GIS技术在港口综合信息管理中的应用

摘　要： 地理信息系统（GIS）是以计算机为工具, 具有地理图形和空间定位功能空间型信息 管理系统。本文介绍了将GIS技术、计算机技术和基础信息的行业规范结合起来开发港口设施地理信息系统, 以及该系统的建设目标、系统配置、系统结构与系统功能。

关键词：GIS；港口综合管理系统；系统设计
　　当前我国的城市化水平逐年提高，我国港口的建设规模逐年增大，港口的基础建设发展迅速，已初步形成大规模的、错综复杂的综合管线网以及分布广泛的其它基础设施群体。大量的信息资料需要处理，但是传统的手绘制图、靠维护人员的记忆管理和人工统计、分析的手工管理方式效率低下，很难适应这种快速发展的海量数据管理要求。一个大型港务局所管辖的是一个分布较广的综合性大型港口的群体，其港口设施、地下管线、铁路、公路、码头、建筑物等星罗棋布，各类空间和地理信息十分丰富[1]，给管理与规划提出新的课题。因此，必须采用计算机软件技术尤其是地理信息系统（GIS）技术、硬件技术以及网络技术开发出一套适合港口应用的“港口综合信息管理系统”来改变这种落后的管理状况，使港口的综合信息管理步入规范化、自动化、科学化的轨道。
1、GIS概念及组成
　　地理信息系统（GIS)是一种特定而又十分重要的空间信息系统, 它是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统[2]。
　　一个完整的地理信息系统，要支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和现实等功能，从计算机科学角度看，其基本结构包括以下四个部分：系统硬件、系统软件、空间数据、系统管理操作人员。
2、系统设计
2.1系统建设目标
　　港口综合信息管理系统就是要建设一个以实时数据库和历史数据库为基础的，具有信息处理、检索、分析、等强大功能的港口综合性管理系统，通过生动、直观的方式为用户提供地形图管理、综合管线管理、土地管理、信息查询、图形显示、报表输出以及分析决策等信息服务，将现代化技术全方位引入港口信息管理当中。
2.2系统设计原则
　　1）系统需要具备高效可靠、先进实用的特点；
　　2）使用成熟的先进技术，要达到国内领先水平；
　　3）充分考虑港口设施信息管理特有业务流程，要别于其它的信息管理系统；
　　4）采用完善的保密机制，使得重要数据不易被破坏、非法修改或访问；
　　5）随着港口综合信息业务发展，系统软硬件均便于升级与扩充。
3、系统结构与系统配置
3.1系统结构
　　港口综合信息管理系统是一个为港口管理及决策服务的应用型技术系统，以计算机网络为载体、地理信息系统为软件开发平台, 它能够科学地存储多种形式的数据；支持操作运行、专题管理、空间分析等各项活动；可供领导、管理部门以及技术人员等快速的查询和检索相关信息，并借助地理信息系统特有的空间分析功能与可视化表达，进行各种辅助决策。具体结构见图1。

图1港口综合信息管理系统总体框架
　　整个系统分布于管理中心的Intranet上，由多个协作的模块组成，按照逻辑结构可分为三个层次：数据层，通过SQL Server, Me-IMS来提供基础的空间、属性数据存储服务；基本服务层，包括地形图管理、演示汇报、数据输入输出子系统，提供系统的基本服务；业务服务层，包括综合管线管理、规划管理子系统，通过基本服务层的相关服务为用户提供实用的规划设计和报表制作服务。
3.2系统配置
3.2.1硬件设计
　　硬件主要指天港区规划建设管理信息系统运行的设备环境，其中数据库服务器采用可靠性较高的服务器，为整个系统的核心设备。由于本系统客户端需要运算和存储的数据量不大，客户端采用中、高档PC机即可以满足需要，有修改数据权限的用户设备配置应该要高一些。为满足本系统输入或输出高质量图形的需要，需采用打印机进行图表的输出；大幅面工程扫描仪；大幅面工程绘图仪。
3.2.2软件设计
　　基础软件是指基本的计算机操作软件和数据库管理软件，具体为：（1）网络操作系统选用Microsoft Windows 2000 Server，ion Server 4.0以上版本。（2） 数据库软件采用MS SQL Server 2000。（3） 客户端为Win98或者Windows 2000。浏览器使用IE 4.0以上版本。
　　应用软件主要包括所选用的地理信息系统平台工具软件和在此平台上进行二次开发的港区规划建设管理信息系统软件。其中，经过广泛调研，最后选定的GIS平台是我国自主开发的MapEngine系列产品。
4、系统功能
4.1系统基本功能
　　此部分是地形图管理，管线管理、规划管理三个子系统都具备的基本功能，现综述如下：
4.1.1图形浏览
　　1）图形多级缩放：能对图形进行多级开窗、任意中心放大、任意中心缩小、返回前状态和全景显示。也可以进行固定比例的浏览。
　　2）图形平滑漫游：系统为用户提供平滑的漫游功能，并实现无缝视觉效果，便于用户游览及快速定位。
　　3）图形显示的鹰眼功能：用户可以方便地了解全局和局部的关系。
　　4)图形信息疏密效果协同校正功能：系统进行多级缩放时，可以根据当前视窗显示的图形比例尺，调整显示图层数和某一图层信息量的疏密关系和效果，保证最佳的效果和最快的显示速度。
　　5）分层组合显示：实现地形图的分层与叠加显示，实现不同比例尺的地形图数据之间的图层管理、同一比例尺之间的不同类型数据的图层管理，并可任意控制个图层的显隐。
4.1.2 查询与检索
　　1）条件检索：按属性字段信息或满足一定要求的组合条件检索符合条件的图形实体；关键字查询。
　　2）拾取查询按图面地物信息点击拾取后，显示该地物属性；利用鼠标的点击、拖动、框选等操作进行基本图形的查询；对数据库中的图形信息和属性数据进行灵活多样的双向查询。
　　3）地名查询：按照地名进行查询，如码头名称、道路名称等。
　　4）属性查询：按属性类型查询对应图形信息；按时间顺序查询对应图形、地物区块。
　　5）坐标查询：查询部分建构筑物的关键点的空间位置。
　　6）图文互查：单击地图，弹出相关属性信息；双击属性列表，自动把相应的对象移动到地图中央并且高亮显示。
4.1.3用户管理 
　　根据用户群特点，可以将本系统的用户设计为以下三大类：系统维护用户、专业级用户、、普通浏览用户。用户管理就是 分配系统当中的用户角色，使得不同用户获取不同的系统使用权限。
4.2具体功能
　　  根据上述的设计思想，可以将港口综合信息系统划分为五个模块：地形管理、管线管理、规划管理、数据输入输出、用户管理模块。系统功能模块关系如图2所示。

图2 系统功能模块关系
4.2.1 地形图管理子系统
　　地形管理用于对基础空间信息和非空间信息进行输入、编辑、存储与管理，它是整个信息的基础，也是基于G IS技术的信息系统区别于传统管理信息系统的重要标志[3]。
　　在整个系统中地形图管理子系统负责基础信息的管理，是所有其它子系统建立的基础，直接关系到本系统运作的稳定性和信息的准确来源。该系统提供对港区地形图进行各要素分层管理、图库管理、地图浏览、图幅查询和检索、地图裁剪、数据维护、数据转入和转出等功能。
4.2.2 管线管理子系统
　　管线管理子系统对给水、排水、消防、供电、输油、电信共6类管线予以管理和分析，集成管理了各种管线图约600幅。主要提供：
　　1）对管线的空间数据和属性数据的存储、分层管理功能；
　　2）对管线的空间数据和属性数据进行快速、方便的查询功能，包括图形查属性和属性查图形的查询功能，对管点、管段和管线相关属性信息的查询，管线拓扑关系查询(如图3)等多种形式。
　　
　　图3由管点信息查所在管段、管线
　　3）管网分析，包括管线路由分析，连通性分析，管线覆盖区域分析，量算分析等功能。
　　4）管线规划设计，管线局部详图的生成，自动生成横、纵剖面图，局部详图挂接和查询等功能。
　　5）管线空间和属性数据进行维护的功能。
4.2.3 规划管理子系统
　　规划管理子系统提供对港区内土地利用的现状、历史变更情况进行浏览、查询、变更、维护和输出打印等功能。该系统共集成了32宗地块信息，并对港区内的公路、铁路及输油系统和码头、泊位区域等用地信息进行管理。
4.2.4 演示汇报子系统
　　演示汇报子系统是港区管理部门向上级领导做信息化建设汇报的系统，主要包括对港区基础设施的二三维互动演示，公路运输、铁路运输和输油的过程进行动态模拟演示。
4.2.5数据输入与输出子系统
    数据输入输出系统提供对MapGIS(Mif)、E00、CAD的Dxf等常用空间数据格式进行文件输入，包括各类报表文件（Excel、Access、Foxpro ）输出、图形打印、屏幕拷贝等多形式的输出功能，通过该功能便于进行地形图管理、管线管理、规划管理各子系统的数据维护。
5、结语
　　近年来, GIS技术开始应用在港口建设、港口规划和港口管线管理中, 有效地促进了港口规划、建设的决策科学化和管理现代化, 使码头基础设施能够发挥最大的经济效益[5]。将GIS技术、计算计技术和基础信息的行业规范结合起来，实现港口建设的信息化管理，提高港口建设的科学决策能力和管理效率，促进港口各管理部门提高管理层次。港口综合信息管理系统的建立，为港口的日常管理、建设和施工提供的空间地理信息，对港口的生产和发展有着十分重要的意义。
参考文献：
[1]汪志明, 李春风, 许跃民. 港口地理信息系统的设计[J]. 地理空间信息, 2005,(03)
[2] 李德仁 , 龚健雅 , 边馥苓. 地理信息系统系列讲座之一 什么是GIS?[J]. 测绘通报, 1993,(04)
[3] 陈常华.GIS技术在港口基础设施管理中的应用[J]. 港口装卸, 2007,(04)