昆明市地下管線信息化建設(shè)歷程及思考

周京春，侯至群，尚劍紅

(1.昆明市城市地下管線探測管理辦公室，云南昆明650041;2.沈陽金建數(shù)字城市軟件有限公司，遼寧沈陽110179)

一、引 言

近年來，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展和自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，城市基礎(chǔ)設(shè)施的狀況已慢慢進(jìn)入了公眾的視線，而城市地下管網(wǎng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分之一，也已引起了國家、各級政府和社會大眾的廣泛關(guān)注。

城市的地下管線信息屬于城市的基礎(chǔ)地理信息，具有著統(tǒng)一性、精確性、完整性和基礎(chǔ)性等特點，是城市規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)、地下空間開發(fā)利用、城市管理和應(yīng)急搶險等工作的必要信息支撐，因此一個城市地下管線的信息化建設(shè)就變得十分重要和必要。城市地下管線信息化建設(shè)的主要任務(wù)［1］有:①建立城市綜合地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫;②建立和完善地下管線信息共享平臺基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò);③建立和完善地下管線共享法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)體系;④地下管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新管理體系建設(shè)。

昆明市于2007—2010年開展了主城區(qū)市政通車道路上綜合地下管線和小區(qū)庭院排水管線的普查探測工程，共采集了20 000余千米的城市地下管線信息，并同步開展了昆明市最權(quán)威的、統(tǒng)一的地下管線信息應(yīng)用與共享平臺的開發(fā)工作，法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系和地下管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新管理機(jī)制的建立工作，邊建設(shè)邊實踐。至今為止。昆明市地下管線信息化建設(shè)已經(jīng)走過了7年的歷程，變得日趨穩(wěn)定并進(jìn)入了良性循環(huán)階段。

二、昆明市地下管線信息化的建設(shè)歷程

目前，我國約有250個城市已經(jīng)或正在開展綜合地下管線信息化的建設(shè)工作，更多城市地下管線權(quán)屬單位也已建設(shè)了專業(yè)的地下管線信息管理系統(tǒng)，但由于缺少統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)，大部分的地下管線信息管理系統(tǒng)是各自為政，系統(tǒng)之間信息不能交換、共享，或者只是有限的信息交換、共享，已經(jīng)建設(shè)的系統(tǒng)成為信息孤島，使系統(tǒng)建設(shè)的投資成本高、時間長、作用有限［2］。昆明市的地下管線信息化建設(shè)可以追溯到1999年，但也是因為存在上述的問題而夭折。2007年，隨著新一輪的城市綜合地下管線普查探測工作的開展，昆明市地下管線信息化建設(shè)掀開了新的一頁，此次建設(shè)工作充分借鑒了其他城市和以前的經(jīng)驗教訓(xùn)，大膽啟用新技術(shù)和新構(gòu)思，從地下管線信息化建設(shè)的四大主要任務(wù)同步抓起，下面就介紹一下自2007年以來，昆明市地下管線信息化建設(shè)的主要歷程。

1.地下管線信息應(yīng)用與共享平臺的建設(shè)歷程

昆明市地下管線信息應(yīng)用與共享平臺的建設(shè)經(jīng)歷了3個關(guān)鍵階段，包括:①城市綜合地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的建立階段;②客戶端/服務(wù)器模式(C/S模式)的獨立運行的二維GIS地下管線信息管理平臺的建設(shè)階段;③基于Web的、瀏覽器/服務(wù)器模式(B/S模式)的融入主流IT系統(tǒng)的二三維聯(lián)動的GIS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)階段。

通過3個階段的建設(shè)，首次對昆明市330 km2范圍內(nèi)20 000余千米的市政、小區(qū)、庭院的地下管線信息進(jìn)行了集中統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的批量處理、維護(hù)及地下管線三維空間信息的更新和動態(tài)管理，提供了各種輔助地下管線規(guī)劃、建設(shè)與管理決策分析的模型和工具，建立了與其他信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享、交換與服務(wù)的途徑，與應(yīng)急指揮中心、信息中心等各級管理部門之間信息互聯(lián)的通道，以優(yōu)秀的Web用戶體驗打造了一種二三維聯(lián)動的、多層面的、新型有效的工作環(huán)境，面向政府部門、管線權(quán)屬單位和社會公眾使用，為其提供詳實可靠的，具有空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的綜合地下管線信息服務(wù)，提高了整個昆明市地下管線管理水平和地下管線資料的應(yīng)用技術(shù)水平，為滇池治理、城市規(guī)劃、建設(shè)和管理、城市應(yīng)急防災(zāi)等方面提供科學(xué)的決策依據(jù)。圖1展示了昆明市地下管線信息應(yīng)用與共享平臺的整體架構(gòu)。

圖1 昆明市地下管線信息應(yīng)用與共享平臺的整體架構(gòu)

昆明市地下管線信息應(yīng)用與共享平臺主要包含以下幾個相輔相成的核心信息系統(tǒng):

1)地下管線數(shù)據(jù)批量處理系統(tǒng):是以AutoCAD為軟件平臺，Microsoft Office Access為數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)的，主要用于批量導(dǎo)入外業(yè)探測和竣工測量成果數(shù)據(jù)、各管線權(quán)屬單位管線數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)，并根據(jù)制定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性和一致性檢查，實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的工作流程和圖庫聯(lián)動機(jī)制，完成地形圖和管線圖圖形生成、著色與符號標(biāo)準(zhǔn)化、管線對象定義、圖形與屬性關(guān)聯(lián)、半自動化接邊、輔助數(shù)據(jù)更新等功能，以獲得滿足制圖與管理要求的地下管線外業(yè)探測成果數(shù)據(jù)。

2)地下管線動態(tài)管理系統(tǒng):是以 ArcEditor、ArcGISServer為軟件平臺，以O(shè)racle為數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)的。它基于SOA(面向服務(wù))架構(gòu)，建立了基于元數(shù)據(jù)的靈活可配置的擴(kuò)展機(jī)制，著眼整個昆明市地下管線綜合信息的管理與控制功能。

3)地下管線三維規(guī)劃審批系統(tǒng):是以詳細(xì)、準(zhǔn)確的昆明市地下管線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用SOA技術(shù)、微軟Silver Light技術(shù)、Sweep+Mesh造型法的三維管線動態(tài)建模技術(shù)等，建立的一個真實、二三維聯(lián)動的輔助規(guī)劃管理的基于Web的、B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，與昆明市規(guī)劃局現(xiàn)有的規(guī)劃業(yè)務(wù)審批信息系統(tǒng)和地下管線動態(tài)管理系統(tǒng)無縫融合，提供多種類、多角度的輔助管線工程規(guī)劃審批、批后管理的工具和決策分析方法，以優(yōu)秀的用戶體驗展現(xiàn)規(guī)劃要素、規(guī)劃資料、規(guī)劃過程、規(guī)劃管理和規(guī)劃成果，采用統(tǒng)一的工作流程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來塑造一個規(guī)范新型的規(guī)劃管理工作環(huán)境(如圖2所示)，為數(shù)字規(guī)劃奠定了基礎(chǔ)。圖3展示了地下管線三維規(guī)劃審批系統(tǒng)與其他兩個系統(tǒng)之間的關(guān)系。

4)昆明市地下管線公開信息發(fā)布門戶網(wǎng)站:提供一個公開化的城市地下管線信息傳遞與管線建設(shè)工程跟蹤監(jiān)管的平臺，以公開、透明的方式向社會發(fā)布地下管線元數(shù)據(jù)信息、城市管線工程建設(shè)信息、便民服務(wù)信息和宣傳城市管線的科普知識、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、法律法規(guī)等，使城市規(guī)劃、建設(shè)部門能夠根據(jù)工程建設(shè)進(jìn)度信息積極落實地下管線建設(shè)的批后核實及建設(shè)監(jiān)管工作，使城市管線信息管理部門能夠及時落實跟蹤測量、竣工測量及數(shù)據(jù)匯交等信息更新工作，使社會大眾能夠積極參與到城市的管線建設(shè)管理中來，有效地促進(jìn)城市地下管線建設(shè)的規(guī)范化和信息更新工作，降低管線建設(shè)、維護(hù)、搶修、管養(yǎng)等工作對社會正常生活的干擾程度，加快管線單位事故反應(yīng)速度，提升整個城市地下管線的應(yīng)急防災(zāi)水平。圖4展示了昆明市地下管線公開信息發(fā)布門戶網(wǎng)站的服務(wù)頁面。

圖2 二三維聯(lián)動的地下管線三維規(guī)劃審批工作環(huán)境

圖3 地下管線三維規(guī)劃審批系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的關(guān)系

2.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)歷程

在2007年昆明市管線普查實施之前，昆明市城市地下管線探測管理辦公室會同各管線權(quán)屬單位制定了嚴(yán)格、統(tǒng)一的地下管線普查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):《昆明市地下管線普查探測技術(shù)規(guī)程》(KGX-2007)和《昆明市地下管線普查探測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》(KGX-2007)，技術(shù)規(guī)程和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定兼顧了政府及專業(yè)管線單位對地下管線管理的雙重要求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一次性采集，多方面提供利用的目標(biāo)。在2009年，上述兩個標(biāo)準(zhǔn)被合并和完善為《昆明市城市管線探測技術(shù)規(guī)程》(KDX-2009)，由昆明市規(guī)劃局正式下發(fā)，成為報批的管線工程項目竣工測量必須要遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，2012年此標(biāo)準(zhǔn)又被立項批準(zhǔn)為《云南省城市管線探測技術(shù)規(guī)程》，成為了云南省地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 昆明市地下管線公開信息發(fā)布門戶網(wǎng)站的服務(wù)頁面

昆明市地下管線普查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從一開始建立時，就考慮了管線信息系統(tǒng)的發(fā)展方向，不僅規(guī)范了管線數(shù)據(jù)的采集要求，還綜合考慮了管線GIS空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)要求，建立的是一個圖庫全數(shù)字化存儲的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，即所有數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)全要素數(shù)字化存儲方式，區(qū)別于傳統(tǒng)的管線普查數(shù)據(jù)僅存儲點、線文件，此標(biāo)準(zhǔn)要求采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫模型將管線圖上的符號、注記角度、管道邊界線、井室等附屬建(構(gòu))物的邊界線、接邊點、接邊線等一并進(jìn)行數(shù)字化存儲管理，可以實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫中直接有效地還原管線圖，精確化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管線探測成果數(shù)據(jù)的采集整理和提交方式，如圖5所示。標(biāo)準(zhǔn)的建立和全市、全省統(tǒng)一、持續(xù)地執(zhí)行，為昆明市地下管線信息化建設(shè)提供了堅實的技術(shù)保障。

圖5 圖庫全數(shù)字存儲方式的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

3.數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制的建設(shè)歷程

通過上述各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)體系的建立，為昆明市地下管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制提供了行政上的保障手段，形成了一個良好的地下管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新管理的閉合環(huán)，如圖6所示。

圖6 行政手段下的地下管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新流程

通過各種信息系統(tǒng)的建設(shè)，為昆明市地下管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制提供了技術(shù)上的保障手段，形成了一個完整的計算機(jī)輔助地下管線數(shù)據(jù)庫更新的流程［3］，如圖7所示。

三、昆明市地下管線信息化建設(shè)的思考

至今為止，昆明市的地下管線信息化建設(shè)已經(jīng)開始走向平穩(wěn)發(fā)展的階段，但是城市綜合管線權(quán)屬單位多、綜合應(yīng)用部門多的特點，決定了地下管線信息化建設(shè)仍然是一件長期和困難的事情。因此，思考昆明市地下管線信息化建設(shè)的發(fā)展方向，有下面兩方面的考慮:

1.打造昆明市私有的“管線云”

隨著“云技術(shù)”概念的提出及發(fā)展，對于最終用戶來講，他們不會關(guān)心讀取的數(shù)據(jù)是存放在哪里，也不會關(guān)心調(diào)用的服務(wù)部署在哪里，他們只會關(guān)心應(yīng)用系統(tǒng)的功能是否能夠滿足其需求［4］。基于“云技術(shù)”的綜合管線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)在表現(xiàn)層上基本一致，而在系統(tǒng)架構(gòu)上卻有著天壤之別。

昆明市已經(jīng)開始著手打造“私有管線云”的系統(tǒng)架構(gòu)，建立其最底層的技術(shù)支撐—基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(infrastructure as a service，IaaS)，如圖8 所示。

計劃打造了一個獨立的數(shù)據(jù)管理功能層，根據(jù)已有數(shù)據(jù)不冗余存儲，采用云GIS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取與融合的建設(shè)原則，將云計算的各種特征用于支撐地理空間信息的各要素，將來源于不同服務(wù)器，具有不同尺度、不同格式數(shù)據(jù)的加工、處理、三維建模和管理作為一種服務(wù)融入到系統(tǒng)的整個工作流程中，形成了數(shù)據(jù)與軟件的一體化，從而改變用戶傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用方法和建設(shè)模式，以一種更加友好的方式，高效率、低成本地使用“數(shù)字城市”中的各種地理信息資源。

2.與城市地下空間信息進(jìn)行整體的規(guī)劃建設(shè)

目前，國內(nèi)在城市地下空間信息化建設(shè)方面的工作還不多，而且，現(xiàn)有的工作熱點主要集中在對地層、地下管線、地下水等方面，并沒有將已有城市地下空間信息作為一個整體加以規(guī)劃建設(shè)［5］。

圖7 技術(shù)手段下的地下管線數(shù)據(jù)庫更新流程

圖8 IaaS的實現(xiàn)機(jī)制

城市地下空間信息按其類型可劃分為4類:地層信息、地質(zhì)信息、地下管線信息和地下構(gòu)筑物信息，這些信息分屬不同的單位建設(shè)和管理，如果能將地下管線信息與分布在城市不同單位、不同類型、不同形式的其他地下空間資料進(jìn)行整合，建立分布式的城市地下空間數(shù)據(jù)庫，這將是昆明市地下管線信息化建設(shè)的終極目標(biāo)。

四、結(jié)束語

昆明市地下管線信息化建設(shè)經(jīng)過7年的摸索和研究，取得了不少成績，但是仍然還有很長的一段路需要探索前進(jìn)。因為我國對于地下管線信息化建設(shè)工作還缺少相應(yīng)的法律法規(guī)保障，現(xiàn)有法規(guī)涉及地下管線方面的內(nèi)容缺少，也比較簡單，法規(guī)中缺少對城市地下管線管理的城市政府行政主管部門的規(guī)定，關(guān)于地下管線監(jiān)管、探測、竣工測量、運行管理、信息管理與共享應(yīng)用及城市應(yīng)急管理等環(huán)節(jié)的法規(guī)內(nèi)容更是真空;對于三維地下管線信息管理系統(tǒng)的建設(shè)也缺乏有關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容、細(xì)節(jié)程度、定位精度和生產(chǎn)工藝等的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);另外，城市涉及地下管線信息管理與應(yīng)用的各種相關(guān)部門的信息化建設(shè)不均衡，做到相互之間的互聯(lián)互通還很困難，導(dǎo)致管線數(shù)據(jù)的更新渠道狹窄。這些問題已經(jīng)成為制約地下管線信息化快速發(fā)展的關(guān)鍵問題，但是無論如何，地下管線的信息化建設(shè)工作已經(jīng)越來越受到社會各界的關(guān)注，雖然任重而道遠(yuǎn)，但勢在必行!

［1］王秋印，江貽芳.我國城市地下管線行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［R］.北京:中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會，2007.

［2］江貽芳，王勇.城市地下空間信息化建設(shè)探討［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報，2006，25(5):377-382.

［3］解智強(qiáng)，王貴武，高忠等.頻繁市政工程建設(shè)背景下的地下管線GIS數(shù)據(jù)更新方法［J］.城市勘測，2010(5):78-82.

［4］喬志勇.數(shù)字城市中的“管線云”［J］.城市勘測，2011(S1):37-40.

［5］朱合華，鄭國平，張芳.城市地下空間信息系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.地下空間，2004，24(5):589-595.