基于GlS的地下金屬管線信息系統設計

李 飛

（廣東科學技術職業學院，廣東 珠海 519090）

由于地下金屬管線具有分布復雜的特點，必須在充分掌握地下金屬管線信息的前提下，保證對地下金屬管線的有效管理。因此，提高地下金屬管線信息的全面性一直是相關部門的重點研究內容。在以往針對地下金屬管線信息方面的研究中，主要采用地下金屬管線信息系統，通過地下金屬管線信息系統能夠收集、處理、分析地下金屬管線信息。在我國，針對地下金屬管線信息系統的設計研究，雖然起步較早，但仍存在地下金屬管線信息基數大且存儲分散的情況，導致相關研究普遍存在局限性，很難在真正意義上實現地下金屬管線信息的高效整合，而GIS技術的出現恰好解決了這些問題。GIS在應用中又被成為地理信息系統，具備一定的空間數據表現能力，主要在計算機設備與運營環境的支撐下，采集地理信息數據，并結合數據表達特征對其實施有序的數據管理、運算、分類、存儲等功能[1]。本文進行基于GIS的地下金屬管線信息系統設計，并通過分析實際應用情況來證明設計的有效性。通過將GIS技術應用在地下金屬管線信息系統的硬件設計和軟件設計兩部分，致力于為地下金屬管線信息系統的優化設計提供更加廣闊的發展空間。

1 GIS

GIS技術具備良好的空間數據表現能力，能夠在計算機運營環境支持的情況下，實時采集地理信息數據，并通過GIS技術的運算、分類、存儲等功能執行對地理信息的管理操作[2]。依據地理信息對象的坐標點位，展示其獨特的視覺化效果。除此之外，GIS具備極強的空間分析能力。在實施過程中，離不開計算機網絡的支持。通常情況下，GIS技術在對事物進行描述時，只能從簡單的角度表達空間事物“是什么”和“在哪里”。由于事物的空間分析是一個相對動態化過程，因此它無法正面回答為什么等問題。GIS技術分析事物的過程，也可稱為數據空間表達的過程，通過對空間事物的認知，掌握圖像、拓撲、幾何數據等背景，并以此作為參照依據，對事件可能發生的行為進行預測，最終達到對事件的分析功能。因此，有必要將GIS應用在地下金屬管線信息系統中，展開優化設計。

2 基于GIS的地下金屬管線信息系統硬件設計

2.1 微控制器集成電路

在系統服務器硬件中，本文采用了一種具有嵌入式-微控制器的集成電路對其進行優化設計，其中RAM容量為48K的硬件平臺，該平臺可以更好的完成系統中對地下金屬管線信息采集以及處理等功能的要求。本文主要對兩部分的電路進行設計，一是本系統中的最小系統電路，二是系統中信息的采集以及解析電路。通過轉換芯片將模擬的信號信息轉換為空間上的數字化信號，采用具有HS處理技術的芯片，實現更加優質的信噪比、量子效率等，且數據采集速度較快，可以將獲取到的地下金屬管線信息更加高效的轉換為數據信息。

2.2 通信鏈路

在設計微控制器集成電路的基礎上，為確保系統中的地下金屬管線信息數據傳輸能夠高效進行，設計通信鏈路，表格化傳感器接收端的有效信號。基于通信鏈路的聯動功能，將多個系統硬件有效的串聯在一起，本文設計的通信鏈路亮點之處在于引進了NB-IOT技術，通過運營商基站傳輸地下金屬管線信息，減小信源信號的冗余度，將出現傳輸錯誤的幾率降至最低，提高地下金屬管線數據的傳輸效率。

2.3 顯示器

設計顯示器作為系統的展示界面，將地下金屬管線信息在顯示器上顯示。本文設計的顯示器，型號為AWrty96525400，尺寸為32寸，共有24路，通過串口通訊能夠直接獲得的地下金屬管線信息數據。通過Sucount K網絡與下層控制主機相聯。顯示器的硬件環境配置，包括：2Mbpspc端各類型瀏覽器及移動端各類型瀏覽器，類型為帶寬可支持瀏覽器。利用顯示器中的雙核多路，提高顯示速率。以此，完成系統硬件部分設計。

3 基于GIS的地下金屬管線信息系統軟件設計

3.1 基于GIS迭代分析地下金屬管線空間矢量數據

通過硬件部分采集地下金屬管線信息數據，為實現地下金屬管線信息整合，需要基于GIS的空間分析能力，迭代分析地下金屬管線空間矢量數據[3]。

通過GIS根據地下金屬管線信息的空間特性，聯系計算機網絡的表達方式，對地下金屬管線信息進行客觀性空間描述。并在此基礎上，轉換數據格式，將基于GIS的地理信息數據轉換成可支持地下金屬管線信息格式數據。以此，作為地下金屬管線信息的模糊轉化過程及表達，為地下金屬管線信息相互調用提出基礎數據。

3.2 建立地下金屬管線信息3D繪圖協議

在迭代分析地下金屬管線信息空間矢量數據的基礎上，集合地下金屬管線信息數據屬性要素（包括：管線空間分布情況、管線數量及管線型號等），生成支持系統GIS的數據格式。分析地下金屬管線信息屬性，制作相應的電子信息表。基于GIS建立礦山地理信息3D繪圖協議，實現電子信息表的空間數據可視化。首先，通過HTML腳本制作Web交互式三維動畫，以3D圖形的形式渲染地下金屬管線信息。而后，利用OpenGL ES 2.0制作地下金屬管線信息API，允許文檔對象模型接口。最后，利用部分Javascript實現地下金屬管線信息3D繪圖自動存儲器管理。

3.3 地下金屬管線信息相互調用

完成上述操作后，將地下金屬管線信息屬性作為參照數據，通過調用數據，實現地下金屬管線信息相互調用。在此基礎上，運用GIS，對地下金屬管線信息進行成像，直觀的檢索地下金屬管線信息，并使用系統提供的專家處理技術，使數據呈現一種可視化狀態，以此實現對地下金屬管線信息的交互與有效調用。地下金屬管線信息相互調用示意圖，如圖1所示。

圖1 地下金屬管線信息相互調用示意圖

結合圖1所示，基于GIS能夠實現對地下金屬管線信息的相互調用，以此提高地下金屬管線信息利用率。至此，完成系統設計。

4 實例分析

4.1 實驗準備

設計實例分析，選擇某城市地下金屬管線作為實驗對象。忽略其它對系統運行造成影響的外界因素。首先，使用本文設計的信息系統，對某城市地下金屬管線信息進行有效獲取，使用大數據技術統計獲取信息數據數量，定義該組為實驗組。再使用傳統的信息系統實施相同步驟的操作，定義該組為對照組。為了避免突發事件對結果的影響，將多種變量參數控制一致，針對測得的城市地下金屬管線信息獲取量，設定實驗次數為9次，記錄實驗結果，進而判斷兩種信息系統對于城市地下金屬管線信息的獲取能力。

4.2 實驗結果分析與結論

整理實驗結果，如下表1所示。

表1 實驗結果對比表

通過表1可得出如下的結論：實驗組地下金屬管線信息獲取量明顯高于對照組，對于地下金屬管線信息的獲取能力更強。因此，本文設計信息系統可識別的地下金屬管線信息更為全面，可實現對地下金屬管線信息的良好統計。

5 結語

通過基于GIS的地下金屬管線信息系統設計，能夠取得一定的研究成果，解決傳統地下金屬管線信息系統中存在的問題。在后期的發展中，應加大GIS在地下金屬管線信息系統中的應用力度。截止目前，國內外針對基于GIS的地下金屬管線信息系統研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對地下金屬管線信息系統的優化設計提出深入研究，為提高基于GIS的地下金屬管線信息系統的綜合性能提供參考。