楊 槐
廈門精圖信息技術有限公司 福建廈門 361005
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摘要： 本文通過對地下管線信息管理系統設計與建設中存在的特殊性進行歸納，提出了從系統設計前期決策、系統設計和建設的組織管理、以及技術框架的有效構建等方面，提出了相關的解決思路，并對地下管線信息管理系統設計與建設存在的常見誤區給予了說明，將“技術”和“非技術”的有效結合融入地下管線信息管理系統的設計與建設中。
關鍵字：系統設計和建設 前期決策 系組織管理 技術框架構建
地下管線信息管理系統大致可分為“綜合”地下管線信息管理系統和“專業”地下管線信息管理系統，二者的技術復雜性有著較大區別：第一，與專業管線相比，綜合管線涉及多個權屬單位，技術路線較復雜，技術優勢必須與非技術資源有效結合；第二，專業管線更多地從自身專業角度出發，側重于拓撲關系的分析和管理；第三，從數據的全要素、精確度、實時性以及經濟性四個方面而言，二者技術要求差異很大。
與一般信息管理系統相比，城市地下管線信息管理系統（尤其是綜合地下管線）有幾個顯著的特點：第一，作為城市級信息管理系統，城市地下管線信息管理系統一般是大型GIS信息系統工程；第二，系統工程涉及到空間數據、業務數據和支撐數據等海量數據；第三，和各部門條塊分割的體制相關聯，權屬單位眾多；第四，各個城市對于功能的需求有較明顯的差異性。一般而言，城市地下管線信息管理系統是一個為城市規劃、建設、管理、決策服務的、以計算機網絡為載體，GIS軟件為支持平臺的應用型技術系統。
一、技術發展階段概述
城市綜合地下管線信息化建設大致可分為三個階段：第一階段主要在上世紀九十年代初，地下管線信息化主要以CAD制圖為主；第二階段大約在上世紀九十年代后期，主要以Mapinfo等平臺為基礎，開發基于桌面型管理的城市“綜合”地下管線系統，實現了查詢、統計等方面的功能，但分析及訪問功能較弱；第三階段主要是利用GIS技術，側重于解決第二階段可分析可訪問的問題，但未能有效實現數據動態更新，而數據動態更新是城市地下綜合管線信息管理系統的核心問題之一；第四階段的需求則剛剛啟動，以一體化設計為理念，整合所有資源和功能，注重WebGIS功能的擴展，較好地解決數據動態更新的問題。其典型案例為廈門城市地下綜合管線信息系統，目前該系統已成為業內示范工程，自2005年系統建成以來至2007年6月底，已接受全國96個城市城建檔案相關部門參觀學習和技術交流。
二、系統設計的前期決策
1、技術路線和層次的選擇
從信息系統要解決的三個基本問題（是什么？在哪里？怎么變）來看，技術路線選擇有時會存在一定誤區。一種技術選擇是以MIS系統為主，側重于地下管線工程檔案管理，這種系統難以解決“在哪里？”以及與此相關的“怎么變？”的問題，屬于“非空間技術系列”，其優點在于投資較少；另一種技術選擇是以“空間技術系列”為基礎，其技術水平大致可分為四個層次，分為對應于上述所講的四個技術發展階段。因此，在進行系統設計考慮時，業主方須結合自己的實際情況，判斷和選擇好相關的技術路線和技術層次，但對于中大型城市，我們建議選擇第四代管線技術手段。
2、GIS平臺的選擇
近年來，國內中大型城市地下管線信息管理系統GIS平臺的以ArcGIS為主流，與其他平臺相比，ArcGIS具有如下特點：
（1）能夠全面提供GIS應用的各種功能，并適應多樣性需求，具有很強的影像處理、網絡分析、地形分析及其它較強的地圖空間分析功能，比較適合中大型GIS，尤其是城市級的信息管理系統，相比之下，桌面型GIS平臺難以滿足中大型城市的用戶需求。
（2）ArcGIS平臺具有較好的建立拓撲關系的能力，空間分析效率較高，在進行某些高級功能比如最佳路徑分析時，不需要用戶編程。
（3）ArcGISS平臺產品，其數據存儲方式不是以文件型方式存儲，安全性較高，外部用戶如不通過系統程序，難以對數據進行訪問。
（4）ArcGIS平臺除了具有強大穩定性外，還具備國際上最為先進的數據兼容接口，可以與任意已知數據格式進行轉換、共享。作為中大型城市，需要考慮與其它部門或相關單位的數據共享，保證將來的可擴展性。
（5）ArcGIS平臺還有一些個性化功能，如版本管理、三維顯示以及長事務處理等。
（6）有些平臺產品市場急劇衰減，考慮到升級和后續支持，需要選擇市場份額穩定的平臺供應商。
當然，對于中小城市或更小的行政區域，從經濟角度出發，也可以選擇國內外其他GIS平臺。
三、系統設計的組織和管理方面考慮：
1、上下游技術鏈的角色制約
地下管線信息化是一個包含從物探、測量、數據處理、監理、數據入庫、軟件開發及系統集成的技術鏈，而軟件開發所建設的系統，是所有技術成果的主要體現方式，由于軟件開發商處于技術鏈的末端，沒有太多后退的余地，為清晰潛在問題所屬，就有挖掘上游技術鏈隱藏問題的較強動機，因此自然就承擔了對地下管線信息化所有成果的總檢查和制約的角色。如果管線信息化技術鏈的上下游工作均由一家開發商主導，這樣的組織模式雖然有其優點，如與業主的工作磨合和協調較為熟悉等，但也會暴露出一些問題：一是可能隱藏數據存在的問題，使得系統運行存在不確定性因素；二是技術鏈缺乏制約，容易使一家為主導的開發模式隱藏管線長度或工作量的利己問題存在可能。由于地下管線信息化90%以上的投資在于技術鏈前端，而軟件開發通常只占總投資5-8%，因此業主成本的控制應側重于技術鏈前端，結合自己的情況，設計出上下游技術鏈的角色相互制約，實施對技術鏈的有效管理。
2、降低不同系統開發組織模式的制約因素
不同系統開發組織模式，對開發商和業主的要求是不同的，根據“數據探測”和“系統開發”的組織方式，可分為三種開發組織模式：
廈門模式（先數據探測，后系統開發）：需要建立相關的制度，以保證在數據探測完成后進入系統開發階段，所有的探測數據能夠順利入庫。
沈陽模式（數據探測和系統開發同時進行）：需要注意三個保障條件：一是要有足夠的行政資源；二是需要較強的協調能力；三是有較有力的經費做支持。
太原模式（先系統開發，后數據探測）：需要注意所選擇的開發商一是要在系統設計中前瞻性考慮可能存在的問題，并在設計中考慮可能的擴展；二是要求開發單位具有制訂相關標準的經驗
3、建立清晰的地下管線管理目標
管線項目建設旨在提高城市建設整體管理水平，切實發揮地下管線檔案資料在城市規劃、建設、管理和防災減災中的作用，為“數字城市”建設的重要組成部分。因此，需要從城市實際情況出發，本著高起點、高標準的原則，遵循具有一定前瞻性的地下管線信息化管理目標進行系統設計和建設，一般而言，需要達到如下目標：
l 建立綜合地下管線信息管理系統、各專業管線信息管理系統；
l 建成分級、分布式的地下管線及地形信息數據庫；
l 建立地下管線數據管理服務中心，建立公共數據交換服務平臺；
l 建立具有空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化的技術系統；
l 建立切實可行的信息更新機制，實現地下管線信息的動態管理。
以上信息化目標包括：
（1）完成地下管線數據采集建庫，實現地下管線資料信息化管理。
（2）建立嚴格的信息更新和檔案歸檔制度，實現地下管線動態管理。
（3）實現地下管線信息多元化的應用。
四、系統技術框架的設計與建設
系統技術框架的設計與建設，必須考慮實用性、安全性、開放性、規范性、先進性及動態更新性。
1、系統設計與建設需要考慮“實用性”
（1）系統軟、硬件平臺、數據庫引擎、開發工具等選擇與集成的實用性
系統采購不能盲目效仿其他城市，必須考慮實際需求、未來發展、應用先進性、網絡安全、經濟成本這個五個目標，但這五個目標常常是相互沖突的：如果考慮未來的發展，那么成本就會增高；如果想降低成本，則安全性就會大折扣。建議充分利用咨詢資源，這些資源包括：從事管線系統開發的IT公司、業內專家、已有管線系統的用戶、以及業主內部人員，在綜合評估后做出符合本地實際情況的方案。
（2）政策、組織、管理與技術有效結合機制
以廈門城市地下綜合管線信息系統的成功案例為例，該案例較好地體現在實用性方面“技術”和“非技術”的有效結合：
（1）通過《廈門市地下管線探測及信息化建設》項目列入廈門市“十五”規劃重點信息化建設項目后，在規劃方面有了保障依據；
（2）廈門市計委2002年9月立項，市財政投資，開展廈門市地下管線探測和信息化工作，給予該項目經濟上的保障；
（3）在組織方面，廈門市建設與管理局為項目主管單位，廈門市信息產業局為項目協管單位，廈門市城市建設檔案館負責項目的具體實施；
（4）2004年以市府令的形式發布《廈門市地下管線工程檔案管理辦法》，給予該項目法律法規方面的支持；
（5）通過公開招標，信息系統開發承接單位為具有較強開發實力的廈門精圖信息技術有限公司；項目啟動后，廈門市城市建設檔案館與精圖公司組建項目組，共設六個小組，包括：軟件開發、數據處理、質量控制、測試、技術培訓、硬件協調，使過程管理和結果管理并重；
（6）根據政府令，建立完善的地下管線信息動態管理機制，涵蓋從立項告知、竣工測量到數據入庫全過程的管理流程，保證實時性和現勢性；
（7）通過運作機制的創新，以城建檔案館為依托，建立管線數據集中管理和數據共享的公共平臺，實現數據分類、整理、標準化、更新入庫以及管理和分發
2、系統設計與建設需要考慮“安全性”
作為一個城市級系統，其安全性需要分三個層面來考慮：第一個層面包括網絡安全、操作系統安全、數據庫管理安全、通用環境安全和管理制度安全，這是從領導層面的角度來考慮“技術”和“非技術”的結合；第二層面以其中數據庫管理系統安全，同樣需要體現“技術”和“非技術”一體化考慮，這是從項目經理層面來考慮“技術”和“非技術”一體化的結合，包括：數據庫選擇、根據業務規則定義各種詳細角色，實現與權限管理、用戶登陸系統安全策略、日志審計管理、數據丟失泄露、數據增量備份等；第三個層面以數據丟失泄露為例，包括硬策略和軟策略，如實現三層架購、三層交換，實現對高端層訪問的屏蔽；雙機熱備以及磁帶機備份等。體現“技術”和“非技術”一體化第三層面的考慮，這是從項目組成員的層面來考慮“技術”和“非技術”一體化的結合
3、系統設計與建設需要考慮“開放性”
（1）充分復用現有資源：考慮因素包括業主硬件、數據、已有系統、人力資源、組織資源等復用；局域網、政務網以及因特網等網絡資源的復用；以及城市將來可能建設的“軟基礎設施建設”（空間庫、法人庫、市民庫以及宏觀經濟等四大電子政務基礎庫）。
（2）數據可移植性：要保證交換后數據可用、完整性；另一方面，還需要制訂共享標準、接口標準。
（3）平臺的可擴展性的兩種情況：一是應對平臺升級時：組件須設計成動態配置的模塊；另一種極端的情況就是平臺變更。設計必須考慮一旦平臺變更時，我們只需要在原有的結構基礎上，對部分的接口和方法進行部分修改即可。
4、系統設計與建設需要考慮“規范性”
規范性方法論的含義也包括兩方面：第一方面是相關專業標準和規范。在立法工作完成后，需要針對性加強制度建設、規范管理和技術支持三個環節的基礎性建設和創新工作；在此基礎上，系統的“工作流”和“數據流”的有效流轉，就有了各方面的保障。通過生產、科研和技術開發相結合，遵循已有的標準和規范實施系統工程，如：GB/T7929-1995 《1:500、1:1000、1:2000地形圖圖式》、CJJ61-2003 《城市地下管線探測技術規程》、CH1002-95 《測繪產品檢查驗收規定》、CH1003-95 《測繪產品質量評定標準》、GB/T18316-2001 《數字測繪產品檢查驗收規定和質量評定》、GB/T 18578-2001 《城市地理信息系統設計規范》等。
在缺乏標準和規范的情形下，需要針對實際情況，新訂相關標準和規范，如：地形圖數據建庫規范、綜合地下管線數據建庫規范、綜合地下管線數據動態更新規范、綜合管線信息共享交換標準、元數據規范、地下管線數據庫的命名規則、數據分層、分類編碼等標準、數據采集與更新規范等。
規范性方法論含義的第二方面，是過程管理和結果管理并重的問題，其中很重要的方面就是對過程性成果和結果成果的管理，主要包括三類成果：第一類是各種標準規范；第二類是各種系統、接口、源程序等；第三類是各類文檔，比如《用戶需求調研報告》、《系統需求分析報告》、《軟件需求規格說明書》、《概要設計說明書》、《詳細設計說明書》、《數據庫設計說明書》、《用戶界面設計說明書》、《測試報告》、《驗收報告》、《項目聯系記錄單》等
5、系統設計與建設需要考慮“先進性”
系統設計與建設的先進性應包含三方面內容：
第一方面是一體化的技術方案，在設計中需要考慮兩個層面，第一個層面是“不同作業技術、不同作業階段、內外業作業的一體化”的思路，統一數據格式和代碼；第二個層面要求系統開發商需要具備“數據處理、入庫、軟件開發、系統集成”一體化的能力。只有基于一體化的工程方法論，大型系統軟件工程，才能從更高層面將物探、測繪、軟硬件技術、通訊技術和網絡技術有機結合起來。
第二方面是關于數據建庫的問題。國內地下管線數據建庫一般做法：將管線數據分層，把地形圖作為平面圖層建庫，需要在方法論上創新性構建完整的空間數據存儲管理框架，將管線數據和地形圖數據同時分層建庫，為高級GIS應用功能提供數據支持、為用戶提供更廣泛的使用內容和應用范圍、并大幅度提高訪問速度。
第三方面是對關鍵技術的創新和對傳統技術的深度挖掘。
6、系統設計與建設需要考慮“動態更新性”
管線信息系統建立后，數據及管理的動態更新是核心問題和難題之一。如不能有效進行動態更新，將造成前期大量投入無法發揮應有作用。因此，系統應提供有效的數據動態更新機制，在對入庫數據進行維護的同時，也要對重新鋪設的管線數據進行更新，以實現系統數據庫的實時更新，提高空間數據庫的現勢性，為用戶提供更為準確、真實的數據參考。
有效的動態更新機制是制度、機制、標準規范以及技術一體化的設計和建設，將技術設計融入到整個工作流中，并建立行之有效的責、權、利明晰的資源共享和信息制約機制，在保證信息安全的前提下，做到信息數據最大限度開放和應用。