（1）總體設(shè)計說明書，包括系統(tǒng)目標(biāo)、總體設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計、處理方式設(shè)計、運(yùn)行設(shè)計等；
成都創(chuàng)新互聯(lián)服務(wù)項目包括洞口網(wǎng)站建設(shè)、洞口網(wǎng)站制作、洞口網(wǎng)頁制作以及洞口網(wǎng)絡(luò)營銷策劃等。多年來，我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢、行業(yè)經(jīng)驗、深度合作伙伴關(guān)系等，向廣大中小型企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案，洞口網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。目前，我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到洞口省份的部分城市，未來相信會繼續(xù)擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任！
◆引言：編寫的目的、背景、意義、參考資料
◆總體設(shè)計：需求規(guī)定、運(yùn)行環(huán)境、基本設(shè)計概念和處理流程、軟件結(jié)構(gòu)
◆接口設(shè)計：用戶接口、外部接口、內(nèi)部接口
◆運(yùn)行設(shè)計：運(yùn)行模塊組合、運(yùn)行控制、運(yùn)行時間
◆系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計：邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系
◆系統(tǒng)出錯處理設(shè)計：出錯信息、補(bǔ)救措施、系統(tǒng)恢復(fù)設(shè)計
（2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計說明書，包括所用數(shù)據(jù)庫簡介、數(shù)據(jù)模式設(shè)計、物理設(shè)計等。
（主要給出所使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS簡介，數(shù)據(jù)庫的概念模型、邏輯設(shè)計和結(jié)果。）
（3）用戶手冊，對需求分析階段編寫的初步的用戶手冊進(jìn)行審訂；
（4）制定初步的測試計劃，對測試的策略、方法和步驟提出明確的要求。
GIS設(shè)計的基本原則
基本原則
具體內(nèi)容
標(biāo)準(zhǔn)化
符合GIS的基本要求和標(biāo)準(zhǔn)；符合現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范
先進(jìn)性
硬件設(shè)備的先進(jìn)性；軟件設(shè)計的先進(jìn)性；技術(shù)方法的先進(jìn)性；管理手段的先進(jìn)性
兼容性
數(shù)據(jù)具有可交換性，選擇標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式和實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)與不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)共享
高效性
具有高效率的數(shù)據(jù)采集工藝方法和圖形處理能力、存取能力、管理能力等等
可靠性
保證系統(tǒng)正常運(yùn)行以及系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的正確性
通用性
系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織靈活，可以滿足不同應(yīng)用分析的需求
GIS設(shè)計的內(nèi)容： （一）軟件設(shè)計（二）數(shù)據(jù)庫設(shè)計
【現(xiàn)狀】
中國GIS行業(yè)發(fā)展探討與分析（轉(zhuǎn)自）
學(xué)者們都說中國GIS市場巨大，GIS產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但是我認(rèn)為，中國的GIS是彷徨的。那么，讀者一定會問為什么？
正文之前，我們先解釋什么是彷徨。彷徨指徘徊,走來走去,不知道往哪里走好；猶豫不決；沒有方向。
好，明白了什么事彷徨，讀者應(yīng)該已經(jīng)明白中國GIS事業(yè)所處的狀態(tài)了。那么開始正文部分：
首先，我們幾乎沒有前沿的自主技術(shù)（我說這話很多所謂的自主研發(fā)的GIS廠商會生氣，在此表示抱歉，良藥苦口?。。鴥?nèi)的開發(fā)市場主要分為兩股力量：1、商業(yè)二次開發(fā)；2、開源GIS的商業(yè)開發(fā)。
前一個大部分使用的是ESRI、GeoMedia、MapX，超圖（superMap，中國少有的自主研發(fā)公司）也占有一定的份額，中地（MapGIS，個人認(rèn)為中地并不是企業(yè)，而是政府機(jī)構(gòu)）、GeoBean（地網(wǎng)開發(fā)方面資料太少了，不過功能還行）等的開發(fā)集中在政府外包的項目和學(xué)?？蒲?。
后一個是雨后春筍一樣的開源掘金隊伍，發(fā)現(xiàn)了國外的開源GIS是免費(fèi)的，便用來做商業(yè)開發(fā)，成為了國內(nèi)發(fā)展較快的GIS隊伍的生力軍。的確，我就是后一個隊伍的一員，但是我心中存在淡淡的隱憂，我們不論是用人家的API還是OGC的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，都是在追著洋人的屁股跑。
其次，國內(nèi)的GIS以開發(fā)為主的情況下，并沒有出現(xiàn)能夠真正的提供GIS服務(wù)的供應(yīng)商和研發(fā)商，沒有形成產(chǎn)業(yè)循環(huán)，而只是企業(yè)內(nèi)行為，無法形成外部循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。就其原因，主要是商業(yè)項目太少并且政府項目招標(biāo)環(huán)節(jié)存在一定的“關(guān)系因素”，即招標(biāo)部門養(yǎng)著一個專門用來投標(biāo)開發(fā)的GIS開發(fā)企業(yè)，不論這樣是經(jīng)濟(jì)的還是不經(jīng)濟(jì)的，都能夠為招標(biāo)的部門謀取一定的“利潤”?？偟膩碚f，GIS還是處于事業(yè)單位的發(fā)展模式下，真正的GIS市場秩序并沒有建立起來。市場上存在大量的沒有斷奶的所謂企業(yè)，這樣企業(yè)的競爭力嚴(yán)重不足，開發(fā)創(chuàng)新精神嚴(yán)重缺乏！
第三，中國GIS應(yīng)用的民用度不高，GIS到底是發(fā)展大眾方向還是主要以承包地理信息系統(tǒng)工程項目為主業(yè)內(nèi)還存在一定的爭議。到現(xiàn)在，我們國內(nèi)也沒有出現(xiàn)真正的GIS大眾商業(yè)運(yùn)作模式，這種模式還需要繼續(xù)探索。一旦GIS產(chǎn)業(yè)發(fā)展走向大眾化，就存在產(chǎn)業(yè)泡沫的問題，例如我們年初所看到的GIS與GDP發(fā)展的互動關(guān)系。我們急需一種比較完整的商業(yè)模式來運(yùn)作GIS產(chǎn)業(yè)，而不是像“小作坊”一樣的包項目生產(chǎn)，這樣的項目不可能永遠(yuǎn)存在。
第四，政府對于GIS產(chǎn)業(yè)的政策不明朗，中央政府對于GIS的立場是支持的，但是迫于GIS項目的敏感性，所以很多的項目無法推行。地方上，各個政府機(jī)關(guān)的小利益矛盾比較尖銳，項目推行受到多方面非技術(shù)因素的影響，直接導(dǎo)致了很多的項目“流產(chǎn)”或“空殼”。從而影響了中國GIS的走向。
第五，GIS教育多而不精，缺乏實踐教育，學(xué)生畢業(yè)后就業(yè)壓力巨大，GIS市場的容量并不能消化這些畢業(yè)生，導(dǎo)致人才流失。大量的畢業(yè)生考研后繼續(xù)失業(yè)，畢業(yè)生轉(zhuǎn)行成為風(fēng)尚，甚至出現(xiàn)了學(xué)校GIS專業(yè)沒有人做GIS的尷尬情況。這導(dǎo)致了中國GIS人才的缺口增大，GIS從業(yè)者創(chuàng)新能力下降。當(dāng)然，這個問題是應(yīng)試教育引起的，也普遍的存在于其他專業(yè)！
第六，也是最關(guān)鍵的一條，就是我們正在逐漸的喪失創(chuàng)新能力，并且缺乏有效的風(fēng)險投資作為GIS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，相比于GIS來說，房地產(chǎn)、道路建設(shè)、貿(mào)易等產(chǎn)業(yè)更加實際，更加的賺錢。因此，GIS人必須尋找一種適合我們自己的融資方式和商業(yè)模式來改變這種問題。
其實不管是業(yè)界還是技術(shù)的前沿 都把gis的軟件開發(fā)策略作為一段時間或者是長期的規(guī)劃來處理 這樣基本上覆蓋了gis核心服務(wù)的模型構(gòu)架 使得服務(wù)的方向較為單一 不能很好的實行大眾化的服務(wù) 這個固然跟眼前的政府政策有很大的關(guān)系 但是業(yè)界自己的發(fā)展探尋是不是也應(yīng)該重新審視一下自己的階段成果呢！
gid在中國的發(fā)展已有二三十年了吧 不論是早期的技術(shù)引進(jìn)還是目前的自主研發(fā)（當(dāng)然研發(fā)力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國外的同行 這方面esri就是好的榜樣）都還有很大的提升空間 而有些業(yè)內(nèi)人士由于正好看好了這個態(tài)勢 也大膽猜想GIS將會滲透各個領(lǐng)域各個行業(yè) 也將是IT的另一大主流方向 這話有一定的道理 在某種程度上也能很好的體現(xiàn)GIS發(fā)展的前景
【GIS對經(jīng)濟(jì)、社會作用】
一、GIS技術(shù)的興起 為了解決人類所面臨的人口、資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等問題，協(xié)調(diào)自然與社會間的矛盾，以保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，必須采用現(xiàn)代的各種信息技術(shù)。GIS在其中發(fā)揮重要作用，而得到了各國政府和社會團(tuán)體的廣泛關(guān)注。很多國家都建立起國家性和地區(qū)性地理信息研究中心，發(fā)布有關(guān)行政法令，進(jìn)行地理信息系統(tǒng)研究，培養(yǎng)人才，以滿足地理信息系統(tǒng)迅速發(fā)展的需要。 以美國為例，1988年統(tǒng)計，84%的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)已使用和計劃使用地理信息系統(tǒng)，7萬多個地方政府機(jī)構(gòu)已建立了GIS服務(wù)系統(tǒng)。政府對地理信息產(chǎn)業(yè)的投入每年約為16.5億美元。1992年，僅美國地質(zhì)調(diào)查局的空間數(shù)據(jù)庫投入就達(dá)7.54億美元。隨著美國地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每年的應(yīng)用項目多達(dá)一萬個以上，降低成本5—10億美元，并新創(chuàng)產(chǎn)值在10億美元，并新創(chuàng)產(chǎn)值在10億美元以上。 美國總統(tǒng)克林頓于1994年4月11日簽發(fā)了“協(xié)調(diào)地理數(shù)據(jù)的獲取和使用：國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施（NSDI）”的行政命令。該行政令要求成立聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會（FGDC），發(fā)展國家地理空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)（NGDC），在FGDC組織下制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并在2000年1月完成美國的國家數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)框架（NDGDF），以支持在2000年將展開的十年一度的人口普查。 近年來，地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展極為迅速，并向著集成化和商品化發(fā)展，開始形成比較完整的地理信息產(chǎn)業(yè)。1994年，全球地理信息系統(tǒng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值已達(dá)31億美元，年增長率在35%以上。 我國是一個發(fā)展中大國，人口基數(shù)大，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)差，人均資源占有量少且地區(qū)分布不平衡，環(huán)境污染嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，長期以來對粗放型經(jīng)濟(jì)增長的追求使得我國的資源與環(huán)境問題更加惡化。中國政府充分的認(rèn)識到這種局面，于1994年出臺了《中國21世紀(jì)議程—中國21世紀(jì)人口、環(huán)境和發(fā)展白皮書》，在中國共產(chǎn)黨十四屆五中全會上把可持續(xù)發(fā)展列為基本國策之一。地理信息系統(tǒng)，作為一種空間技術(shù)，與人類的生存、地區(qū)的發(fā)展和進(jìn)步關(guān)系密切。地理信息系統(tǒng)將為人類解決全球與地區(qū)環(huán)境與發(fā)展問題，實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出重要貢獻(xiàn)。 經(jīng)過15年的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)在我國得到了很大的發(fā)展，其應(yīng)用前景與價值已得到有關(guān)部門的認(rèn)識與重視，目前開展地理信息系統(tǒng)工作的部門已超過20個。我國已建成2個地理信息系統(tǒng)國家重點實驗室，建成2個地理信息系統(tǒng)國家重點實驗室，建成國土基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)1：100萬數(shù)據(jù)庫和十多個較大規(guī)模的信息系統(tǒng)。通過“八五”國家科技攻關(guān)，地理信息系統(tǒng)技術(shù)逐漸從實驗、局部走向?qū)嵱没?、集成化和產(chǎn)業(yè)化，在重大自然災(zāi)害的監(jiān)測與評估、重要產(chǎn)糧區(qū)主要農(nóng)作物估產(chǎn)、城市交通管理等方面取得突破性進(jìn)展，產(chǎn)生了明顯的社會、經(jīng)濟(jì)效益。 地理信息系統(tǒng)的在我國的應(yīng)用雖然取得了很大成就，但與美國等先進(jìn)國家相比，在應(yīng)用的規(guī)模和深度上還存在較大的差距。中國的國民生產(chǎn)總值為4300億美元，據(jù)外商估算，1993年的GIS投入為2000萬美元，占國民生產(chǎn)總值的0.47/1000，與美國的3.3/10000相比差一個數(shù)量級。目前建立的GIS專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)大多屬面向具體項目的GIS，研究成果多，實用系統(tǒng)少，普遍存在利用綠低，效益不高，重開發(fā)輕應(yīng)用的狀況。在國產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件開發(fā)方面，也存在投資和開發(fā)力量分散、低水平重復(fù)開發(fā)普遍，開發(fā)周期長，效率低，產(chǎn)品功能雷同，商品化程度低等問題。同時在地理信息獲取方面也存在著重復(fù)投資多，信息的質(zhì)量問題也比較嚴(yán)重，信息的標(biāo)準(zhǔn)化還需進(jìn)一步加強(qiáng)等問題。 地理信息系統(tǒng)有著廣泛的社會需求和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)管理和人民生活與社會發(fā)展對地理信息產(chǎn)品和服務(wù)的需求逐步增加。一方面各級政府部門或國民經(jīng)濟(jì)管理機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)部門要求及時地了解和掌握國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展在地域空間上的運(yùn)行狀態(tài)、分布特征、資源環(huán)境條件和社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等方面的地理信息。另一方面，在商業(yè)、運(yùn)輸?shù)炔块T，為了更好的管理日常業(yè)務(wù)，并進(jìn)行各種分析評價工作，也開始使用地理信息系統(tǒng)。隨著世界性高速信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，地理信息系統(tǒng)開始進(jìn)入家庭和日常辦公場所。 今后五年以至到2000年是我國改革和發(fā)展的關(guān)鍵時期。我國經(jīng)濟(jì)將持續(xù)快速發(fā)展，基礎(chǔ)工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模展開，城市化發(fā)展加快，而人口、資源、環(huán)境壓力很大。這段時間內(nèi)，我國將實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)體制和經(jīng)濟(jì)增長方式的重要轉(zhuǎn)型和轉(zhuǎn)變。堅持可持續(xù)發(fā)展，逐步縮小地區(qū)發(fā)展差距，基本消除絕對貧困是這一時期的基本方針和任務(wù)。與此同時，面向21世紀(jì)信息時代的來臨，我們必須抓住機(jī)遇，加速國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程，在信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)方面邁出較大步伐。 這一時期也是我國GIS發(fā)展十分關(guān)鍵的時期。必須從國內(nèi)外GIS發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢出發(fā)，根據(jù)這一時期國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的要求和國情、國力，考慮這一時期我國GIS發(fā)展的規(guī)劃、戰(zhàn)略、政策和措施。遵循我國信息化建設(shè)“統(tǒng)籌規(guī)劃、聯(lián)合建設(shè)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、專通結(jié)合”的總方針，大力推進(jìn)我國GIS的實用化和產(chǎn)業(yè)化。 二、GIS在當(dāng)代學(xué)科體系中的地位 地理信息系統(tǒng)是一種特定的處理地理信息的信息系統(tǒng)，它的定義多種多樣，是一種覆蓋領(lǐng)域十分廣泛的高新技術(shù)。 地理信息，由于它具有區(qū)域性、多維性和時序性，是人類生存和社會活動中連接各種信息，形成在空間和時間上連續(xù)分布的綜合信息的基礎(chǔ)。它是解決人口、資源與環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的各種問題和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速和健康發(fā)展的基本信息手段。 地理信息系統(tǒng)所依托的學(xué)科稱為“地理信息學(xué)”（Geomatics)，它是一個現(xiàn)代的科學(xué)術(shù)語，代表了用各種現(xiàn)代化方法來采集、量測、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地理和空間分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的一門綜合和集成的信息科學(xué)，是當(dāng)前的測繪學(xué)、攝影測量與遙感、地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)、計算機(jī)圖像圖形學(xué)、衛(wèi)星定位技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。 地理信息系統(tǒng)是以上多學(xué)科集成的基礎(chǔ)平臺，用作搜集、存貯、管理和分析空間信息和數(shù)據(jù)。衛(wèi)星定位、遙感和攝影測量是是快速獲取和更新地理信息的主要手段，目前正走向全數(shù)字化道路。地圖學(xué)與圖像圖形學(xué)既用作地理信息的分析和處理，也用于地理信息成果的顯示與表達(dá)。專家系統(tǒng)的引入將力求使數(shù)據(jù)采集、更新、分析和應(yīng)用更加自動化和智能化?，F(xiàn)代通訊技術(shù)，尤其是正在興建的信息高速公路將為地理信息在各部門的傳播和應(yīng)用提供保證。因此，地理信息學(xué)的形成和發(fā)展是整個信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的一個重要組成部分，將會給相關(guān)學(xué)科的發(fā)展帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 近年來，國外一些高校開始將原來的測繪專業(yè)改為地理信息學(xué)專業(yè)，如荷蘭的ITC和香港理工學(xué)院稱Geoinformatics，加拿大的拉瓦爾大學(xué)和卡爾加里大學(xué)稱Geomatics，澳大利亞的新南威爾士大學(xué)稱為Geomatic Engineering。這標(biāo)志著地理信息學(xué)（Geomatics）作為一門科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。 對于地理信息系統(tǒng)和地理信息學(xué)在當(dāng)代學(xué)科體系中的地位還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，一般將它看做是一門跨學(xué)科的邊緣學(xué)科。 錢學(xué)森教授從八十年代出以來，一直提倡建立一門地理科學(xué)，它是自然科學(xué)與社會科學(xué)的匯合，是一門以理解和協(xié)調(diào)人地關(guān)系為最高目標(biāo)的研究作為人地系統(tǒng)的地球表層的科學(xué)，它與自然科學(xué)、社會科學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)、人體科學(xué)、美學(xué)、軍事科學(xué)、行為科學(xué)并列的一大現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)門類，它不是單一學(xué)科，而是一個學(xué)科體系。地理科學(xué)就是研究人口、資源、環(huán)境與發(fā)展的，不言而喻，地理科學(xué)將發(fā)揮主要作用。 楊開忠教授將地理科學(xué)分為四個層次：地理科學(xué)哲學(xué)、基礎(chǔ)地理科學(xué)、應(yīng)用地理科學(xué)和技術(shù)地理科學(xué)，我們略加修改，如圖1所示。 圖 1 地理科學(xué)體系圖解 地理信息學(xué)同地圖學(xué)、GPS、遙感、測繪、數(shù)量地理學(xué)同屬于技術(shù)地理學(xué)。近年來人們所關(guān)注的GIS、RS與GPS的集成的理論基礎(chǔ)也在于此，它們都是地理科學(xué)的技術(shù)支持學(xué)科，有著共同的研究對象，只有彼此結(jié)合起來，才能將研究推向深入，這是地理科學(xué)研究方法的一次質(zhì)的飛躍。地理信息系統(tǒng)為地理科學(xué)研究提供了一個現(xiàn)代化工具，使地理科學(xué)的研究從傳統(tǒng)的定性描述走向定量分析和空間分析，從簡單系統(tǒng)走向復(fù)雜系統(tǒng)，具有了更好的技術(shù)手段。 三、GIS發(fā)展的不同階段 GIS對社會發(fā)展所起的作用，與它所處的發(fā)展階段緊密相關(guān)的。一項新技術(shù)的推廣應(yīng)用都要經(jīng)過一個研究、推廣、普及的過程，其中還需多次反復(fù)，才能成功，GIS也不例外。目前來說，它仍然出于發(fā)展階段，特征在于它的基本理論及方法還出于不斷探索完善之中，有關(guān)其數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)處理方法的論文也不斷出現(xiàn)。但它的應(yīng)用早已提上日程，有關(guān)管理、教育的研究已引起人們的關(guān)注。 關(guān)于我國GIS事業(yè)的發(fā)展歷程，何建邦和蔣景瞳研究員對此做了回顧，他們認(rèn)為國際地理信息系統(tǒng)的發(fā)展開始于本世紀(jì)60年代。中國地理信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用起步較晚，從80年代初開始，已有15年的歷史。 中國科學(xué)院院士陳述彭教授在1978年杭州遙感學(xué)術(shù)討論會上，把地理信息系統(tǒng)作為一個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域分支提出，但當(dāng)時并未引起重視和討論。以它作為中國GIS事業(yè)準(zhǔn)備工作開始。根據(jù)實際發(fā)展歷程，他們建議把我國GIS發(fā)展劃分為如下階段： 1978—1980 為準(zhǔn)備階段，在我國正式提出地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域； 1980—1985 為起步階段，經(jīng)過兩年的準(zhǔn)備和辯論，終于在1980年1月19日在中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所建立了全國第一個GIS研究室。GIS正式走上研究和實驗的舞臺，在中國開始了它的發(fā)展。 1986—1995 為發(fā)展階段，從第七個五年計劃（1986—1990）開始，GIS作為政府行為，正式列入國家科技攻關(guān)計劃，開始了有計劃、有組織、有目標(biāo)的科學(xué)研究、應(yīng)用實驗和工程建設(shè)的工作。在這個發(fā)展階段內(nèi)又可劃分為兩個時期，即前五年（1986—1990）的初步發(fā)展時期和后五年（1991—1995，即第八個五年計劃期間）的加快發(fā)展時期。GIS從研究、實驗和局部應(yīng)用走向?qū)嵱没?、集成化和工程化，在國民?jīng)濟(jì)和社會保障上開始發(fā)揮重大作用，技術(shù)漸趨成熟。 1996年以后為走向產(chǎn)業(yè)化的階段。目前，中國GIS已具備產(chǎn)業(yè)化的條件，已經(jīng)造就了一批GIS專家和產(chǎn)業(yè)隊伍，形成了多個GIS研究、培訓(xùn)和數(shù)字化基地。在本世紀(jì)最后五年，GIS在中國將會正式成為一種產(chǎn)業(yè)，進(jìn)入市場，在國民經(jīng)濟(jì)和公眾生活中得到廣泛的應(yīng)用。 我國GIS正處在向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變的時期，葉嘉安教授對我國GIS產(chǎn)業(yè)化過程中所面臨的重要轉(zhuǎn)變進(jìn)行了總結(jié)，主要有以下幾點： 1、項目（資金）來源的轉(zhuǎn)變 近年來，我國GIS系統(tǒng)開發(fā)資金逐漸由以科研經(jīng)費(fèi)（國家投資）為主轉(zhuǎn)向商業(yè)投資為主轉(zhuǎn)變，投資的回報需要直接來自所開發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，這是GIS商品化的標(biāo)志，這說明GIS的技術(shù)日趨成熟，GIS進(jìn)入實際應(yīng)用階段。實際應(yīng)用部門對GIS的需求日益高漲，成了項目和資金的主要來源。 2、開發(fā)者的轉(zhuǎn)變 隨著項目性質(zhì)的變化，系統(tǒng)開發(fā)者由單純的科研人員開始向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變。開發(fā)者頭腦中的工程觀念和市場觀念、用戶觀念開始加強(qiáng)。 3、開發(fā)模式的轉(zhuǎn)變 由國家投資、科研人員設(shè)計開發(fā)，以科研機(jī)構(gòu)為主實施系統(tǒng)建設(shè)的“建設(shè)—移交”式的開發(fā)模式，轉(zhuǎn)向開發(fā)部門與用戶共同開發(fā)或用戶自行開發(fā)，而由科研技術(shù)部門提供技術(shù)支持的開發(fā)模式。 4、技術(shù)重點的轉(zhuǎn)變 系統(tǒng)功能開發(fā)由技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾枨篁?qū)動，由注重軟、硬件技術(shù)向注重管理技術(shù)和實用效益方面轉(zhuǎn)變。 5、區(qū)域尺度的轉(zhuǎn)變 受需求和資金來源引導(dǎo)，系統(tǒng)建設(shè)開始轉(zhuǎn)向國家、區(qū)域、城市和工程項目等多種尺度，其中城市地理信息系統(tǒng)在近期蓬勃發(fā)展。 6、目標(biāo)的轉(zhuǎn)變 隨著信息的社會化和產(chǎn)業(yè)化，GIS將由以面向管理決策部門的決策支持為主要目標(biāo)，轉(zhuǎn)向滿足多層次、多領(lǐng)域的廣泛的社會需求。 7、系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)變 GIS由面向項目的系統(tǒng)向面向管理的系統(tǒng)發(fā)展成為必然的趨勢。 陳子坦博士從應(yīng)用的角度將GIS分為四個層次：項目水平、部門水平、企業(yè)化水平和社團(tuán)水平。 項目GIS是GIS應(yīng)用的初級階段，用戶的目標(biāo)是完成一個特定的項目。用戶主要關(guān)心的是獲得這一項目的結(jié)論，其他與GIS相關(guān)的操作只是工具性的或中間過程。它們不能定期維護(hù)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的更新，在一個項目結(jié)束后，這個系統(tǒng)的周期也就結(jié)束了，大多數(shù)的科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)和科學(xué)家的GIS應(yīng)用正處于這一階段。 部門GIS的特點是具有一個維護(hù)良好的GIS數(shù)據(jù)庫。這一數(shù)據(jù)庫是定期更新的，并被很好的管理。從而可以用來完成一個部門、一個政府機(jī)構(gòu)和合作雙方中某一方的某些日常工作。這一部門中的用戶隨時利用最新的數(shù)據(jù)來分析和決策。目前已有數(shù)千的機(jī)構(gòu)建立了部門GIS系統(tǒng)。 企業(yè)化GIS運(yùn)行于多部門環(huán)境中，這些部門具有各自的職責(zé)和功能，他們之間共享共同的地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分享硬件、軟件系統(tǒng)資源，分享應(yīng)用模型、專家經(jīng)驗和知識。他們還要分享維護(hù)和管理這一GIS系統(tǒng)的責(zé)任。網(wǎng)絡(luò)通訊和分布式計算是支持企業(yè)化GIS的技術(shù)，所有數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資源分布于一個網(wǎng)絡(luò)上，在網(wǎng)絡(luò)上流動，供多用戶共享。企業(yè)化GIS可以幫助包括環(huán)境單位在內(nèi)的企業(yè)更有效、更有目的性的完成決策制定過程。目前大約有數(shù)百個企業(yè)化層次上的GIS運(yùn)行于政府和大公司中。 社會化GIS是GIS發(fā)展的未來層次。GIS不只是用于政府和科研機(jī)構(gòu)，而且會被社會一般公眾和團(tuán)體所接觸。人們可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)方便地獲取所需的地理信息數(shù)據(jù)，象使用字處理軟件那樣方便地使用GIS軟件。信息高速公路向社會化GIS提供技術(shù)支持。GIS系統(tǒng)將成為各種信息系統(tǒng)的一部分。GIS通過提供空間檢索功能，在幫助人們操縱大量信息方面起著重要的作用。 從上述分析可以看出：我國目前所建立的GIS系統(tǒng)大部分屬于項目GIS，只有少數(shù)的幾個系統(tǒng)屬于部門GIS，正逐漸向企業(yè)化GIS發(fā)展中。這就決定了GIS在我國社會發(fā)展中所起的作用并不是廣泛的，GIS的建立和使用，基本上是政府行為，主要是為政府部門決策服務(wù)。 四、GIS在我國社會發(fā)展中的作用 我國GIS的應(yīng)用水平，雖然與美國等發(fā)達(dá)國家相比存在較大的差距，但已經(jīng)在國民經(jīng)濟(jì)各部門中發(fā)揮了重要作用。這里，我們僅就GIS在我國應(yīng)用的幾個主要領(lǐng)域作一簡單介紹。 1、綜合減災(zāi) 我國是在世界上自然災(zāi)害類型多，發(fā)生頻繁，災(zāi)害損失最嚴(yán)重的少數(shù)國家之一，在以往的40年中，每年災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失約占國家財政收入的六分之一。近年來災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失每年約1000億元，其增長速度明顯超過全國經(jīng)濟(jì)增長，因災(zāi)人口傷亡也很嚴(yán)重。減輕自然災(zāi)害是我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的一項必不可少的工作。 減輕自然災(zāi)害是一項系統(tǒng)工程，它包括對自然災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)報、評估、防災(zāi)、抗災(zāi)、救災(zāi)、恢復(fù)、教育、保險與綜合管理，減災(zāi)的每一過程和環(huán)節(jié)都與空間的地理要素密切相關(guān)，如災(zāi)害發(fā)生的時空分布、強(qiáng)度與頻度、災(zāi)害發(fā)生地社會經(jīng)濟(jì)易損性及抗災(zāi)能力、災(zāi)害評估、災(zāi)害應(yīng)及救助措施及預(yù)案等，因而地理信息系統(tǒng)是減輕自然災(zāi)害的重要工具和手段，建立在具有龐大空間分析功能的地理信息系統(tǒng)上的減災(zāi)系統(tǒng)，才能在減災(zāi)中發(fā)揮快速、準(zhǔn)確的決策作用。 GIS在減災(zāi)中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面：1、災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)報；2、自然災(zāi)害評估，包括災(zāi)前的歷史災(zāi)害影響評價及災(zāi)情預(yù)測，實時的災(zāi)害應(yīng)急評估和災(zāi)后的災(zāi)情評定；3、救災(zāi)和抗災(zāi)；4、災(zāi)害應(yīng)急救助與救援；5、災(zāi)害保險與災(zāi)后恢復(fù)；6、災(zāi)害教育與宣傳；7、災(zāi)害管理和災(zāi)害區(qū)劃；地理信息系統(tǒng)在減災(zāi)中的應(yīng)用會越來越廣泛，盡管目前的應(yīng)用還不完善，但隨著綜合減災(zāi)研究山進(jìn)行，地理信息系統(tǒng)在該領(lǐng)域必將發(fā)揮出舉足輕重的技術(shù)支持作用。 近年來，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)在減輕自然災(zāi)害的各個環(huán)節(jié)和領(lǐng)域得到或?qū)⒌玫綉?yīng)用。在我國的各單災(zāi)種災(zāi)害研究與管理部門，已建立了若干個用于單災(zāi)種研究的災(zāi)害信息管理系統(tǒng)，國家“八五”科技攻關(guān)項目中已開展了系列的自然災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測與評估研究及相應(yīng)技術(shù)的研制，如水利部與科學(xué)院建立的實時洪水監(jiān)測及水災(zāi)風(fēng)險評估系統(tǒng)，中國科學(xué)院與國家氣象局初步建立了實時臺風(fēng)、暴雨、洪澇災(zāi)害信息及減災(zāi)系統(tǒng)，中國科學(xué)院、國家教委所屬有關(guān)科研、教學(xué)部門研制的應(yīng)急氣象衛(wèi)星對小區(qū)域自然災(zāi)害進(jìn)行應(yīng)急評估的技術(shù)系統(tǒng)；國家地震局對一些城市進(jìn)行震害預(yù)測的地理信息系統(tǒng)等。此外，GIS在人為事故的處理中也發(fā)揮了重要作用。 以重大自然災(zāi)害的監(jiān)測與評價系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)由7個子系統(tǒng)構(gòu)成，以監(jiān)測和評價洪水、干旱、林火、地震、雪災(zāi)、沙害和松毛蟲害等7種災(zāi)害為目標(biāo)，分別建成了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫、分析評價模型和試運(yùn)行系統(tǒng)，從而構(gòu)成了一個以GIS和RS技術(shù)為支撐的重大自然災(zāi)害監(jiān)測評估的集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)在監(jiān)測評估近年來發(fā)生的重大自然災(zāi)害方面發(fā)揮了重大作用。 2、政府決策 GIS對社會發(fā)展的重要意義體現(xiàn)在其可以提高管理決策的科學(xué)性及合理性，無論是中央政府，還是地方政府，其管理水平的提高與GIS等信息技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，特別是在現(xiàn)在信息社會中。 國情信息采集及管理、宏觀經(jīng)濟(jì)、社會及環(huán)境規(guī)劃、重大災(zāi)害防治等行政管理工作，在信息時代離不開GIS技術(shù)的支持，國務(wù)院綜合國情地理信息系統(tǒng)的成功運(yùn)行充分說明了這一點。它是一個融GIS與與辦公自動化為一體的空間型信息系統(tǒng)，它以國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、政務(wù)數(shù)據(jù)和國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，旨在為國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)研建一個以高新技術(shù)為支撐的宏觀分析決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)在國務(wù)院辦公廳運(yùn)行后，使得中央各部門的決策者門十分方便的查詢所感興趣的信息，方便了管理工作，一期工程的應(yīng)用推動了省級GIS的建設(shè)。另一方面，GIS技術(shù)的發(fā)展還將成為未來國家級信息高速公路的一個重要組成部分，在信息高速公路的支持下，GIS對國家級的管理工作將具有更大的作用。 遼寧省國土資源信息系統(tǒng)是一個多要素多層次的空間型地理信息系統(tǒng)，是全國第一個省級地理信息系統(tǒng)，旨在為遼寧省政府機(jī)關(guān)提供一個用于對國土資源進(jìn)行分析評價和規(guī)劃應(yīng)用的輔助工具。該系統(tǒng)在運(yùn)行中，管理國土工作常用的數(shù)據(jù)，向有關(guān)部門提供信息服務(wù)，進(jìn)行了沈陽市土地利用潛力評價和土地利用適宜性評價、遼寧省鋼鐵工業(yè)布局分析、本溪縣水庫淹沒區(qū)分析等，為遼寧省的國土規(guī)劃研究和編制提供了有力的科學(xué)依據(jù)。 中科院遙感所進(jìn)行了“區(qū)域可持續(xù)發(fā)展決策支持系統(tǒng)的研究，建立了水資源、社會、經(jīng)濟(jì)決策支持模型和土地利用動態(tài)監(jiān)測模型、土地人口承載力模型、人口預(yù)測評價模型、可持續(xù)發(fā)展動態(tài)規(guī)劃模型等。以農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為中心建立了遙感動態(tài)監(jiān)測、分析評價、預(yù)測預(yù)警、管理規(guī)劃與決策的完整體系，并進(jìn)行了宏觀規(guī)劃、中觀管理、微觀工程決策三個層次的實驗。隨著研究的進(jìn)一步深入和完善，類似的系統(tǒng)將在政府部門決策中發(fā)揮重要作用。 3、市政管理 城市歷來是政治、經(jīng)濟(jì)、文化活動的中心，隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，城市在我國國民經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，城市化所引起的一系列環(huán)境、生態(tài)、建設(shè)、管理等問題日益突出。城市是一個復(fù)雜的開放的空間系統(tǒng)，如果沒有地理信息系統(tǒng)的支持，很難對城市進(jìn)行有效的管理。 最近幾年，城市地理信息系統(tǒng)在我國得到了蓬勃發(fā)展。深圳、北京、上海、廈門、?？?、北海等大城市和沿海經(jīng)濟(jì)開放城市先后建立了城市地理信息系統(tǒng)。應(yīng)用于城市資源、環(huán)境、交通、人口、土地管理、公共事業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施、商業(yè)、旅游等領(lǐng)域，是發(fā)展最快的地理信息系統(tǒng)。 4、科學(xué)研究與教育 目前我國建立的地理信息系統(tǒng)，大部分是由科研單位和大學(xué)研究機(jī)構(gòu)建立的，與科研和教育關(guān)系密切。通過這些系統(tǒng)的建立，使我們對GIS的認(rèn)識逐漸深入，技術(shù)日趨成熟，培養(yǎng)了大批的不同層次的GIS研究開發(fā)人員，普及了GIS的知識，為我國GIS事業(yè)的產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的基礎(chǔ)。同時建立的一些GIS系統(tǒng)對后續(xù)系統(tǒng)的完善提供了技術(shù)規(guī)范，并為后續(xù)系統(tǒng)和其它科學(xué)研究提供了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。特別是國家測繪局建立的國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，發(fā)揮了重要的示范作用。 5、其它 地理信息系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷深入，如農(nóng)作物估產(chǎn)、軍事指揮、投資環(huán)境評價等。如重點產(chǎn)糧區(qū)主要農(nóng)作物估產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以估算松遼平原、黃淮海平原、江漢平原和太湖流域的玉米、小麥和稻米的產(chǎn)量為目標(biāo)，綜合利用GIS和RS技術(shù)與野外調(diào)查相結(jié)合，提出了上述農(nóng)作物播種面積的估算方法，建立了各自的單產(chǎn)模型，經(jīng)過多次完善和多級集成，建成的重點產(chǎn)糧區(qū)農(nóng)作物估產(chǎn)的信息系統(tǒng)。 地理信息系統(tǒng)在我國經(jīng)過15年的發(fā)展已經(jīng)在國民經(jīng)濟(jì)各部門中發(fā)揮著越來越重要的作用，從它的應(yīng)用領(lǐng)域來看，幾乎是無所不包的。
基金項目：國家杰出青年基金項目（40225006），國家教育部重點項目（010886），南京大學(xué)985工程項目。
索文斌 王寶軍 施斌 劉杰
（南京大學(xué)地球科學(xué)系地球環(huán)境計算工程研究所，南京，210093）
【摘要】BOTDR是一種新型的分布式光纖傳感監(jiān)測技術(shù)，其分布式、高精度、長距離、實時性、遠(yuǎn)程控制等特點，已逐漸受到工程界的廣泛關(guān)注。由于監(jiān)測是分布式的，所以得到的數(shù)據(jù)與地理位置具有重要的相關(guān)性。結(jié)合工程實踐中遇到的具體問題，研發(fā)了一套基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)。本文重點論述系統(tǒng)的設(shè)計要求，包括設(shè)計目標(biāo)、技術(shù)框架和特色功能。結(jié)合某隧道 BOTDR監(jiān)測工程開發(fā)的一套相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結(jié)果的可視化、監(jiān)測信息的對比查詢等功能，是一套集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】BOTDR GIS 分布式光纖傳感器 監(jiān)測系統(tǒng)
1 引言
光纖傳感技術(shù)以其良好的耐久性、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合于在惡劣環(huán)境中長期工作等優(yōu)點受到越來越多的工程建設(shè)者和科研人員的重視[～3]。BOTDR(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer）布理淵光時域反射計，作為新型的分布式傳感技術(shù)，逐漸得到工程界的認(rèn)可。日本、加拿大、瑞士等國已成功地將該技術(shù)應(yīng)用到水壩、樁基、邊坡、堤岸等工程的監(jiān)測中[～3]。我國自2001年由南京大學(xué)地球環(huán)境計算工程研究所率先從日本引進(jìn)該技術(shù)以來，開展了大量的室內(nèi)外實驗研究，并成功地完成了多個工程項目，取得了一系列重要的研究成果[4-7]。
在具體應(yīng)用中，BOTDR所提供的監(jiān)測結(jié)果存在諸如直觀表現(xiàn)差、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和空間定位困難、綜合管理功能弱等方面的缺陷，未經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)的工程技術(shù)人員，很難讀懂 BOTDR的監(jiān)測結(jié)果，后期成果處理也非常繁瑣。本文針對大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測領(lǐng)域存在的數(shù)據(jù)分析與管理中存在的不足，提出了一套比較切合工程實際的解決方案，并結(jié)合具體工程實例設(shè)計和開發(fā)了一套應(yīng)用系統(tǒng)。實踐表明，該系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結(jié)果的可視化顯示以及監(jiān)測信息的對比查詢等功能。
2 問題的提出
2.1 BOTDR的監(jiān)測原理[1]
激光在光纖中傳播時，光波與光聲子相互作用即會產(chǎn)生布理淵散射光。當(dāng)環(huán)境溫度的變化量不大（T≤5°）時，布理淵光頻率漂移量（vB）與光纖所受的應(yīng)變量（ε）成正比，其關(guān)系式如下式所示：式中：υB（ε）表示光纖受到ε應(yīng)變時的布理淵頻率漂移量；υB(0）表示光纖不受應(yīng)變時的布理淵頻率漂移量；
為比例系數(shù)，約為0.5GHz；ε為光纖的實際應(yīng)變量。
地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)方法論文集
為了得到沿光纖分布的應(yīng)變信息，只需測量沿光纖分布的布理淵頻率漂移量的變化情況，沿光纖距離光源為Z長度的點可由下式求得：
地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)方法論文集
式中：c為光速，n為光纖折射率，T為自激光發(fā)射與接收到布理淵散射光所經(jīng)歷的時間。
監(jiān)測原理如圖1所示。
圖1 BOTDR的應(yīng)變監(jiān)測原理圖
2.2 BOTDR在結(jié)果表現(xiàn)上存在的問題
在實際工程應(yīng)用中，根據(jù)工程實際情況的不同，可按照不同的黏著方式將傳感光纖粘貼在所需監(jiān)測結(jié)構(gòu)（或材料）的表面，從而獲得被粘貼結(jié)構(gòu)（或材料的）沿光纖的徑向應(yīng)變分布信息。但 BOTDR所提供的監(jiān)測結(jié)果存在以下幾個方面的缺陷：
（1）海量數(shù)據(jù)的綜合管理缺陷。BOTDR提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)是沿光纖徑向的每一點的應(yīng)變信息（點之間的間距和儀器的距離分解度相關(guān)），而這些點的應(yīng)變信息是以數(shù)據(jù)點的形式給出的，造成原始數(shù)據(jù)繁多復(fù)雜。
（2）實際里程與監(jiān)測結(jié)果的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)問題。分布式光纖傳感器在實際鋪設(shè)過程中，出于定位需要，經(jīng)常預(yù)留一些冗余光纖，為了將所測得的應(yīng)變量和實際的光纖里程對應(yīng)起來，必須獲得發(fā)生應(yīng)變部位距離光纖光源的實際里程，而 BOTRD提供的監(jiān)測里程是光纖的實際長度（包括冗余部分），并不是工程實際里程，也就是說監(jiān)測結(jié)果與實際里程之間存在數(shù)據(jù)配準(zhǔn)問題。
（3）監(jiān)測結(jié)果的直觀表現(xiàn)不佳。BOTDR原始監(jiān)測系統(tǒng)并不提供閾值設(shè)定功能，即對于特定的工程而言，我們必須人為地設(shè)定閾值尋找應(yīng)變異常信息。
（4）實測數(shù)據(jù)影響因子多。BDTOR監(jiān)測結(jié)果是在諸如溫度影響在內(nèi)的多種因子的影響下測得的數(shù)據(jù)，未經(jīng)處理的實測數(shù)據(jù)可信度差。
（5）缺乏面向最終用戶的監(jiān)測數(shù)據(jù)。BOTDR監(jiān)測結(jié)果是未經(jīng)配準(zhǔn)和處理的純文本文件，這些數(shù)據(jù)并不是面向最終用戶，而是面向具有 BOTDR操作經(jīng)驗的科研人士，也就是說未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)的工程技術(shù)人員很難讀懂 BOTDR的原始成果。
3 基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
3.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)
針對上述所存在的問題，基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該遵循以下的總體設(shè)計目標(biāo)：
（1）完成對所監(jiān)測工程的日常健康診斷，分析工程安全性。以應(yīng)變分析為核心，建立工程安全評價體系，完成對影響規(guī)劃、管理、決策及科學(xué)研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存更新、查詢檢索、智能評價、統(tǒng)計分析、類比判別和制圖制表等任務(wù)，提高工程管理質(zhì)量和效率。
（2）利用BOTDR提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)處理后再配合工程實地調(diào)查數(shù)據(jù)，完成以工程質(zhì)量為目標(biāo)的各項監(jiān)測工作。應(yīng)用橫向縱向兩方面類比模式監(jiān)測工程安全性，即利用不同光纖反饋回來的數(shù)據(jù)，以及同一根光纖不同時間測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行類比分析，得出工程可信的結(jié)果。
3.2 系統(tǒng)技術(shù)框架
結(jié)合目前GIS的發(fā)展趨勢，并考慮工程實際的可操作性，系統(tǒng)應(yīng)用ESRI公司提供的MapOb-jects組件，在Visual Basic 6.0環(huán)境下開發(fā)了以組件式GIS為核心的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的技術(shù)框架如圖2所示：
圖2 系統(tǒng)技術(shù)框架圖
從圖2的技術(shù)框架圖中可以直觀地看出，系統(tǒng)設(shè)計以各種不同用戶的需求作為指導(dǎo)，并在開發(fā)中通過信息反饋不斷更新和完善系統(tǒng)功能及工作模式。系統(tǒng)以基礎(chǔ)地理及屬性數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)利用GIS的開發(fā)實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的提取，結(jié)合光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)以及可視化表示，以不斷更新和完善的管理與決策數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)科學(xué)決策，構(gòu)建集基礎(chǔ)功能、智能分析、決策管理于一體的多功能系統(tǒng)。
3.3 系統(tǒng)的功能與特色
基于GIS的大型工程分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)基本實現(xiàn)了如圖3所示功能。
從圖3可以看出，該系統(tǒng)基本上可以解決工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結(jié)果的可視化顯示、監(jiān)測結(jié)果的智能化分析，是一個以工程應(yīng)用為目標(biāo)，以監(jiān)測結(jié)果為核心的多功能管理與智能化分析系統(tǒng)。
（1）圖層控制：系統(tǒng)加載多個圖層（ESRI的Shape文件、AutoCAD的DXF文件或圖像文件JPG、BMP、GIF、TIF等）。在使用中用戶可以通過圖層控制圖層是否可見、圖元顏色、可視化范圍、圖層順序等，以便于對特定圖層進(jìn)行瀏覽。
圖3 系統(tǒng)的功能與特色
（2）視圖控制：系統(tǒng)提供圖像的放大、縮小，全局顯示、局部顯示，漫游等基本功能。
（3）動態(tài)標(biāo)注：系統(tǒng)實現(xiàn)了空間任意位置的動態(tài)跟蹤標(biāo)注。用戶點擊鼠標(biāo)后可隨時獲得鼠標(biāo)所在位置的屬性信息。
（4）數(shù)據(jù)維護(hù)：用戶可以選擇兩種不同方式查詢、檢索、更改數(shù)據(jù)，提供完善的從圖到屬性和從屬性到圖的數(shù)據(jù)查詢、檢索、更改方式。
（5）繪圖功能：系統(tǒng)提供自助的繪圖方式，用戶可按照自己的想法和要求新建圖層或者在原圖上自行繪制圖形，并根據(jù)程序提供的屬性表為數(shù)據(jù)添加屬性。
（6）元素選?。合到y(tǒng)能夠識別圖中選取的元素，通過線、矩形、區(qū)域、多邊形、圓來拾取物體，并顯示拾取元素的屬性數(shù)據(jù)。當(dāng)選中特定位置的光纖時，光纖以閃爍3次來回應(yīng)用戶選中的光纖。
除上述功能之外，鑒于分布式光纖監(jiān)測的工程特點，本系統(tǒng)還具備以下幾個特色功能：
（1）數(shù)據(jù)分析：系統(tǒng)以繪制專題應(yīng)變曲線圖的方式提供數(shù)據(jù)分析功能。通過 BOTDR實測數(shù)據(jù)，繪制光纖應(yīng)變曲線專題圖，根據(jù)不同的閾值設(shè)置不同顏色的應(yīng)變曲線圖。
（2）數(shù)據(jù)配準(zhǔn)：在實測數(shù)據(jù)與工程實際里程之間，根據(jù)實際工程光纖鋪設(shè)的特征數(shù)據(jù)信息（光纖定位信息），系統(tǒng)提供一個精確的配準(zhǔn)模塊，誤差小，應(yīng)用性強(qiáng)。
（3）圖例顯示：系統(tǒng)提供獨(dú)特的圖例，便于工程管理。如，實際工程若鋪設(shè)5根光纖，并且光纖鋪設(shè)在不同墻面，采取二維示意圖顯示，可以繪制不同的圖例顯示，用以區(qū)別不同墻面鋪設(shè)的不同光纖。
（4）對比查詢：系統(tǒng)提供了由系統(tǒng)操作主界面至應(yīng)變曲線繪制界面的對比查詢方式，用戶可選則從圖到曲線或從曲線到圖的兩種方式進(jìn)行結(jié)果查詢，這樣，工程監(jiān)測的質(zhì)量和效率就大大提高了。
4 工程應(yīng)用實例
4.1 工程概況
某隧道工程是一湖底隧道，全長約2.56km，其中湖底隧道長約1.66km，為雙向六車道，三箱室結(jié)構(gòu)形式，其中左右兩個箱式為車行道，中間箱室為凈寬3m的管廊與檢修通道。隧道設(shè)計寬約32m，凈空高度4.5m，設(shè)計車速為60km/h。
2002年7月，隧道項目指揮部經(jīng)反復(fù)調(diào)研和論證后，決定采用BOTDR技術(shù)進(jìn)行隧道整體變形監(jiān)測。2002年11月～12月，項目組完成了傳感光纖鋪設(shè)，鋪設(shè)情況如圖4所示，并分階段對隧道變形進(jìn)行監(jiān)測。2003年1月～4月，為施工監(jiān)測階段，2003年5月通車后至9月為常規(guī)監(jiān)測階段。施工監(jiān)測階段主要進(jìn)行由于后期施工對隧道變形的影響以及隧道箱體接縫變形監(jiān)測，監(jiān)測頻率為2天/次。常規(guī)監(jiān)測階段主要進(jìn)行通車條件下隧道穩(wěn)定性監(jiān)測，監(jiān)測頻率3～5次/周。
圖4 某隧道光纖總體平面布置圖
4.2 隧道工程監(jiān)測數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)實現(xiàn)
4.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)包括施工區(qū)域圖、隧道信息、光纖鋪設(shè)信息、光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)等四大類。這四類數(shù)據(jù)既包含了空間信息數(shù)據(jù)又包含了屬性數(shù)據(jù)，是構(gòu)成系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，又是系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析和管理的前提。
（1）施工區(qū)域圖。主要提供隧道基本信息與周邊環(huán)境狀況，用以確定施工地理信息、施工線路等，為繪制隧道二維示意圖提供標(biāo)準(zhǔn)。
（2）隧道信息。主要提供隧道縱剖面、橫剖面信息。橫剖面信息用于了解光纖鋪設(shè)里程和方位，縱剖面信息主要用于掌握具體施工操作面，為準(zhǔn)確繪制隧道二維示意圖做數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
（3）光纖鋪設(shè)信息。主要提供傳感光纖鋪設(shè)信息。擬鋪設(shè)的5條傳感光纖處在隧道南洞、北洞不同的墻面上，每條光纖的實際鋪設(shè)長度與工程里程必有誤差，通過在鋪設(shè)過程中了解光纖定位信息，為數(shù)據(jù)配準(zhǔn)模塊提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
（4）光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)。主要指 BOTDR實測應(yīng)變數(shù)據(jù)，這些實測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、閾值設(shè)定等系統(tǒng)轉(zhuǎn)換處理后，將得到精確的隧道不同位置的應(yīng)變信息。
4.2.2 系統(tǒng)工作流程
數(shù)據(jù)管理與分析是該系統(tǒng)的核心組成部分，是得到精確工程監(jiān)測信息的重要組成部分。數(shù)據(jù)管理與分析主要靠以下流程來實現(xiàn)：
步驟一：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
將BOTDR實測數(shù)據(jù)以＊.txt文件存放到指定位置，以備數(shù)據(jù)處理調(diào)用。
步驟二：選擇光纖
在5根鋪設(shè)的光纖中，在主操作界面中點擊所需監(jiān)測光纖，即完成所需光纖的選擇，點擊所選光纖時，與之相對應(yīng)的系列在后臺被調(diào)入。
步驟三：選擇系列
所謂系列，就是不同時間監(jiān)測的不同光纖的應(yīng)變信息和數(shù)據(jù)配準(zhǔn)信息。選擇系列操作包括調(diào)入監(jiān)測數(shù)據(jù)，選擇數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，設(shè)置隧道變形閾值等。
步驟四：應(yīng)變分析
進(jìn)行系列選擇之后，選擇繪制曲線，系統(tǒng)即在新窗口繪制出經(jīng)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的隧道整體應(yīng)變分析圖。
除上述主要數(shù)據(jù)管理與分析功能之外，系統(tǒng)還設(shè)置了分段管理與分析的功能，即通過對所需監(jiān)測段進(jìn)行設(shè)置起點、設(shè)置終點操作，進(jìn)行局部數(shù)據(jù)的管理與分析。另外，系統(tǒng)還提供了由圖到曲線（或曲線到圖）的對比查詢方式，選擇圖到曲線（或曲線到圖）的菜單項之后，圖和曲線完美地對應(yīng)起來，并提供了閾值設(shè)定功能，做到自動預(yù)警，避免人為干擾。圖5至圖7顯示了系統(tǒng)數(shù)據(jù)與管理功能的操作界面，其中，圖5為數(shù)據(jù)分析界面，圖6為選擇系列界面，圖7為隧道應(yīng)變分析曲線界面。
圖5 數(shù)據(jù)分析界面圖
圖6 選擇系列界面
圖7 隧道應(yīng)變分析曲線界面
5 結(jié)語
綜上所述，應(yīng)用GIS管理分布式光纖監(jiān)測工程可實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效管理。GIS以其獨(dú)特的數(shù)據(jù)管理、查詢、檢索、分析模式成為工程管理的首選。它的海量數(shù)據(jù)分層管理、數(shù)據(jù)結(jié)果的可視化表現(xiàn)、實現(xiàn)雙向查詢、面向最終用戶的特點更顯示其理想的工程管理能力。具體的說，系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
（1）系統(tǒng)改善了BOTDR原系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的綜合管理模式，結(jié)果顯示更加清晰直觀。
（2）系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、閾值管理等模塊，監(jiān)測結(jié)果可直接應(yīng)用，避免了人為判別的誤差，提高了工作效率。
（3）系統(tǒng)采用可視化顯示，面向最終用戶，無須對具體工程監(jiān)測人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)。
（4）系統(tǒng)實現(xiàn)了工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與管理、監(jiān)測結(jié)果的可視化顯示、監(jiān)測信息的對比查詢等功能，是一個集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統(tǒng)。
本系統(tǒng)以具體工程為實例，具有更加科學(xué)、高效、直觀、方便等優(yōu)點，并減少了BOTDR監(jiān)測結(jié)果的后期人為干擾，使得測試結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確，有利于科學(xué)管理和提高效率。
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