基于GIS的城市軌道交通工程測量管理系統的實現研究

朱霞，馬全明

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)

1 引言

隨著我國城市地鐵建設規模的不斷擴大，傳統的軌道交通勘測企業所沿用的人工作業方式和管理模式已經很難適應新形勢發展的需要，不僅直接影響工作效率，而且在日常生產管理中也暴露出管理不規范、資料存放零散、信息不暢、成本高等問題，迫切需要將新技術、新方法應用于城市軌道交通工程測量，建立一套現代的管理系統與之相配套。

地理信息系統(Geographic Information System，簡稱GIS)是20世紀60年代發展起來的以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對與地理相關的空間數據進行采集、存儲、分析、管理、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，為地理研究和決策服務而建立起來的計算機技術系統。GIS的主要功能是進行數據的采集、處理、分析、管理和表達，通過這些功能將地理現象和事物的空間位置、相關屬性、分布形態、拓撲關系等在數字地圖上表現出來。

因此，充分利用GIS強大的空間數據和屬性數據的操作、管理、分析與顯示功能，并結合城市軌道交通工程測量專業的自身特點，研制出軌道交通工程測量管理系統，實現對城市軌道交通工程測量數據的有效組織與管理;實現測量產品生產、傳遞過程的自動化;實現測量生產信息的可視化查詢及統計分析，這對于提高城市軌道交通工程測量管理的效率與測量成果質量，縮短測量產品生產周期，提升行業信息化水平均具有積極意義。

2 系統總體設計

2.1 系統總體框架

城市軌道交通工程測量信息管理系統是以計算機網絡為載體的可交互式、可視化共享平臺，以Web GIS為技術支撐，以城市遙感影像、城市軌道交通工程測量數據、軌道交通規劃與設計數據、施工數據等為空間信息和屬性信息數據源，實現集地形、管線、軌道交通為一體的空間可視化信息系統。系統分為標準的三層體系結構，即數據層、中間層和應用層，并在這三層的基礎上進行設計和開發。系統體系結構如圖1所示。

圖1 系統體系結構圖

其中，數據層采用Oracle關系型數據庫系統和空間數據引擎實現城市軌道交通工程測量管理系統數據的高效存儲和管理;中間層通過空間數據引擎實現對空間數據的訪問，基于GIS服務引擎實現GIS業務功能，基于安全認證服務保證系統的安全和用戶信息的安全;應用層在數據層和中間層的基礎上，實現系統的各類具體應用功能。

2.2 設計思路和技術路線

系統開發采用面向對象的系統開發技術，開發語言是Asp.Net、C#，系統以GIS應用軟件ArcMap 9.3和ArcGIS Server 9.3作為圖形支撐平臺和二次開發平臺，以Visual Studio 2008為可視化開發環境，通過GIS控件ArcObjects進行軟件的設計和開發。

系統采用Oracle關系型數據庫，并以空間數據庫引擎ArcSDE作為中間件連接GIS應用程序和關系數據庫系統，建立空間數據庫模型，從而將城市軌道交通測量基礎資料中的空間數據和屬性數據進行統一存儲，實現城市軌道交通工程測量管理系統數據的高效存儲和管理。

2.3 系統模塊劃分

本系統設計為C/S和B/S兩個子系統，其中C/S子系統定位為系統的后臺維護管理系統，主要負責數據的處理、維護功能，主要用戶為系統管理員和系統維護人員。B/S子系統為主系統，定位為系統的前臺應用系統，面向系統的所有用戶，是系統的主要工作平臺。C/S、B/S功能模塊結構圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 C/S子系統功能模塊結構圖

圖3 B/S子系統功能模塊結構圖

C/S子系統中包括角色管理、用戶管理、圖層數據導入、圖層權限定義、地圖基本功能、圖層數據編輯、圖層數據導出7大模塊。

B/S子系統中包括生產流程自動化、GIS基本功能、空間查詢與分析、測量信息查詢、導入導出、系統管理6大模塊。

3 數據庫設計

系統建設所需軌道交通工程測量數據主要有基礎地形圖、軌道交通線網圖、軌道交通測量數據、沿線管線圖、遙感圖等空間數據以及其他與軌道交通有關的報告、標書、合同等圖形、文檔資料，另有軌道交通設計、勘察、施工等相關資料。這些大量種類繁多、類型各異、兼有空間及非空間屬性信息的城市軌道交通工程測量基礎資料，必須借助于GIS強大的空間數據管理功能，構建軌道交通工程測量信息數據庫，實現空間數據和屬性數據的一體化存儲。通過對城市軌道交通工程測量管理系統的數據庫結構進行詳細設計，將數據庫中的數據分為基礎地理信息數據庫、測量專題信息數據庫、管理信息數據庫和文件附件庫4大類。數據庫總體結構如表1所示。

軌道交通工程測量信息數據庫結構 表1

本系統將北京市地形圖作為系統設計的背景地圖，測量實測成果如各類控制點、地鐵線路等作為動態發布的圖層。通過CAD格式數據的GIS入庫技術，進行了CAD格式和GIS格式之間的轉換，并對反映地形的實體數據按點、線、面類型進行了分層處理存儲于空間數據庫中。

4 主要模塊的功能設計與實現

系統的主要工作平臺是B/S子系統，其中，測量生產流程管理、測量信息查詢為系統最核心的兩大功能模塊。

4.1 測量生產流程管理模塊

在測量生產流程管理模塊中，系統結合測量產品的生產流程，設計了任務啟動、方案制訂與審核、生產組織、成果審核、成果發布與信息反饋5個模塊，用戶在從一個節點進入下一個節點的操作過程中，實現了測量產品生產的自動化和測量數據、信息傳遞的自動化。

(1)任務啟動

測量主管生產經理在收到業主下達的委托測量通知后，依據任務緩急程度接收及處理任務。處理任務時，將工程任務進行分類，并下達任務書給指定工程主持人，如圖4所示。

圖4 新建任務書界面

(2)綱要制定與審核

工程主持人接收經理下達的任務列表，根據緩急程度進行資料收集、外業踏勘等工作，并填報及依次上傳勘測綱要至主任工程師、專業總工審核。

如需要修改，則附加修改意見后返回至主持人修改后再審;如不需要修改，則附加審閱評論或實施建議后自動向工程主持人下達合格通知，如圖5所示。

圖5 主任工審核綱要界面

(3)成果審核

工程主持人編制好成果報告后，依次發送給審核人—主任工程師—專業總工—質量評定工程師—總工程師—院長審核，各審核人可根據報告存在問題的嚴重程度，決定是返回主持人進行改后重審還是經電子簽名后傳給下一流程進行審核。

(4)成果發布與信息反饋

主持人接收到合格通知后，進行最后檢查，如無遺漏和錯誤，則進行成果發布(上傳至委托單位及施工單位)，同時，通知檔案管理員進行成果歸檔、打印、蓋章、以進行現場交接。

4.2 測量信息查詢模塊

此模塊為B/S子系統的核心功能模塊，用于實現用戶需要的各種多樣化查詢功能，包括合同標書查詢、工程信息查詢、控制點查詢、工程進度查詢、已完成基標查詢、隧道貫通精度查詢等模塊。

(1)工程信息查詢

用戶通過選擇城市及線路，定位到具體的數據庫，然后通過選擇搜索工具條中的下拉列表項，構成組合查詢條件，啟動搜索按鈕，查詢滿足給定條件的測量工程，在網頁中顯示所有滿足條件的測量工程。如圖6所示。

圖6 工程信息查詢界面

(2)控制點查詢

用戶通過滿足給定條件查詢地鐵測量所需要的各級測量控制點，包括城市等級控制點、地鐵測量首級網控制點、地鐵測量各級導線點。

(3)工程進度查詢

用戶通過選擇單個測量工程后，即可查詢本工程計劃形象進度與實際形象進度的對比情況，并可同時看到各階段較詳細的實施情況說明信息。

5 結語

本文對主要針對城市軌道交通工程測量管理系統設計與實現中的幾個關鍵性問題進行了研究與探討。目前系統已研制完成并在生產實踐中得到應用，實現了對軌道交通工程測量數據的有效組織與管理;實現了測量產品生產、傳遞過程的自動化;實現測量生產信息的可視化查詢及統計分析。經過一段時間的運行使用，系統很大程度上提高了軌道交通工程測量生產的作業效率、規范了作業流程、提高了測量成果的管理和應用水平，可以向北京乃至全國軌道交通線網城市大力推廣使用。通過此系統的設計和研發，希望為今后GIS技術在軌道交通規劃、設計、勘測、施工整個階段的應用提供參考和經驗借鑒。

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