武漢市城市管線規(guī)劃管理一張圖建設(shè)研究

彭 兵，甄云鵬，楊曉東

（1.廣東省測繪技術(shù)公司，廣東 廣州 510075；2.武漢市勘測設(shè)計研究院，湖北 武漢 430022）

城市地下管線就像人體內(nèi)的“血管”和“神經(jīng)”，被人們稱為城市的“生命線”。但是，由于諸多原因，基于普查數(shù)據(jù)建立的管線平臺在信息共享和實際應用方面還不是很理想。本文以武漢市為例，針對現(xiàn)階段我國部分城市管線信息存在的問題，從平臺整體設(shè)計、數(shù)據(jù)體系建設(shè)、功能設(shè)計等3個方面介紹了武漢市管線規(guī)劃管理一張圖建設(shè)的情況，并詳細闡述了系列比例尺地圖編制、地圖服務(wù)Cache創(chuàng)建、空間數(shù)據(jù)與全景數(shù)據(jù)坐標匹配等技術(shù)的實現(xiàn)。

1 需求分析

1.1 數(shù)據(jù)需求

武漢市通過開展“十五”、“十一五”管線普查、加強市政放驗線和管線竣工驗收以及完善相關(guān)管線各層次規(guī)劃編制等工作，市國土規(guī)劃局積累了大量的管線數(shù)據(jù)成果。這些現(xiàn)狀、規(guī)劃、審批類管線信息是城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的重要依據(jù)，但也存在著分散管理、標準不一、無法完全共享等問題，其指導和規(guī)范城市市政建設(shè)管理的作用還無法完全發(fā)揮。需要建立一個統(tǒng)一的、標準的管線數(shù)據(jù)庫體系，匯集分散在各個管理單位保存的各類管線數(shù)據(jù)信息，消除管線數(shù)據(jù)分人、分類、分散的現(xiàn)象，努力實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)和更新，建立市政管線信息的現(xiàn)狀、規(guī)劃、審批“一張圖”。

1.2 功能需求

需要建立一個平臺為領(lǐng)導決策服務(wù)、為日常規(guī)劃審批工作服務(wù)、為管線權(quán)屬和建設(shè)單位應用。平臺應該具備各類管線現(xiàn)狀、規(guī)劃及審批數(shù)據(jù)快速直觀的瀏覽查詢功能、統(tǒng)計報表功能、快速定位功能、比對分析功能以及輔助規(guī)劃綜合設(shè)計功能等。

2 一張圖的建設(shè)

2.1 平臺整體設(shè)計

武漢市管線規(guī)劃管理一張圖以3S技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，實現(xiàn)多源、多尺度、多時態(tài)空間信息的集成和各種專題管線信息的疊加、共享、應用，構(gòu)建分布式的地理信息應用環(huán)境，提供管線信息的檢索查詢、地圖瀏覽、輔助規(guī)劃審批、空間定位和信息集成等功能，為政府輔助決策、重大工程建設(shè)和社會各界提供管線信息服務(wù)。管線一張圖平臺由管線信息采集建庫與更新層、管線信息數(shù)據(jù)庫層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層4個體系組成，如圖1所示。

圖1 管線一張圖總體構(gòu)架圖

2.2 數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)

本著“從無到有、從有到全”的原則，充分利用城市地下管線普查成果，搜集其他相關(guān)專業(yè)管線信息資源，從真正意義上將現(xiàn)狀（地上地下）、規(guī)劃、審批、放驗線、竣工驗收及歸檔的管線信息與相關(guān)市政附屬設(shè)施整合起來，形成管線信息資源目錄體系。全市管線信息資源通過一張圖平臺匯集，實現(xiàn)信息的高度集成和立體展現(xiàn)，發(fā)揮集約效應，提升信息化應用水平，促進城市市政管線規(guī)劃建設(shè)的精細化管理。

2.2.1 數(shù)據(jù)庫分類

數(shù)據(jù)庫建設(shè)按用途分為基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)庫和專題管線數(shù)據(jù)庫。基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)主要是用作專題數(shù)據(jù)的背景參照，專題管線數(shù)據(jù)主要是支持系統(tǒng)正常運行的和實際業(yè)務(wù)有關(guān)的各類管線專題信息（見圖2）。

圖2 數(shù)據(jù)庫按用途分類圖

2.2.2 數(shù)據(jù)庫的命名

數(shù)據(jù)庫按照通俗性、可識別性、科學性的原則來命名。數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表名稱都以中文名稱來命名，由于整個平臺數(shù)據(jù)是由專題數(shù)據(jù)和背景組成，所以采用了以“基礎(chǔ)、專題”名稱來命名數(shù)據(jù)庫的方式，數(shù)據(jù)表名稱在系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式為“數(shù)據(jù)庫名稱.數(shù)據(jù)表名稱”，便于區(qū)分和識別數(shù)據(jù)庫，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫命名

2.3 功能設(shè)計

2.3.1 管線集成管理子系統(tǒng)

管線集成管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)各類管線數(shù)據(jù)資源的入庫整合，是集成和更新管線各類資源的平臺。主要用戶是系統(tǒng)管理維護人員和數(shù)據(jù)更新維護人員。

2.3.2 管線輔助審批子系統(tǒng)

管線在規(guī)劃、設(shè)計、報建、施工、竣工驗收及歸檔過程中，中間環(huán)節(jié)多，管理任務(wù)重，工作量龐大和繁雜。管線輔助審批子系統(tǒng)能夠?qū)崟r查看全市管線規(guī)劃、現(xiàn)狀鋪設(shè)情況，以審批項目為核心，靈活查看報批項目的設(shè)計、審批、放驗線、竣工驗收、歸檔等各個環(huán)節(jié)的情況，滿足管線規(guī)劃建設(shè)管理的需求。該系統(tǒng)的主要用戶是市政審批日常工作人員。

2.3.3 管線專業(yè)共享子系統(tǒng)

由于眾多原因，管線專業(yè)共享子系統(tǒng)一方面能夠滿足專業(yè)管線單位實時查看管線信息的需求；另一方面，可以根據(jù)各單位需要，擴展系統(tǒng)，將綜合地下管線信息資源和專業(yè)管線的信息資源集成起來，避免了各專業(yè)管線單位由于無法掌握同一路段或區(qū)域其他類管線的埋設(shè)情況而造成管線鋪設(shè)打架、施工挖斷管線的現(xiàn)象。該系統(tǒng)的主要用戶是各專業(yè)管線權(quán)屬單位和相關(guān)單位。

3 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

3.1 系列比例尺地圖編制

3.1.1 編制比例尺

一張圖主要將地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和管線規(guī)劃編制數(shù)據(jù)、管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等專題數(shù)據(jù)，通過ArcGIS系列軟件制作成各級比例尺地圖并發(fā)布應用。在滿足相關(guān)地圖制圖規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，保證圖面效果美觀，表現(xiàn)形式正確。在確保各套比例尺地圖之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)的前提下，結(jié)合全市市域面積和日常實際規(guī)劃管理工作需要，確定一張圖按10個比例尺分級組織，每一級別考慮地圖的載負量和美觀需求，顯示適宜的地圖要素細節(jié)，具體級別劃分如表2所示。

表2 比例尺級別劃分列表

3.1.2 編制內(nèi)容

小比例尺圖主要反映城市的宏觀地理面貌，突出城市的基本結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容為行政區(qū)、風景區(qū)、水系、居民地、道路、境界、景點、山體、結(jié)合表、城市總規(guī)、管線專項規(guī)劃、管線控規(guī)等。大比例尺圖主要反映城市的中觀和微觀地理面貌，突出城市的細部結(jié)構(gòu)和用戶感興趣的專題信息，主要內(nèi)容為道路、房屋、水系、居民地、境界、綠化、地名地址、結(jié)合表等基本內(nèi)容和規(guī)劃道路、管線修規(guī)、管線現(xiàn)狀綜合圖、管線審批信息等專題內(nèi)容，以供用戶快速定位查詢、瀏覽和輔助審批等。

3.1.3 地圖更新方式

市政管線最大的特點就是大多數(shù)管線為配套道路所建設(shè)，所以管線一張圖中道路及道路兩側(cè)相關(guān)地形的現(xiàn)勢性和準確性至關(guān)重要。因此，根據(jù)用戶對數(shù)據(jù)的關(guān)心和應用程度來制定一張圖地圖更新方式和周期。專題數(shù)據(jù)信息即各類規(guī)劃、現(xiàn)狀管線信息以及道路信息保證隨時更新；其他相對變化較緩慢的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，采取定期更新方式。

3.2 地圖服務(wù)Cache的創(chuàng)建

3.2.1 ArcGIS Server Cache的創(chuàng)建

一張圖通過ArcGIS Server 創(chuàng)建的服務(wù)來實現(xiàn)遠程調(diào)用數(shù)據(jù)，它解決了遠程用戶調(diào)用大容量數(shù)據(jù)困難的問題，使得遠程用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用和查看主機服務(wù)器的數(shù)據(jù)。但是這種方法調(diào)用數(shù)據(jù)時速度不是很快，通過創(chuàng)建Cache 可以進一步提高數(shù)據(jù)調(diào)用的速度，從而提高系統(tǒng)的性能。創(chuàng)建Cache 實際上就是根據(jù)所創(chuàng)建的級別，將各個級別所對應的影像保存為指定的圖片格式（如png8、png24、png32、JPEG等），用戶在調(diào)用數(shù)據(jù)的時候?qū)嶋H上調(diào)用的是這些指定格式的圖片，從而大大提高了數(shù)據(jù)讀取的速度而不影響數(shù)據(jù)的使用。武漢市管線規(guī)劃管理一張圖地圖的Cache創(chuàng)建目錄如圖3所示。

圖3 ArcGIS Server Cache存儲目錄

3.2.2 ArcGIS Server Cache方式選擇

一張圖原始數(shù)據(jù)存儲相當龐大，Cache的創(chuàng)建過程比較慢，所做的Cache 大小會是原始數(shù)據(jù)的很多倍，使用Cache 來提高數(shù)據(jù)調(diào)用的速度其實就是通過消耗硬盤空間來降低數(shù)據(jù)讀取時間的過程。Cache有2種方式：一種是Fused，即所有圖層合在一起進行再切片，這樣做出的Cache不能按需顯示關(guān)閉圖層、選擇要素、調(diào)整標注等；另一種是Multi-layer，即分別對每一個圖層進行切片，分別傳到客服端后進行疊加顯示，這樣做出的Cache能進行上面的一些操作，但如果圖層數(shù)比較多時這種方式就會失去Cache的優(yōu)點，因為分別切片后在客服端來進行疊加會花費很多時間。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，使用緩存地圖服務(wù)最大的好處是可以動態(tài)地改進客戶端來顯示復雜的地圖所花費的時間，其獲取和顯示地圖時僅受到其聯(lián)系的帶寬的限制，消除了需要犧牲圖像質(zhì)量來換取顯示的代價。綜上所述，我們將需要實時更新的管線專題數(shù)據(jù)信息不做Cache，更新慢的基礎(chǔ)地理信息做Cache，從而既不影響平臺運行速度，也不影響平臺的地圖效果。

3.3 空間數(shù)據(jù)與全景數(shù)據(jù)坐標匹配

想要充分利用全景數(shù)據(jù)，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與全景數(shù)據(jù)的同步漫游，就必須保證賦予全景數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相同的坐標系或者將兩者同時轉(zhuǎn)換成相同的坐標系。

武漢市全景地圖數(shù)據(jù)模型采用面向段對象的方法設(shè)計，其存儲結(jié)構(gòu)和查詢方法見圖4。根據(jù)路口位置信息將路網(wǎng)分割成一個個的線段，以段為對象設(shè)計數(shù)據(jù)模型。當全景采集設(shè)備沿著道路勻速移動時，搭載的攝像機會對道路前后左右上下各個方向進行全方位掃描和攝錄，同時把采集到的數(shù)據(jù)信息傳送到搭載的計算機上進行儲存。在這一過程中，該平臺通過GPS、慣性導航等技術(shù)和設(shè)備，對車輛運行的軌跡、車輛所在的經(jīng)緯度和時間進行準確定位，從而獲得準確的近景遙感測量數(shù)據(jù)，即為相片賦予坐標。

圖4 武漢市全景地圖數(shù)據(jù)模型在地下管線一張圖信息化建設(shè)中的應用

由于GPS接收的定位數(shù)據(jù)是基于WGS84坐標系的，因此WGS84坐標系確定為空間數(shù)據(jù)和全景數(shù)據(jù)的共同坐標系，通過統(tǒng)一采用WGS84坐標系來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和全景數(shù)據(jù)的坐標匹配。

4 結(jié) 語

武漢管線規(guī)劃管理一張圖充分整合了城市規(guī)劃和現(xiàn)狀管線等專題信息和相關(guān)基礎(chǔ)地理信息，將全景地圖數(shù)據(jù)運用于規(guī)劃審批管理工作中，指定了專職部門負責數(shù)據(jù)維護更新和平臺信息化開發(fā)，在不損失各方利益和信息保密的前提下，集中管理，按權(quán)共享，初步實現(xiàn)了管線信息平臺的共建、共享和共用。隨著測繪信息公開、共享相關(guān)法律的完善、政府財政的加大投入和城市網(wǎng)絡(luò)的健全發(fā)展，一張圖的應用前景會越來越廣闊。

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