论文部分内容阅读
地下管线犹如城市的血脉，纵横交错，密如蛛网。如何进行科学的动态管理一直是我们面临的一个难题。根据在地下管线信息管理的实践中遇到的问题，笔者认为：中小城市应用系统的观点，以一个城市为管理单元，以地理信息中心为中心，以各管线产权单位为工作站，利用Intranet技术联通各管线产权单位和管理单位，开发城市地下管线网络管理信息系统（NMIS），建设网络数据库，以期实现它的信息共享和动态化管理。
1、地下管线信息网络管理的几种模式分析
目前，从应用地下管线网络管理系统的服务器和工作站的设置及其功能看，其管理模式大致可分为三类：
1.1、专用服务器结构
它又称为“工作站/文件服务器”结构。这是最早期所建设的地下管线的内部局域网的管理方式，即用一台微机作为文件服务器，其它的作为工作站。它是一种集中管理、分散处理的工作方式，工作站能从文件服务器上获取文件和数据，完成数据处理的全部工作，服务器只能完成共享数据文件的集中管理，不能处理数据，因而服务器与工作站无法实现合理的分工，无法充分发挥服务器的功能，网络传输负荷太重，影响了网络的效率，降低了网络的性能，不能完全满足地下管线动态管理的要求。
1.2、客户机（Client）/服务器（Server）结构
它是设立在地理信息中心内部的局域网，将需要处理的工作分配给客户机端和服务器端共同完成。它是传统的单层结构C/S网，是目前最常用的地下管线信息管理模式：用一台作为服务器，其它科室的作为客户机。网络服务是以服务器为中心的，构成的服务模式是客户/服务器模式。与专用服务器不同的是，处理数据由文件管理方式上升为数据库管理方式，实现了客户机和服务器的合理分工和协调操作。但是C/S模式下的信息管理系统（MIS）应用专用的网络操作系统和各种应用软件，系统结构封闭，灵活性差，不同系统难以交流，不利于地下管线信息的共享。我们知道，许多城市投入了巨资，进行了普查、整测、建档，建设了地下管线管理信息系统（MIS）。然而，MIS对数据精确性、现势性要求高，应用时问题显现出来：大部分城市的地下管线的管理基本上还是各自为政、分散管理，数据收集困难，系统更新同期长，应用滞后，利用效率低。由于缺少有效的数据源支撑，维护和更新所需的数据来源不畅通，以致有的仍处于被动的手工管理状态，而不能发挥应有的作用，造成极大的资源浪费。
1.3、Intranet结构
严格地说，应称为三层C/S（客户机/服务器）结构，它包括Internet和Intranet结构。Internet结构由于保密性差，不适合地下管线管理，因此不做讨论。Intranet就是将Internet的三层结构，搬到企业LAN上构成的系统，是一种很适于中小城市地下管线管理的具有安全保密机制的新型网络技术。传统的局域网，构成的服务模式是单层C/S（客户/服务器）模式，而Intranet是一种三层C/S结构网，提供的服务是通过分布在网络上的多台服务器为客户服务，便于协调处理问题，而与客户距离无关，构成的服务是C/N（客户/网络）服务模式，具有许多优点：
(1)、Intranet是面向系统内部的需求而设置的。它的规模和功能是根据系统经营和发展的需求而确定的，它对于地下管线工作站的设置具有极强的灵活性。
(2)、Intranet采用TCP/IP协议，是一个开放的系统，能方便的和Internet连接。广泛使用WWW的工具，成本低，有利于地下管线数据的收集，使信息传输和交换快速准确，便于管理和维护数据库。
(3)、Intranet根据地下管线的安全要求，设置相应的防火墙，安全代理等，适用于保密性要求较高的地下管线信息的管理，可以防止外来的侵入和破坏。
(4)、与传统的MIS相比，还能管理非结构化的信息，如大量的图片、声音、影像等，适于多个地下管线单位协同作业。
2、建立地下管线的Intranet网络管理信息系统的可行性
地下管线网络管理信息系统（NMIS）就是利用Intranet技术，以地理信息中心为网络中心，把地理位置不同的各专业管线单位的计算机连接起来，及时准确的沟通各专业数据的收集、传输、存储和处理工作，使用户数据做到共享，以方便地提供各种应用和决策信息。它是可行的，与传统信息管理方式相比具有明显的优势，主要表现在：
2.1、简便快捷的工作方式。它是在计算机网络软件和各机的操作系统的共同支持下，依赖网络实现管线数据的动态更新和维护，完成应用程序的数据处理和信息通信的，各工作站按专业功能设置在相应的职能部门内，各职能部门负责及时的把本专业管线数据输入到系统中，地理信息中心随时接收和处理各专业数据，并进行综合和反馈，所以NMIS对数据具有更强更及时准确的处理能力，使资料来源的渠道畅通，避免了传统的MIS由于数据来源不畅造成的动态管理困难的现象，又避免了重复劳动，极大的提高了工作效率。
2.2、建网时间短，投资少，收益高。它是通过联机实现的系统，系统内部各子系统相对独立又是一个整体，系统建成后，由各专业管线产权单位负责收集和更新数据，省略了数据收集的中间渠道，能使数据不断保持最新时态，而无需像传统的MIS那样投入大量的人力物力进行维护。利用网络系统实现多用户MIS所需的资金投入相当于在小型机上实现的功能所需的资金投入。
2.3、功能完整，数据流程严密。它在功能上能覆盖所有管线管理工作的各个方面和整个进程，整合了各专业管线单位的资源，具有较强的适用性。各工作站分工明确，数据系统各负其责，又便于协调，保证了数据流程的严密、完整。
3、地下管线网络管理信息系统（NMIS）的建设内容
建设地下管线网络管理信息系统最基本的问题，就是根据功能模型，选用适当的网络软件，建设网络数据库，工作站按功能设置在相应的职能部门内，事务处理各自独立，通过网络通信完成调用和综合，构成一个联机运行灵活方便、结构清晰簡明的系统，实现异地的数据通信。具体分析如下：
3.1、地下管线网络管理信息系统（NMIS）的模型。
地下管线网络管理信息系统（NMIS）是集数据采集与输入、存储与检索、处理与分析，成果生成与输出为一体的技术系统，考察地下管线的产权和管理单位，可以发现其实体的功能模型为：
在上述地下管线NMIS的模型中，可在地理信息中心设置网络中心，管理文件服务器和数据库服务器，负责系统的运行、管理、维护和利用，管线产权单位可以设置相应的工作站，负责数据的输入和部分利用，网络逻辑图如下：
3.2、地下管线网络数据库体系结构的分析及应用
笔者认为，在地下管线网络管理信息系统中，数据库的体系结构宜采用三层客户机（设在各专业管线单位）/服务器（设在地理信息中心）结构，它是分布式数据库的一种。它既有多台服务器又有多台客户机（即多服务器结构），既执行分布式数据库管理系统(DBMS)功能又执行应用程序。客户机运行各专业管线单位的应用程序，向数据库服务器发出数据请求，数据库服务器接受客户机发出的请求，并将处理结果返回客户端，这就形成通常所说的三层的客户机/服务器体系结构。显而易见，在地下管线的NMIS中，各子系统分布在各工作站中，在物理上是独立的，分散的，而在逻辑上是统一的、完整的，可以互相协调工作，共同完成一项任务，客户机/服务器结构的数据库使系统可靠性更高，响应时间更快，维护方便，便于系统管理，非常适合产权单位分散的地下管线的管理。
那么，在Intranet的客户机/服务器系统中，各个专业数据库应采用什么结构，又该如何设置呢？设计良好的地下管线的客户机/服务器系统应该是：系统中每一个组成部分分配最恰当的工作任务，配置合适的软件模块，使所有客户机、服务器协调工作，充分发挥作用。地下管线的网络数据库比较适用层次型的，它在地理信息中心设置一个中心数据库工作站，含有系统中全部的数据库，其它专业产权单位各自设置工作站数据库，负责本专业管线数据的收集和处理。中心数据库工作站与各专业工作站的内容同步，负责所有分散的管线数据的调用、综合、分析和处理，使得各工作站可以使用本身的数据库，也可以使用中心工作站的数据库，各工作站还可以通过中心工作站共享其它工作站的数据库资源。
3.3、地下管线网络数据库的建设内容
在确定数据库体系结构后，它的系统设计应侧重于哪一方面，又该如何建设呢？由于地下管线数据既包括城市基础地理数据，又包含体现专业特点的管线专题数据，因此，它的系统设计主要包括以下几个方面。
(1)、基础信息数据库的建设。它是以一定的比例反映城市的地形地貌及其准确定位的系统，主要包括地形图基础数据建设，它是矢量数据与影像数据的结合，具有统一性和精确性，具有重要的空间定位作用，为可视化的数字高程模型提供了数据支持，是管线图形赖以生成的基础。如各种平面和高程控制点、城市道路、建筑物等的属性信息等，它的建设宜放在中心数据库里，由地理信息中心负责数据生成、管理和利用。具体建设可以分阶段实施，如先建设城市建成区再整个规划区后市域范围内，依据测绘资料先建立空间数据库和属性数据库，再建设基础地理数据的互连与运作体系，形成完善的数据共享体系 。
(2)、专题信息数据库的建设。它是以基础数据库为基础的专业性的城市地理信息数据库，如：供水、排水、煤气、热力、电力、电信、电视、路灯、人防等各种专业信息。它用于表示某一专业要素的地理空间分布及其规律,具有专业性、空间性和时效性。它利用基础信息进行空间定位和分析，实现各专题信息的共享，形成互相联系互相制约的空间关系。它应形成一种管理机制：由各专业管线单位的工作站负责建设、更新和维护，把本专业管线数据及时准确的输入系统。
(3)、综合信息管理系统的设计。它以地下管线基础数据库和专题数据库为基础，主要由地理信息中心调用各专题信息，进行综合处理，形成管线综合数据，例如，应用VR技术，利用管线测绘中的X、Y、Z坐标生成数字管线模型图，实现数字管线的逼真再现。以便对布局复杂的管网的规划、设计、施工、检修提供准确的网络分析，给城市规划、建设和管理提供其它子系统的数据与智能决策。这也是目前大多数地下管线管理软件中的一个十分薄弱环节，大多数地下管线管理信息系统侧重于提供数字化成图，為本专业服务，缺少管线信息综合，远远达不到智能决策的要求。它应具有强大的数据查询和分析功能，完成对已有数据的查询、统计和分类管理，同时要具备建立各类管线的故障分析模型、政府决策支持模型的能力，实现从提供利用型到分析管理型的转变，从而为政府的宏观决策、规划建设提供信息支持。
综上所述，在中小城市中，各专业管线产权单位和管理单位各司其职、共同协作，利用Intranet技术，建设由管线产权和管理单位组成的局域网，开发地下管线网络管理信息系统（NMIS），建设层次型的网络数据库,将使地下管线真正走上动态化管理之路，实现管线数据信息交换网络化和管理智能化。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
1、地下管线信息网络管理的几种模式分析
目前，从应用地下管线网络管理系统的服务器和工作站的设置及其功能看，其管理模式大致可分为三类：
1.1、专用服务器结构
它又称为“工作站/文件服务器”结构。这是最早期所建设的地下管线的内部局域网的管理方式，即用一台微机作为文件服务器，其它的作为工作站。它是一种集中管理、分散处理的工作方式，工作站能从文件服务器上获取文件和数据，完成数据处理的全部工作，服务器只能完成共享数据文件的集中管理，不能处理数据，因而服务器与工作站无法实现合理的分工，无法充分发挥服务器的功能，网络传输负荷太重，影响了网络的效率，降低了网络的性能，不能完全满足地下管线动态管理的要求。
1.2、客户机（Client）/服务器（Server）结构
它是设立在地理信息中心内部的局域网，将需要处理的工作分配给客户机端和服务器端共同完成。它是传统的单层结构C/S网，是目前最常用的地下管线信息管理模式：用一台作为服务器，其它科室的作为客户机。网络服务是以服务器为中心的，构成的服务模式是客户/服务器模式。与专用服务器不同的是，处理数据由文件管理方式上升为数据库管理方式，实现了客户机和服务器的合理分工和协调操作。但是C/S模式下的信息管理系统（MIS）应用专用的网络操作系统和各种应用软件，系统结构封闭，灵活性差，不同系统难以交流，不利于地下管线信息的共享。我们知道，许多城市投入了巨资，进行了普查、整测、建档，建设了地下管线管理信息系统（MIS）。然而，MIS对数据精确性、现势性要求高，应用时问题显现出来：大部分城市的地下管线的管理基本上还是各自为政、分散管理，数据收集困难，系统更新同期长，应用滞后，利用效率低。由于缺少有效的数据源支撑，维护和更新所需的数据来源不畅通，以致有的仍处于被动的手工管理状态，而不能发挥应有的作用，造成极大的资源浪费。
1.3、Intranet结构
严格地说，应称为三层C/S（客户机/服务器）结构，它包括Internet和Intranet结构。Internet结构由于保密性差，不适合地下管线管理，因此不做讨论。Intranet就是将Internet的三层结构，搬到企业LAN上构成的系统，是一种很适于中小城市地下管线管理的具有安全保密机制的新型网络技术。传统的局域网，构成的服务模式是单层C/S（客户/服务器）模式，而Intranet是一种三层C/S结构网，提供的服务是通过分布在网络上的多台服务器为客户服务，便于协调处理问题，而与客户距离无关，构成的服务是C/N（客户/网络）服务模式，具有许多优点：
(1)、Intranet是面向系统内部的需求而设置的。它的规模和功能是根据系统经营和发展的需求而确定的，它对于地下管线工作站的设置具有极强的灵活性。
(2)、Intranet采用TCP/IP协议，是一个开放的系统，能方便的和Internet连接。广泛使用WWW的工具，成本低，有利于地下管线数据的收集，使信息传输和交换快速准确，便于管理和维护数据库。
(3)、Intranet根据地下管线的安全要求，设置相应的防火墙，安全代理等，适用于保密性要求较高的地下管线信息的管理，可以防止外来的侵入和破坏。
(4)、与传统的MIS相比，还能管理非结构化的信息，如大量的图片、声音、影像等，适于多个地下管线单位协同作业。
2、建立地下管线的Intranet网络管理信息系统的可行性
地下管线网络管理信息系统（NMIS）就是利用Intranet技术，以地理信息中心为网络中心，把地理位置不同的各专业管线单位的计算机连接起来，及时准确的沟通各专业数据的收集、传输、存储和处理工作，使用户数据做到共享，以方便地提供各种应用和决策信息。它是可行的，与传统信息管理方式相比具有明显的优势，主要表现在：
2.1、简便快捷的工作方式。它是在计算机网络软件和各机的操作系统的共同支持下，依赖网络实现管线数据的动态更新和维护，完成应用程序的数据处理和信息通信的，各工作站按专业功能设置在相应的职能部门内，各职能部门负责及时的把本专业管线数据输入到系统中，地理信息中心随时接收和处理各专业数据，并进行综合和反馈，所以NMIS对数据具有更强更及时准确的处理能力，使资料来源的渠道畅通，避免了传统的MIS由于数据来源不畅造成的动态管理困难的现象，又避免了重复劳动，极大的提高了工作效率。
2.2、建网时间短，投资少，收益高。它是通过联机实现的系统，系统内部各子系统相对独立又是一个整体，系统建成后，由各专业管线产权单位负责收集和更新数据，省略了数据收集的中间渠道，能使数据不断保持最新时态，而无需像传统的MIS那样投入大量的人力物力进行维护。利用网络系统实现多用户MIS所需的资金投入相当于在小型机上实现的功能所需的资金投入。
2.3、功能完整，数据流程严密。它在功能上能覆盖所有管线管理工作的各个方面和整个进程，整合了各专业管线单位的资源，具有较强的适用性。各工作站分工明确，数据系统各负其责，又便于协调，保证了数据流程的严密、完整。
3、地下管线网络管理信息系统（NMIS）的建设内容
建设地下管线网络管理信息系统最基本的问题，就是根据功能模型，选用适当的网络软件，建设网络数据库，工作站按功能设置在相应的职能部门内，事务处理各自独立，通过网络通信完成调用和综合，构成一个联机运行灵活方便、结构清晰簡明的系统，实现异地的数据通信。具体分析如下：
3.1、地下管线网络管理信息系统（NMIS）的模型。
地下管线网络管理信息系统（NMIS）是集数据采集与输入、存储与检索、处理与分析，成果生成与输出为一体的技术系统，考察地下管线的产权和管理单位，可以发现其实体的功能模型为：
在上述地下管线NMIS的模型中，可在地理信息中心设置网络中心，管理文件服务器和数据库服务器，负责系统的运行、管理、维护和利用，管线产权单位可以设置相应的工作站，负责数据的输入和部分利用，网络逻辑图如下：
3.2、地下管线网络数据库体系结构的分析及应用
笔者认为，在地下管线网络管理信息系统中，数据库的体系结构宜采用三层客户机（设在各专业管线单位）/服务器（设在地理信息中心）结构，它是分布式数据库的一种。它既有多台服务器又有多台客户机（即多服务器结构），既执行分布式数据库管理系统(DBMS)功能又执行应用程序。客户机运行各专业管线单位的应用程序，向数据库服务器发出数据请求，数据库服务器接受客户机发出的请求，并将处理结果返回客户端，这就形成通常所说的三层的客户机/服务器体系结构。显而易见，在地下管线的NMIS中，各子系统分布在各工作站中，在物理上是独立的，分散的，而在逻辑上是统一的、完整的，可以互相协调工作，共同完成一项任务，客户机/服务器结构的数据库使系统可靠性更高，响应时间更快，维护方便，便于系统管理，非常适合产权单位分散的地下管线的管理。
那么，在Intranet的客户机/服务器系统中，各个专业数据库应采用什么结构，又该如何设置呢？设计良好的地下管线的客户机/服务器系统应该是：系统中每一个组成部分分配最恰当的工作任务，配置合适的软件模块，使所有客户机、服务器协调工作，充分发挥作用。地下管线的网络数据库比较适用层次型的，它在地理信息中心设置一个中心数据库工作站，含有系统中全部的数据库，其它专业产权单位各自设置工作站数据库，负责本专业管线数据的收集和处理。中心数据库工作站与各专业工作站的内容同步，负责所有分散的管线数据的调用、综合、分析和处理，使得各工作站可以使用本身的数据库，也可以使用中心工作站的数据库，各工作站还可以通过中心工作站共享其它工作站的数据库资源。
3.3、地下管线网络数据库的建设内容
在确定数据库体系结构后，它的系统设计应侧重于哪一方面，又该如何建设呢？由于地下管线数据既包括城市基础地理数据，又包含体现专业特点的管线专题数据，因此，它的系统设计主要包括以下几个方面。
(1)、基础信息数据库的建设。它是以一定的比例反映城市的地形地貌及其准确定位的系统，主要包括地形图基础数据建设，它是矢量数据与影像数据的结合，具有统一性和精确性，具有重要的空间定位作用，为可视化的数字高程模型提供了数据支持，是管线图形赖以生成的基础。如各种平面和高程控制点、城市道路、建筑物等的属性信息等，它的建设宜放在中心数据库里，由地理信息中心负责数据生成、管理和利用。具体建设可以分阶段实施，如先建设城市建成区再整个规划区后市域范围内，依据测绘资料先建立空间数据库和属性数据库，再建设基础地理数据的互连与运作体系，形成完善的数据共享体系 。
(2)、专题信息数据库的建设。它是以基础数据库为基础的专业性的城市地理信息数据库，如：供水、排水、煤气、热力、电力、电信、电视、路灯、人防等各种专业信息。它用于表示某一专业要素的地理空间分布及其规律,具有专业性、空间性和时效性。它利用基础信息进行空间定位和分析，实现各专题信息的共享，形成互相联系互相制约的空间关系。它应形成一种管理机制：由各专业管线单位的工作站负责建设、更新和维护，把本专业管线数据及时准确的输入系统。
(3)、综合信息管理系统的设计。它以地下管线基础数据库和专题数据库为基础，主要由地理信息中心调用各专题信息，进行综合处理，形成管线综合数据，例如，应用VR技术，利用管线测绘中的X、Y、Z坐标生成数字管线模型图，实现数字管线的逼真再现。以便对布局复杂的管网的规划、设计、施工、检修提供准确的网络分析，给城市规划、建设和管理提供其它子系统的数据与智能决策。这也是目前大多数地下管线管理软件中的一个十分薄弱环节，大多数地下管线管理信息系统侧重于提供数字化成图，為本专业服务，缺少管线信息综合，远远达不到智能决策的要求。它应具有强大的数据查询和分析功能，完成对已有数据的查询、统计和分类管理，同时要具备建立各类管线的故障分析模型、政府决策支持模型的能力，实现从提供利用型到分析管理型的转变，从而为政府的宏观决策、规划建设提供信息支持。
综上所述，在中小城市中，各专业管线产权单位和管理单位各司其职、共同协作，利用Intranet技术，建设由管线产权和管理单位组成的局域网，开发地下管线网络管理信息系统（NMIS），建设层次型的网络数据库,将使地下管线真正走上动态化管理之路，实现管线数据信息交换网络化和管理智能化。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。