杨 槐
厦门精图信息技术有限公司 福建厦门 361005
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摘要： 本文通过对地下管线信息管理系统设计与建设中存在的特殊性进行归纳，提出了从系统设计前期决策、系统设计和建设的组织管理、以及技术框架的有效构建等方面，提出了相关的解决思路，并对地下管线信息管理系统设计与建设存在的常见误区给予了说明，将“技术”和“非技术”的有效结合融入地下管线信息管理系统的设计与建设中。
关键字：系统设计和建设 前期决策 系组织管理 技术框架构建
地下管线信息管理系统大致可分为“综合”地下管线信息管理系统和“专业”地下管线信息管理系统，二者的技术复杂性有着较大区别：第一，与专业管线相比，综合管线涉及多个权属单位，技术路线较复杂，技术优势必须与非技术资源有效结合；第二，专业管线更多地从自身专业角度出发，侧重于拓扑关系的分析和管理；第三，从数据的全要素、精确度、实时性以及经济性四个方面而言，二者技术要求差异很大。
与一般信息管理系统相比，城市地下管线信息管理系统（尤其是综合地下管线）有几个显著的特点：第一，作为城市级信息管理系统，城市地下管线信息管理系统一般是大型GIS信息系统工程；第二，系统工程涉及到空间数据、业务数据和支撑数据等海量数据；第三，和各部门条块分割的体制相关联，权属单位众多；第四，各个城市对于功能的需求有较明显的差异性。一般而言，城市地下管线信息管理系统是一个为城市规划、建设、管理、决策服务的、以计算机网络为载体，GIS软件为支持平台的应用型技术系统。
一、技术发展阶段概述
城市综合地下管线信息化建设大致可分为三个阶段：第一阶段主要在上世纪九十年代初，地下管线信息化主要以CAD制图为主；第二阶段大约在上世纪九十年代后期，主要以Mapinfo等平台为基础，开发基于桌面型管理的城市“综合”地下管线系统，实现了查询、统计等方面的功能，但分析及访问功能较弱；第三阶段主要是利用GIS技术，侧重于解决第二阶段可分析可访问的问题，但未能有效实现数据动态更新，而数据动态更新是城市地下综合管线信息管理系统的核心问题之一；第四阶段的需求则刚刚启动，以一体化设计为理念，整合所有资源和功能，注重WebGIS功能的扩展，较好地解决数据动态更新的问题。其典型案例为厦门城市地下综合管线信息系统，目前该系统已成为业内示范工程，自2005年系统建成以来至2007年6月底，已接受全国96个城市城建档案相关部门参观学习和技术交流。
二、系统设计的前期决策
1、技术路线和层次的选择
从信息系统要解决的三个基本问题（是什么？在哪里？怎么变）来看，技术路线选择有时会存在一定误区。一种技术选择是以MIS系统为主，侧重于地下管线工程档案管理，这种系统难以解决“在哪里？”以及与此相关的“怎么变？”的问题，属于“非空间技术系列”，其优点在于投资较少；另一种技术选择是以“空间技术系列”为基础，其技术水平大致可分为四个层次，分为对应于上述所讲的四个技术发展阶段。因此，在进行系统设计考虑时，业主方须结合自己的实际情况，判断和选择好相关的技术路线和技术层次，但对于中大型城市，我们建议选择第四代管线技术手段。
2、GIS平台的选择
近年来，国内中大型城市地下管线信息管理系统GIS平台的以ArcGIS为主流，与其他平台相比，ArcGIS具有如下特点：
（1）能够全面提供GIS应用的各种功能，并适应多样性需求，具有很强的影像处理、网络分析、地形分析及其它较强的地图空间分析功能，比较适合中大型GIS，尤其是城市级的信息管理系统，相比之下，桌面型GIS平台难以满足中大型城市的用户需求。
（2）ArcGIS平台具有较好的建立拓扑关系的能力，空间分析效率较高，在进行某些高级功能比如最佳路径分析时，不需要用户编程。
（3）ArcGISS平台产品，其数据存储方式不是以文件型方式存储，安全性较高，外部用户如不通过系统程序，难以对数据进行访问。
（4）ArcGIS平台除了具有强大稳定性外，还具备国际上最为先进的数据兼容接口，可以与任意已知数据格式进行转换、共享。作为中大型城市，需要考虑与其它部门或相关单位的数据共享，保证将来的可扩展性。
（5）ArcGIS平台还有一些个性化功能，如版本管理、三维显示以及长事务处理等。
（6）有些平台产品市场急剧衰减，考虑到升级和后续支持，需要选择市场份额稳定的平台供应商。
当然，对于中小城市或更小的行政区域，从经济角度出发，也可以选择国内外其他GIS平台。
三、系统设计的组织和管理方面考虑：
1、上下游技术链的角色制约
地下管线信息化是一个包含从物探、测量、数据处理、监理、数据入库、软件开发及系统集成的技术链，而软件开发所建设的系统，是所有技术成果的主要体现方式，由于软件开发商处于技术链的末端，没有太多后退的余地，为清晰潜在问题所属，就有挖掘上游技术链隐藏问题的较强动机，因此自然就承担了对地下管线信息化所有成果的总检查和制约的角色。如果管线信息化技术链的上下游工作均由一家开发商主导，这样的组织模式虽然有其优点，如与业主的工作磨合和协调较为熟悉等，但也会暴露出一些问题：一是可能隐藏数据存在的问题，使得系统运行存在不确定性因素；二是技术链缺乏制约，容易使一家为主导的开发模式隐藏管线长度或工作量的利己问题存在可能。由于地下管线信息化90%以上的投资在于技术链前端，而软件开发通常只占总投资5-8%，因此业主成本的控制应侧重于技术链前端，结合自己的情况，设计出上下游技术链的角色相互制约，实施对技术链的有效管理。
2、降低不同系统开发组织模式的制约因素
不同系统开发组织模式，对开发商和业主的要求是不同的，根据“数据探测”和“系统开发”的组织方式，可分为三种开发组织模式：
厦门模式（先数据探测，后系统开发）：需要建立相关的制度，以保证在数据探测完成后进入系统开发阶段，所有的探测数据能够顺利入库。
沈阳模式（数据探测和系统开发同时进行）：需要注意三个保障条件：一是要有足够的行政资源；二是需要较强的协调能力；三是有较有力的经费做支持。
太原模式（先系统开发，后数据探测）：需要注意所选择的开发商一是要在系统设计中前瞻性考虑可能存在的问题，并在设计中考虑可能的扩展；二是要求开发单位具有制订相关标准的经验
3、建立清晰的地下管线管理目标
管线项目建设旨在提高城市建设整体管理水平，切实发挥地下管线档案资料在城市规划、建设、管理和防灾减灾中的作用，为“数字城市”建设的重要组成部分。因此，需要从城市实际情况出发，本着高起点、高标准的原则，遵循具有一定前瞻性的地下管线信息化管理目标进行系统设计和建设，一般而言，需要达到如下目标：
l 建立综合地下管线信息管理系统、各专业管线信息管理系统；
l 建成分级、分布式的地下管线及地形信息数据库；
l 建立地下管线数据管理服务中心，建立公共数据交换服务平台；
l 建立具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统；
l 建立切实可行的信息更新机制，实现地下管线信息的动态管理。
以上信息化目标包括：
（1）完成地下管线数据采集建库，实现地下管线资料信息化管理。
（2）建立严格的信息更新和档案归档制度，实现地下管线动态管理。
（3）实现地下管线信息多元化的应用。
四、系统技术框架的设计与建设
系统技术框架的设计与建设，必须考虑实用性、安全性、开放性、规范性、先进性及动态更新性。
1、系统设计与建设需要考虑“实用性”
（1）系统软、硬件平台、数据库引擎、开发工具等选择与集成的实用性
系统采购不能盲目效仿其他城市，必须考虑实际需求、未来发展、应用先进性、网络安全、经济成本这个五个目标，但这五个目标常常是相互冲突的：如果考虑未来的发展，那么成本就会增高；如果想降低成本，则安全性就会大折扣。建议充分利用咨询资源，这些资源包括：从事管线系统开发的IT公司、业内专家、已有管线系统的用户、以及业主内部人员，在综合评估后做出符合本地实际情况的方案。
（2）政策、组织、管理与技术有效结合机制
以厦门城市地下综合管线信息系统的成功案例为例，该案例较好地体现在实用性方面“技术”和“非技术”的有效结合：
（1）通过《厦门市地下管线探测及信息化建设》项目列入厦门市“十五”规划重点信息化建设项目后，在规划方面有了保障依据；
（2）厦门市计委2002年9月立项，市财政投资，开展厦门市地下管线探测和信息化工作，给予该项目经济上的保障；
（3）在组织方面，厦门市建设与管理局为项目主管单位，厦门市信息产业局为项目协管单位，厦门市城市建设档案馆负责项目的具体实施；
（4）2004年以市府令的形式发布《厦门市地下管线工程档案管理办法》，给予该项目法律法规方面的支持；
（5）通过公开招标，信息系统开发承接单位为具有较强开发实力的厦门精图信息技术有限公司；项目启动后，厦门市城市建设档案馆与精图公司组建项目组，共设六个小组，包括：软件开发、数据处理、质量控制、测试、技术培训、硬件协调，使过程管理和结果管理并重；
（6）根据政府令，建立完善的地下管线信息动态管理机制，涵盖从立项告知、竣工测量到数据入库全过程的管理流程，保证实时性和现势性；
（7）通过运作机制的创新，以城建档案馆为依托，建立管线数据集中管理和数据共享的公共平台，实现数据分类、整理、标准化、更新入库以及管理和分发
2、系统设计与建设需要考虑“安全性”
作为一个城市级系统，其安全性需要分三个层面来考虑：第一个层面包括网络安全、操作系统安全、数据库管理安全、通用环境安全和管理制度安全，这是从领导层面的角度来考虑“技术”和“非技术”的结合；第二层面以其中数据库管理系统安全，同样需要体现“技术”和“非技术”一体化考虑，这是从项目经理层面来考虑“技术”和“非技术”一体化的结合，包括：数据库选择、根据业务规则定义各种详细角色，实现与权限管理、用户登陆系统安全策略、日志审计管理、数据丢失泄露、数据增量备份等；第三个层面以数据丢失泄露为例，包括硬策略和软策略，如实现三层架购、三层交换，实现对高端层访问的屏蔽；双机热备以及磁带机备份等。体现“技术”和“非技术”一体化第三层面的考虑，这是从项目组成员的层面来考虑“技术”和“非技术”一体化的结合
3、系统设计与建设需要考虑“开放性”
（1）充分复用现有资源：考虑因素包括业主硬件、数据、已有系统、人力资源、组织资源等复用；局域网、政务网以及因特网等网络资源的复用；以及城市将来可能建设的“软基础设施建设”（空间库、法人库、市民库以及宏观经济等四大电子政务基础库）。
（2）数据可移植性：要保证交换后数据可用、完整性；另一方面，还需要制订共享标准、接口标准。
（3）平台的可扩展性的两种情况：一是应对平台升级时：组件须设计成动态配置的模块；另一种极端的情况就是平台变更。设计必须考虑一旦平台变更时，我们只需要在原有的结构基础上，对部分的接口和方法进行部分修改即可。
4、系统设计与建设需要考虑“规范性”
规范性方法论的含义也包括两方面：第一方面是相关专业标准和规范。在立法工作完成后，需要针对性加强制度建设、规范管理和技术支持三个环节的基础性建设和创新工作；在此基础上，系统的“工作流”和“数据流”的有效流转，就有了各方面的保障。通过生产、科研和技术开发相结合，遵循已有的标准和规范实施系统工程，如：GB/T7929-1995 《1:500、1:1000、1:2000地形图图式》、CJJ61-2003 《城市地下管线探测技术规程》、CH1002-95 《测绘产品检查验收规定》、CH1003-95 《测绘产品质量评定标准》、GB/T18316-2001 《数字测绘产品检查验收规定和质量评定》、GB/T 18578-2001 《城市地理信息系统设计规范》等。
在缺乏标准和规范的情形下，需要针对实际情况，新订相关标准和规范，如：地形图数据建库规范、综合地下管线数据建库规范、综合地下管线数据动态更新规范、综合管线信息共享交换标准、元数据规范、地下管线数据库的命名规则、数据分层、分类编码等标准、数据采集与更新规范等。
规范性方法论含义的第二方面，是过程管理和结果管理并重的问题，其中很重要的方面就是对过程性成果和结果成果的管理，主要包括三类成果：第一类是各种标准规范；第二类是各种系统、接口、源程序等；第三类是各类文档，比如《用户需求调研报告》、《系统需求分析报告》、《软件需求规格说明书》、《概要设计说明书》、《详细设计说明书》、《数据库设计说明书》、《用户界面设计说明书》、《测试报告》、《验收报告》、《项目联系记录单》等
5、系统设计与建设需要考虑“先进性”
系统设计与建设的先进性应包含三方面内容：
第一方面是一体化的技术方案，在设计中需要考虑两个层面，第一个层面是“不同作业技术、不同作业阶段、内外业作业的一体化”的思路，统一数据格式和代码；第二个层面要求系统开发商需要具备“数据处理、入库、软件开发、系统集成”一体化的能力。只有基于一体化的工程方法论，大型系统软件工程，才能从更高层面将物探、测绘、软硬件技术、通讯技术和网络技术有机结合起来。
第二方面是关于数据建库的问题。国内地下管线数据建库一般做法：将管线数据分层，把地形图作为平面图层建库，需要在方法论上创新性构建完整的空间数据存储管理框架，将管线数据和地形图数据同时分层建库，为高级GIS应用功能提供数据支持、为用户提供更广泛的使用内容和应用范围、并大幅度提高访问速度。
第三方面是对关键技术的创新和对传统技术的深度挖掘。
6、系统设计与建设需要考虑“动态更新性”
管线信息系统建立后，数据及管理的动态更新是核心问题和难题之一。如不能有效进行动态更新，将造成前期大量投入无法发挥应有作用。因此，系统应提供有效的数据动态更新机制，在对入库数据进行维护的同时，也要对重新铺设的管线数据进行更新，以实现系统数据库的实时更新，提高空间数据库的现势性，为用户提供更为准确、真实的数据参考。
有效的动态更新机制是制度、机制、标准规范以及技术一体化的设计和建设，将技术设计融入到整个工作流中，并建立行之有效的责、权、利明晰的资源共享和信息制约机制，在保证信息安全的前提下，做到信息数据最大限度开放和应用。