識，該系統(tǒng)是否能提供直觀、友好的操作界面，也是評價該系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。

(5)可擴展性：由于管網(wǎng)建設(shè)任務(wù)永無止境，該管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，必須考慮其數(shù)據(jù)、功能等方面的擴展能力，以滿足管理模式的轉(zhuǎn)變和業(yè)務(wù)流程的擴充與重組的需要。

3 基于GIS校園管網(wǎng)系統(tǒng)的總體設(shè)計

根據(jù)對校園管網(wǎng)的需求分析，現(xiàn)設(shè)計一個基于GIS的校園管網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模式：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層中存儲所有的管線數(shù)據(jù)：歷史管線、現(xiàn)狀管線、規(guī)劃管線；數(shù)據(jù)管理層是整個管網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理層，由管線數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)圖庫組成，分為圖形查詢(條件查詢、管網(wǎng)信息、系統(tǒng)設(shè)置等)、空間分析(路徑查詢、管網(wǎng)流通等)、圖形統(tǒng)計(距離量算、交叉口分析、地圖屬性等)、圖形基本操作(放大、縮小、漫游、全圖等)、其他(數(shù)據(jù)輸出、管線設(shè)計)等6個方面。如圖1所示。

該數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)處理流程如下：用戶登陸系統(tǒng)，輸入用戶名和密碼進(jìn)行驗證。如果是管理員用戶，則其即可以對底層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層進(jìn)行管網(wǎng)數(shù)據(jù)的增、刪、改等操作，又可以對各種數(shù)據(jù)應(yīng)用進(jìn)行操作。若為普通用戶，則主要可以進(jìn)行數(shù)據(jù)應(yīng)用層上的一些基本操作：圖形查詢、空間分析、圖形的基本操作以及圖形統(tǒng)計等功能。用戶在分析應(yīng)用層選擇所需要的操作后，系統(tǒng)將根據(jù)所選操作生成命令，然后數(shù)據(jù)應(yīng)用層將該命令進(jìn)行初步解釋處理后發(fā)送到數(shù)據(jù)管理層。數(shù)據(jù)管理層對該命令進(jìn)行處理：進(jìn)一步解析成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)，然后將命令進(jìn)行分解處理，如需調(diào)用數(shù)據(jù)庫中信息則直接發(fā)布消息到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層中進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用，將調(diào)用回來的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，將結(jié)果轉(zhuǎn)化為用戶能夠識別的信息：圖片、表格等再傳回分析應(yīng)用層，在分析應(yīng)用層的輸出界面進(jìn)行展示。

圖1 總體設(shè)計圖

4 基于GIS校園管網(wǎng)系統(tǒng)的實現(xiàn)

成熟的基于GIS校園管網(wǎng)系統(tǒng)將以ArcEngine作為支撐平臺，數(shù)據(jù)庫采用Oracle9i，以ArcSDE 9i作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，構(gòu)成數(shù)據(jù)管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用。采用C#作為開發(fā)語言。該系統(tǒng)整體采用B/S+C/S的結(jié)構(gòu)。在B/S結(jié)構(gòu)上，所有安裝了桌面客戶端的用戶都可以通過服務(wù)器在WEB平臺上動態(tài)的訪問管網(wǎng)信息。

前期校園管網(wǎng)V1.0版主要針對網(wǎng)絡(luò)版。在網(wǎng)頁中顯示地下管網(wǎng)的幾個關(guān)鍵節(jié)點數(shù)據(jù)：建成時間、管網(wǎng)類型等，后期再在該系統(tǒng)上進(jìn)行擴充。該管網(wǎng)系統(tǒng)直接調(diào)用百度地圖API，外部地圖的搜索、放大、縮小功能主要使用JS進(jìn)行實現(xiàn)。通過連接ACCESS數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)地下管網(wǎng)一些重點接口的數(shù)據(jù)查看和顯示功能，能顯示管網(wǎng)建設(shè)年代、管網(wǎng)埋設(shè)深度、埋設(shè)類型、材質(zhì)、流向、占用孔數(shù)、壓力值等信息。管網(wǎng)維護、管網(wǎng)事故處理、管網(wǎng)管理子系統(tǒng)等更高功能將在后續(xù)版本中實現(xiàn)。

[1] 邵 建. 供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)在管網(wǎng)管理中的應(yīng)用探索[J].給水排水,2013(13):162-163.

[2] 劉劍鋒. 基于GIS的數(shù)字校園地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)研究[D].陜西師范大學(xué),2004.

[3] 葛代鋒. 基于GIS方法的校園地下管線數(shù)據(jù)庫建立[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009(12):120-123.

On Research and Design of Campus Pipeline Network Information System Based on GIS

HUANG Bao-yu1, ZHU Jie1，ZHANG Xin-ran2

(1. Changjiang Institute of Technology, Wuhan 430212, China; 2. Wuhan Second Middle School, Wuhan 430010, China)

The underground pipeline network is an important part of the campus infrastructure, and its operation and management directly affect the work and life of teachers and students. The management of the underground pipeline network in colleges and universities is generally carried out by consulting the blueprints and materials manually collected and managed by management personnel and then groping for solutions. However, this kind of management is far less than the needs of the development of colleges and universities. Therefore, it is significant to develop an underground pipeline network information system in order to realize the digital management of underground pipeline network.

GIS; underground pipeline network; requirement analysis; general design

2016-11-01

長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2016年度重點課題(JKY2015-06)的研究成果之一。

黃寶玉(1982-)，男，河南駐馬店人，講師，大學(xué)，主要研究方向：項目管理與后勤服務(wù)管理。

TU990.3/TP273+.5/P208

A

1673-0496(2017)01-0021-03

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2017.01.007