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1. 数字管廊的总体框架

1.1. 总体技术要求

（1） 整体性 

着眼于整体和长远目标，“数字管廊”必须全局考虑，在严格的标准下建设，保证有统一的基础（地理基础，模型基础、软硬件环境、开发环境、数据接口…）。逐级向上建设，不同管理层次是相互支持﹑不可分割，既相对独立又密切联系，既相互促进又相互制约，对各级信息化建设要统筹考虑。 

实用性 

“数字管廊”作用的发挥依赖于多种因素。信息系统建设要针对管道业务复杂、涉及专业多、系统庞大、人员技术素质需要进一步提高等具体情况，因地制宜，讲求实效。在建设中，应提高系统稳定性，并使其简单实用、易操作、易维护。 

（2） 先进性 

计算机技术迅猛发展使原来很难实现或不能实现的目标成为可能，因此在系统建设中尽可能利用一些成熟的先进技术手段，使系统有更强生命力。运用计算机技术的最新成果，体现适应当今潮流的管理思想和管理方法。 

（3） 开放性 

“数字管廊”系统开放性有利于系统进一步扩充，完善，以及与股份公司有关信息系统和应用系统连接和集成。 

（4） 技术成熟性 

“数字管廊”建设是工程项目，不是试验室中的科研项目，在追求技术先进的同时，要保证所采用技术与设备的成熟性，不能采用尚在试验阶段的技术和设备，这样才能保证项目的成功，把风险降到最低。 

（5） 安全性 

“数字管廊”必须建立完善、可靠的系统访问权限和备份与恢复机制。采用数据加密传输机制、采用防火墙技术以保证系统安全、高效。

1.2. 核心技术

数字管廊是一个复杂的、巨系统，包括了以下几个方面的核心技术：

(1) CAD技术：该项技术主要完成各类设计图、施工图、地图等图形的编制、输出，需要结合各类专业的图示符号来实现各类现实状态的编辑、计算、显示和绘制；

(2) 大型数据库技术:该项技术主要实现各类信息有组织的存储，以便快速查询、检索和利用；

(3) 地理信息系统技术:本技术是将传统的CAD、图像、数字地模等技术和数据库技术相结合，同时引入各项专业的模型，建立含有空间位置的专业设施模型；该项技术涉及到空间数据的采集、编辑、表达、应用等等；

(4) 遥感技术

遥感（RS）技术是从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态。 数字管廊系统将遥感技术与地理信息系统相结合，进行与管道相关的遥感影像的处理、存储和再现，满足管道运行维护管理的业务需求。 

(5) 全球定位系统。全球定位系统（GPS）是利用工作卫星的信号，准确测定待定点的位置。数字管廊体系中采用GPS技术和设备进行管道巡检人员的跟踪管理。

(6) 海量数据的存储与处理技术

在管道设计、建设、运营管理过程中所产生的数据，具有数据量大、结构复杂、存储介质多样，格式多样等特点，对这些数据的存储和处理必须采用海量数据的传输、存储和处理技术。

(7) 空间数据采集处理技术：包括遥感影像、全数字摄影测量、野外数字测图等等，影像是现实世界最直观的反映，通过影像获取、处理并在其他系统中进行展示，可以更直观的反映现实世界；

(8) 元数据技术

元数据是关于实际数据的地址、来源、内容、格式等说明的信息。它提供一种框架体系和方法来描述、表征数字化信息的基本特征，并通过一套通用的编码规则，将来源各异的数字化资源归纳到一个标准的体系中。

(9) 虚拟现实技术:通过虚拟现实过程，可以将现实世界或处于设计状态中的各类对象在计算机中进行模拟构造成现实状态中的模样，以此来在计算机中更为直观的表达现实状况；

(10) 网络应用技术:通过网络实现各类信息在不同设备上的传输，实现各类应用的连接。

1.3. 数字管廊总体架构

数字管廊总体架构如图2.3-1所示。

图2.3-1 总体架构

“数字管廊”建设一个在统筹规划下的一体化建设系统，必须在数字管廊的总体规划下充分考虑到数字勘察、数字设计，服务于完整性数据要求的施工数据采集和一体化的运营和决策系统才能满足数字管廊生产、管理、监控、检测、计划、销售、决策的需要。而作为管道工程项目建设的特点也使得数字管廊的建设具有明显的阶段性和分步实施的特点。如上图所示为系统的总体架构，在满足于业务管理和决策要求的基础网络和硬件设施的支撑下，在信息安全和规章制度的指引下，构造从施工阶段到运营阶段的软件平台和数据库建设。

系统硬件与基础网络构成了数字管廊基础设施环境，主要是完成各类信息从采集到数据传输处理和存储全过程的硬件设备的有机组合，是数字管廊系统建设的基础。

系统的安全保证及规章制度建设，包括一些技术标准的建立等是建设数字管廊系统的保障。在项目建设中要首先做好组织管理、技术标准、安全规范的制定等工作，要建立完善的项目实施组织管理体系、项目质量保证体系、项目运行维护管理体系和培训计划及为数字管廊业务管理的人才培训机制。这些是本系统能否顺利建设和获得良好应用效果的关键。

施工过程需要工程项目管理进行总体的投资管理、计划管理进度管理、施工管理、合同管理、费用管理、物资设备管理、质量管理、HSE管理、工程变更管理、沟通协调管理和竣工资料管理，通过工程管理信息系统以及可视化的信息门户机制，控制项目进度和费用支出的正常运行，达到进度、资源、成本最完美的统一，同时通过对于数据采集端的控制，将施工过程的进度数据，设备设施数据，检测数据，HSE数据等采集到符合完整性规范要求的数据库中，为基本管道信息系统提供设备、设施查询，基于WEBGIS的进度展示，以及为运营阶段的调度、控制和管道管理提供支持，在此基础上结合管道运行系统和决策支持系统以及接口子系统，完成企业资产管理、设备维护维修、天然气计划与营销、办公自动化、能源物资管理，以及以管道安全为核心的巡检系统和应急救援系统。

所有系统的建设都是基于过程的管理，即每个阶段将相关的过程资料和成果按照总体设计的要求归档进入到数据库中，为本阶段以及下一个阶段服务，同时新的运行或者检测数据进一步的积累，保证基于完整性管理的管道数据和为企业运营提供支持的合同财务数据了完备性，现势性和准备性。

2. 功能需求与应用系统建设

2.1. 概述

需求的定义是为“系统必须符合的条件或具备的功能”。需求分析是指理解用户需求，就软件功能与客户达成一致，估计软件风险和评估项目代价，最终形成开发计划的一个复杂过程。

2.2. 功能需求分析

2.2.1. 管道GIS需求

管道GIS系统需要在常规的企业级GIS功能基础上，提供满足行业数据特点和应用需求的专业功能。

2.2.1.1. 基本功能

（1） 常规GIS功能

包括系统登录、主界面、视图管理、窗口管理、地图浏览、基本数据查询、基本空间分析等功能，暂不提供数据编辑功能（维护人员用ArcMap等完成）。

（2） 视图组织

参考GTechnology，对工作区内的各种视图进行合理组织和操作，包括Dock、Tile或Tab化等等。

（3） 数据入库

提供管道专业数据批量导入ArcSDE数据库的功能，数据源主要包括施工数据、竣工资料，格式主要包括excel和access。数据转入转出都使用FME建模和执行，但对FME的调用可以集成进来。

（4） 坐标系与投影转换

2.2.1.2. 线性参考系

（1） 线性参考系的创建与维护

需要针对长输管道工程的实际情况，扩展ArcGIS自带的线性参考系（LRS）功能，例如原有的Create Routes和Make Route功能用于根据已知线要素创建Route，而我们应实现的数据源一般是外业中线测量成果（桩或管点），是带有空间坐标和线性里程的点要素。另外，Create Routes和Make Route这两个功能在创建Route的时候，都复制了源数据的图形和属性，另外创建了一个线要素，这在实践中也不见得需要。

按照APDM设计的线性参考系数据结构，其创建与维护功能要求程序能够读取用户给定的外业测绘的中线成果表，创建ControlPoint（中线控制点）和StationSeries（里程区间）要素，以及对这两个核心LRS要素的更新。

更新维护功能要求能够整体更新和部分更新。其中部分更新由用户指定需要更新的里程区间和该里程区间的新中线成果表，由程序完成该里程区间的ControlPoint和StationSeries要素的替换。

注意：存储上应考虑测量成果与LRS数据两级分离。

注意：更新维护功能中需要考虑根据内检测（含XYZ）数据进行配准校正（暂缓）。

（2） 平面坐标与线性里程的互相换算

该模块在ArcGIS的坐标动态显示和Identify Route Locations功能的基础上，开发平面坐标与线性里程的互算和显示功能，包括供其它模块调用的公共基础函数和用户交互功能。

1) 用户使用鼠标点击中线，计算并显示目标点位的线性里程，同时提供该线性里程的标注功能。

2) 提供对话框给用户，由用户输入平面坐标或线性里程，由平面坐标计算目标点位的线性里程、偏移方向和偏移距离，或由线性里程计算目标点位的平面坐标。

3) 对原有的坐标动态显示或输入方式加以扩展，允许切换显示为线性里程。

4) 在需要准确输入坐标的地方，允许采用线性里程方式。例如空间查询或坐标定位。

（3） 线路目录的管理

在常规的设备分级管理模型中，一般会形成一个树状的层级体系结构，例如干线、支干线、支线等，称之为线路目录。由于里程区间与线路之间的逻辑关系，初始建库的时候，需要在中线数据入库的同时构建该线路目录；建库之后或者管道系统运营过程中也可能对该线路目录进行修改；使用LRS进行线性定位的时候需要调用该线路目录。

线路目录模块主要实现包括LineLoopHierarchy、Line和StationSeries在内的线路目录的显示和编辑。线路目录显示功能要求程序能够显示线路目录供用户选择，并在显示时能够检测出线路目录的逻辑错误，保证三个表的数据一致性。线路目录的编辑以StationSeries要素的LineLoopEventID、SeriesOrder、FromSeriesID、ToSeriesID等字段，以及LineLoopHierarchy和Line表格为主要编辑内容。

应用线路目录，在用户界面上还可以实现为类似于G/Technology中Area Manager的一个快速定位工具。因此也可以考虑扩展到对动态分段的管理。

2.2.1.3. 设施浏览及多种视图展示

（1） TOC图层管理组件

由于涉及到大量的管道设施分层，以及矢量或影像基础背景数据、施工管理或运营维护数据，必须能够将图层按各种逻辑关系或不同性质进行分组，有时候在分组的基础上还定义专题图，有利于数据理解和集合操作。ArcMap中Table of Contents窗口的Display页有对图层进行分组功能，ArcGIS也提供了lyr文件可用于专题图共享，但ArcMap的图层分组功能与图层显示顺序控制混淆在一起，使得不同图层组之间图层的显示顺序不能交叉，或者从另一个角度看，显示顺序不连续的图层不能组合到同一个图层组。因此必须开发自己的TOC组件。

该组件应在ArcMap TOC的功能基础上，开发独立于显示顺序控制的图层组功能，使得用户能够按照目录树的方式任意组织加载到ArcMap的数据图层，并且该图层组信息可保存在用户工作空间文件中，例如在mxd文件或lyr文件中、或者配套的数据文件，在打开mxd文件和lyr文件时一并加载。

TOC图层分组的配置和存储结构，可参考GTechnology，要求能够在数据库中保存多个针对不同用途的TOC（或称Legend）定义，并可以应用到用户工作空间的窗口上。

（2） 沿线设施列表

沿线设施列表是一个以表格为主体的视图，能够按照里程顺序列出各类管道设施，而不仅仅是象ArcCatalog里面那样对某类要素查看其数据表。

用户可以指定线路（干、支线）或者指定里程范围，并指定设施类别的过滤条件，系统在表格中按照里程顺序排列这些目标设施，显示其类别、编号、里程、及其它属性。另外，要求表格视图能够与地图窗口进行交互（选择和定位）。需要注意的是不同类别的设施的属性结构不同。在制定设施类别的过滤条件时，可以快速地只开/只关某一层或多层。

示例如下图：其中标题为Data List的窗口是按里程排列的设施列表，第一页是总列表，其它页是各类设施的子列表。（注：不见得采用这种分页方式）

（3） 线性化视图

在水平拉直的里程轴上标注各类设施，包括在线或非在线要素，可以包括属性扯旗注记。

（4） 带状图视图

该功能与带状图制图输出略有不同，主要用于动态的数据浏览显示；实际上，主要就是在普通地图视图的基础上，允许根据当前显示范围内的中线自动进行旋转和居中显示，允许设定缓冲区裁剪显示。

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