《基于GIS的地下管线系统设计和建设研究7500字（论文）》

PAGEPAGE10基于GIS的地下管线系统设计和建设研究摘要我国自上世纪八十年代地下管线的管理就受到了国家的重视，这在城市的发展中也发挥着决定作用。通过对比初期不难发现，经过从初步建立到现在的不断发展完善的过程，我国城市地下管线也形成了一定的自己的管理制度和管理框架。城市地下管线是一个城市发展的基础，由于我国人口非常多，城市的规划建设任务特别重，而我们目前的规划水平仍处在发展阶段，城市的规划设计不够合理，而经济的发展却又非常之快，这些问题就限制了城市化的发展。其中，地下管线作为城市市政基础设施的重要组成部分，需要我们不断改进现有的历史遗留问题，完善地下管线系统的建设也成为一个重要环节。因此有必要加强城市地下管线管理工作方面的研究,为提高我国的城市化水平奠定基础。本文以天津市开发区的发展现状为背景，在地下管线普查工作的基础上实现对开发区地下管线工程信息集中统一发展，建立地下管线管理应用信息系统，实时更新开发区地下管线信息，实现全区地下管线信息共享，开发区规划发展提供信息方面服务。关键词：GIS，AutoCAD，SOA目录第一章绪论 71.1研究背景及研究意义 71.1.1研究背景 71.1.2研究意义 71.2研究内容 81.3论文结构 8第二章文献综述和概念界定 82.1概念界定 82.1.1GIS（地理信息系统） 82.1.2CAD 92.1.3SOA（面向服务的架构） 92.2文献综述 102.2.1国内研究现状 102.2.2国外研究现状 11第三章需求分析 123.1基本需求分析 123.1.1数据标准建设需求 123.1.2满足管线普查和数据艰苦需求 123.1.3满足管线规划管理与设计的需求 123.1.4满足管线管理的长效机制需求 123.1.5满足管线权属单位管线数据共享的需求 133.2业务需求分析 133.2.1业务审批模式转变的需求 133,2,2管线数据动态更新机制 133.2.3管线数据共享交换机制 13第四章系统设计 144.1设计原则 144.2结构框架 144.2.1登录系统 144.2.2系统界面及各功能区的介绍 15第五章总结与展望 195.1论文总结 195.2对未来的展望 19参考文献 21第一章绪论1.1研究背景及研究意义1.1.1研究背景城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，它是由城市中纵横交错的给水、排水、燃气、热力、电力、电信、工业管网组成的空间体系。是保证城市生产、生活正常运转的重要基础条件；是城市安全与繁荣的根基；是城市的“生命线”和“血脉”；也是城市规划、建设和管理的基础资料和公众共享的信息资源。由于城市发展飞速，许多方面的管理都跟不上进度，地下管线的的规划与数据管理亦如此，时常会造成停水、停气、停暖、通信中断等的事故。这就要求我们需要尽快完善城市地下管线的管理建设。近年来，天津市滨海新区开发区（下文统一简称为“开发区”）城市发展迅速，规模也在不断地扩大，作为城市重要基础设施的地下管线也越来越庞大而密集，特别是开发区的一些新建立的工业区正处在基础建设的高峰期，现在管线的管理方式和数据的精度情况都不能满足开发区快速发展的需求。为了全面掌握和摸清开发区地下管线的现状，加强城市地下管线的规划建设管理，建立城市地下管网信息化管理系统，进一步完善城市功能和地下管线管理的信息化水平。需要在地下管线普查工作的基础上实现对开发区地下管线工程信息集中统一管理，建立地下管线管理应用信息系统，动态更新地下管线信息，实现全区地下工程信息共享，为地下空间规划管理和城市建设提供准确的信息服务。1.1.2研究意义本文主要目的是通过创建一个完善的系统来解决城市地下管线中存在的一些问题：规范业务管理办法，解决市政管线建设业务漏报、瞒报、不规范的问题；通过业务流程明确数据管理要求，实现地下管线数据的动态更新；结合统一的地理空间框架体系和数据中心，实现地上地下地表、过去现在将来一体化的管理与应用；以数据中心为基础，统一共享应用服务模式，实现管线规划、建设、竣工、检测、运营、服务的全生命周期信息管理与应用。1.2研究内容本文根据天津市滨海新区开发区具体的情况，以云计算技术为基础，以管线数据中心为核心，以行业用户为节点，建设集地下管网数据采集、数据应用服务、及监控为一体的综合管网信息系统，将开发区的地下管理方式朝着数字化、智能化方向发展。做到统一的数据标准、统一的数据库、统一的共享系统。无论数据管理办法还是业务管理办法也都要统一。1.3论文结构本文共分五个章节，章节结构如下：第一章：绪论。概括本课题的背景与意义、研究内容以及本文的结构框架。第二章：相关技术介绍以及国内外研究。介绍本课题所涉及到的专业技术，包括GIS（地理信息系统），CAD，SOA（面向服务的框架）。第三章：需求分析。本文通过基本需求和业务需求两大方面分析设计此系统的重要性。第四章：系统设计。本章主要介绍此系统的各个功能块以及其功能。第五章：总结与展望。第二章文献综述和概念界定2.1概念界定2.1.1GIS（地理信息系统）（1）定义GIS（地理信息系统）是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括他们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题性喜以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。GIS也可称为是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化数据库管理系统。（2）优势GIS处理的数据更加复杂，且多样化，信息量较大，数据采集的方式多样化；GIS的属性库结构复杂，功能强大；GIS强调对空间数据的分析、图形属性交互使用频繁；GIS采用地理坐标系。2.1.2CAD（1）定义CAD的全称为AutoCAD（AutodeskComputerAidedDesign）是Autodesk（欧特克）公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。（2）优势CAD研究对象为人造对象-规则几何图形及组合；图形功能特别是三位图形功能强；CAD中的拓扑关系较为简单；一般采用几何坐标系。2.1.3SOA（面向服务的架构）（1）定义SOA（面向服务的架构）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。（2）优势服务导向架构并不是一种全新的解决方案；相反，SOA是技术与架构的自然进化。系统架构一直在不断进步，与商业保持高度一致。系统设计师与商家很早就认识到将技术与商业流程相协调的重要性，包括充分应用并合理化技术资源，以及为商业提供更好的支持。SOA也在一定程度上源于早已有之的企业架构理论。企业架构对技术进行评估，但是更重要的是，它关注整个企业和全部的商业流程并提供了做出技术决策的背景信息。SOA工具则融合了互联网技术，如HTTP和XML，以及综合技术，如消息总线、转译技术和连接技术。2.2文献综述2.2.1国内研究现状我国城市地下管线包括城市范围内供水、排水、燃气、热力、供电、管沟、工业管线及其附属设施等八大类30多种。地下管线的规划建设与安全高效运营以及规范化的维护管理是构建节约型社会的基础。也是城市防灾、减灾、防范突发事故的安全保障。1996年建设部科技委地下管线管理技术专业委员会成立。1998年1月，“数字地球”的提出引起了各国关注，数字化成为大家的关注点，大部分城市建立了适合自己实情的地下管线管理系统。到2005年，我国全面进行地下管线普查的城市超过200个，占全国城市数量近三分之一。目前，地下管线信息管理系统功能日趋齐全，即可实现信息共享，更新起来也很便捷。但，城市地下管线信息化地区发展不均衡，地下管线的信息化工作程度仍然较低。这就说明我们的技术标准仍然不完善，历史遗留问题依然没有得到全面的解决。上世纪八十年代我国就开始重视地理信息方面的工作。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，为之后全国内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。90年代起，随着经济的不断发展地理信息系统也得到了不断地完善，不断朝着实用化发展，为城市的规划发展做出了重大贡献。为城市96年以后，便是我国GIS的产业化阶段了。2.2.2国外研究现状地理信息系统的发展大致可划分为四个阶段：（1）60年代为初期，属于开拓阶段，这一阶段的发展以处理空间数据为基础，例如统计人口、资源普查。这一阶段的发展大多是政府的需要和专家的兴趣为主。国际上的交流比较少。（2）70年代为发展期，属于巩固阶段，这一阶段也算是地理信息系统真正发展的阶段。个人关注地理信息系统的开始增多，出现了许多的模式的系统软件，这一阶段的系统数据处理的较之前快、容量也增多。专业的培训和专业化的人才也得到大幅度的提升。（3）80年代为进一步发展时期，也称为试用阶段。这一阶段地理信息系统接触的领域不断地扩大，例如资源、环境保护方面提供了许多的信息数据；再商业服务方面和政治领域划分方面也提供了一定的帮助。人们也将GIS与RS结合用在解决全球性问题上，如全球性沙漠化、核扩散等问题上。（4）90年代以后形成了地理信息系统用户时代，GIS应用面更加的广泛，也形成了产业化阶段。现在的GIS研究内容已扩展到空间信息分析的新模式和新方法、空间关系和数据模型、人工智能等方面。国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众关注的问题。第三章需求分析3.1基本需求分析3.1.1数据标准建设需求我们所要建设的系统是要对开发区现有的复杂、多样的管线数据和相关的空间数据进行管理和分析。这就要求我们要建立适合我们实情的数据标准，并且以这个标准为基础，对所有数据进行重组，这是本系统建立的基础和前提，但这个标准必须要复合国家和地方的相关法律法规和技术标准。针对开发区的特点及本单位的管线信息化建设目的和需求，制定并形成具有开发区特色的数据标准和相关规范。3.1.2满足管线普查和数据艰苦需求目前开发区管线数据陈旧，不能满足现有的管线应用和分析，开发区于2014年组织各权属单位开展开发区地下管线的普查工作，将解决管线数据的资料不全，需要建立一套满足管线数据的管理、更新、应用信息系统，从而将普查成果进行入库。3.1.3满足管线规划管理与设计的需求目前，开发区地下管线的设计和管理过程仍然与基础数据库隔离，导致工作效率非常低，因此系统在完善数据库的基础上满足地下管线的规划、建设、管理等功能发展的趋势。

3.1.4满足管线管理的长效机制需求建筑单位施工完成之后，由有资质的测绘单位测量获取数据。经本单位负责人检测合格后方能入库，并更新到地下管线系统中。建立管线管理的长效机制，主要就是指地下管线系统中数据的实时更新，保证系统中数据的准确性，为之后开发区的发展提供精确地数据。3.1.5满足管线权属单位管线数据共享的需求地下管线数据系统的建立与完善为之后数据信息的共享做了基础，数据库的完善后，为了能给开发区的规划建设提供帮助，系统的信息数据的共享便成为我们的关注点。这就要求我们建立系统的时候，要建立与其他相关单位共享数据的端口，为其他规划单位提供信息数据共享的能力。3.2业务需求分析3.2.1业务审批模式转变的需求在管线现状数据库的基础上，建立管线专网，在专网环境下建立管线在线审批模式。在安全机制保证下，管线专业公司在线提交管线路由和竣工的申请，局内审批人员通过强大的辅助分析功能，合理的规划设计管线路由，并对竣工资料进行数据合理性检查，保证管线数据的现实性和正确性。3,2,2管线数据动态更新机制为了提高数据的更新准确度和减少各部门之间沟通协调的工作，需要制定关于数据更新流程的方案，要结合好地下管线的规划、建设、管理等环节的要求，为后期的数据更新工作打好基础。3.2.3管线数据共享交换机制为了达到和专业管线权属单位之间的数据交互共享，在提供给专业管线单位使用管线共享展示系统的同时，也要求专业管线单位将他们的管线数据提交给管理单位，各单位的管线数据变化时应及时上报并在系统中更新。各管线权属单位与管理单位应及时沟通协调，保证地下管线信息更新及时并共享。第四章系统设计4.1设计原则论文中的系统是以开发区现状为调研基础建设的，设计的基本原则包括完整性、可靠安全性、开放性、标准性、动态更新性。其中，完整性是指本系统是开发区地下管线系统中功能的完整，该系统应该提供日常工作所需要的所有基础数据和各种功能；可靠安全性是指该系统提供的数据要安全、可靠，因为它担负着为城市规划建设提供信息辅助。开放性是指考虑到将来本系统与其他系统的记成和系统本身的升级，需要留有必要的现有和二次开发的接口，以保证系统的开放性；标准性是指系统的设计既要符合国家相关法律法规的要求，又要满足开发区的现状需求；动态更新性是系统中的数据要保证可实时更新，实现管线的设计、审批、测量以及入库的全过程可动态管理。4.2结构框架本系统的总体思路为“以管理为导向，以数据为核心，以可更新为重点，以整合为手段”。4.2.1登录系统点击地下管线应用系统图标启动系统(图4.2.1-1)，弹出系统登录界面(图4.2.1-2)。输入正确的用户名和密码后，单击“登录”按钮，即可进入本系统。图4.2.1-1系统图标示意图图4.2.1-2系统登录界面示意图4.2.2系统界面及各功能区的介绍系统主界面（图4.2.2-1）主要包括系统菜单栏及工具栏、主地图窗口、鹰眼图和图层控制树、状态栏等。图4.2.2-1系统主界面示意图系统菜单窗口标题栏下方的水平栏是系统的主菜单，包括所有系统功能，包括文件、系统调图、地图操作、查询统计、地图标注、管线分析、管线应急、地图编缉等。（1）文件图-1文件功能区示意图文件菜单里的功能包括叠加数据、地图服务、打开默认地图、地图书签管理、地图工作集、保存地图工作集、快速修改密码。（2）、系统调图图-2系统调图功能区示意图系统调图分为四部分，空间调图、条件调图、CAD范围调图和取消调图。其中，空间调图包括点图幅调图、先缓冲调图、矩形调图以及多边形调图；；条件调图包括图幅条件调图、道路条件调图、兴趣点条件调图以及工程名称条件调图。CAD范围图框调图的功能是调取CAD范围图框内的管线数据。（3）地图操作图-3地图操作功能区示意图此功能区主要是在绘图过程中对数据、图形进行放大缩小、计算面积距离等操作。（4）查询统计图-4查询统计功能区示意图查询统计可分为属性查询、空间查询、选择集查询、条件查询以及组合查询等。这一块功能区就为我们做规划设计提供了很多种查询的方式，并可以查询各种情况的数据信息。（5）地图标注图-5地图标注功能区示意图地图标注包括净距标准，扯旗标注、属性标注、信息标注、坐标标注、管线标注、观点标注以及标准管理。为数据图形做好标注更便利于我们后边的分析数据、整合数据。（6）管线分析图-6管线分析功能区示意图管线分析分为横断面分析、纵断面分析、水平净距分析、垂直净距分析、碰撞分析以及流向分析。只有对数据图形进行多方面分析才能得出更准确的结论，为开发区的规划做出更加准确的判断。这也是我们工作当中最常用的一块功能。（7）管线应急图-7管线应急功能区示意图（8）地图编缉图-8地图编缉功能区示意图这一块功能在整合汇总各种数据经常使用到。（9）数据输出图-9数据输出功能区示意图此次设计在数据输出方面，将现有的输出方式都容纳进来了。包括输出图片、输出标准点线表、输出CAD数据、输出GIS数据以及输出任务单。（10）检查入库图-10检查入库功能区示意图（11）数据管理图-11数据管理功能区示意图检查入库与数据管理也是此次设计的一个重点。随着开发区的快速发展，地下管线数据的原始处理方式已经跟不上现在规划建设的速度，就要求我们尽快将原始数据图形收集、汇总、整合并分析，发现开发区以往规划中的一些问题，也为以后的规划提供经验。鹰眼图鹰眼图的功能主要提供了鹰眼视图与系统主数据视图之间的双向联动，达到快速进行数据浏览的目的。图层控制树系统图层控制树主要进行图层的加载、显示及添加本地图层、浏览图层属性等操作。显示了系统的数据组织，以树的形式表示。状态栏状态栏显示了系统的常用信息，包括当前激活的操作提示、当前鼠标所在的地图位置坐标、当前地图中心点坐标、当前比例尺以及当前登录的用户信息。第五章总结与展望5.1论文总结地下管线是一个城市的“生命线”，掌握和摸清城市地下管线的现状是城市规划、建设和管理的需要，也是抗震、防灾和防止城市建设发生管线事故的需要。建设城市综合地下管线信息系统也就成为所有城市保护自己“生命线”的必经途径。通过大量阅读国内外的文献并对其进行分析，结合开发区的发展方针以及地下管线现状，取得了以上的研究成果，总结如下：（1）传统的管理方式以人工管理方式为主，工作效率低，提供的数据不精确，导致施工过程中经常出现严重事故。如今国际社会发展迅速，我国经济也在快速的崛起，我国的建设需求增强，而城市的地下管线建设又是一个城市建设发展的基础，这就要求我们必须要摒弃传统的管理方式，要提供更加精确的数据图形。（2）本文设计的系统，是将当今流行的技术GIS与CAD相结合，利用SOA管理技术设计的。在数据收集、整合以及分析方面都相