面向管線全業(yè)務(wù)的綜合管理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

劉全海，孫雪梅，冉慧敏

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.常州市測繪院，江蘇 常州 213003；3.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

面向管線全業(yè)務(wù)的綜合管理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

劉全海1，2，3，孫雪梅2，3，冉慧敏2，3

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.常州市測繪院，江蘇 常州 213003；3.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

針對地下管線管理中動(dòng)態(tài)更新困難、全業(yè)務(wù)應(yīng)用復(fù)雜等問題，通過對CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和ETL專業(yè)管線處理工具等關(guān)鍵技術(shù)的研究，開發(fā)了B/S和C/S相融合的地下管線共享交換系統(tǒng)等6大子系統(tǒng)組成的綜合管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線全業(yè)務(wù)覆蓋，建立了管線信息化、動(dòng)態(tài)化的更新、管理、應(yīng)用模式。并以武進(jìn)區(qū)為例，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和有效性。

地下管線；動(dòng)態(tài)更新；全業(yè)務(wù)；共享交換

一、引 言

殖率隨著城市化的快速發(fā)展和現(xiàn)代化程度的不斷提高，城市地下管線的建設(shè)逐漸向空間密集化、種類復(fù)雜化、屬性專業(yè)化的趨勢發(fā)展，各管線單位對管線業(yè)務(wù)需求呈多樣化趨勢發(fā)展，亟須建立一套現(xiàn)代化、信息化的城市管網(wǎng)管理機(jī)制，滿足城市地下管線動(dòng)態(tài)跟蹤管理、管線全業(yè)務(wù)應(yīng)用，以解決當(dāng)前城市地下管線管理困難、繁瑣等現(xiàn)象。

上海、天津等地建立了豐富的地下管線數(shù)據(jù)體系，但多針對現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，對于規(guī)劃和歷史資料庫關(guān)注不足[1]。徐州、青島等地針對管線竣工、管線應(yīng)用等業(yè)務(wù)研發(fā)CAD管線作業(yè)平臺(tái)，優(yōu)點(diǎn)是在本地?cái)?shù)據(jù)處理方面功能強(qiáng)大，但未能實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)CAD與SDE圖庫聯(lián)動(dòng)[2]。廣州、杭州等地建有專業(yè)煤氣、供水等專業(yè)管線系統(tǒng)[3]，但專業(yè)系統(tǒng)與綜合管線系統(tǒng)間缺少緊密聯(lián)系，難以實(shí)現(xiàn)綜合管線、專業(yè)管線的統(tǒng)一管理、交互共享。許多城市的管線信息系統(tǒng)多數(shù)是針對規(guī)劃管理的需求定制相應(yīng)功能，不能滿足多部門的專業(yè)管線業(yè)務(wù)需要，導(dǎo)致各部門間管線系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)并形成“信息孤島”。

基于上述原因，本文從管線動(dòng)態(tài)更新出發(fā)，整合綜合管線、專業(yè)管線數(shù)據(jù)，研究建立滿足管線規(guī)劃、審批、竣工、驗(yàn)線、供圖、共享、交換應(yīng)用的管線全業(yè)務(wù)需求的地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，建立地下管線信息化、動(dòng)態(tài)化、二三維一體的更新、管理、應(yīng)用機(jī)制，規(guī)范和提升管線信息系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)管線網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)管理、信息的動(dòng)態(tài)更新以及通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多級(jí)部門管網(wǎng)信息的共享交換。

二、建設(shè)思路

1.總體架構(gòu)

地下管線綜合管理信息系統(tǒng)將管理創(chuàng)新、流程優(yōu)化、資源整合融入管線管理的信息化建設(shè)中，搭建以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，形成管線管理部門、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、專業(yè)管線公司等機(jī)構(gòu)之間的多級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)，分階段、分區(qū)域、分內(nèi)容建立多層次的、實(shí)用的、與規(guī)劃管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)緊密關(guān)聯(lián)的管理模式，集不同單位部門管線業(yè)務(wù)流程于一體，滿足管線全生命周期、全業(yè)務(wù)管理應(yīng)用需求。

系統(tǒng)利用Oracle搭建管線數(shù)據(jù)庫，以地下管線的持續(xù)動(dòng)態(tài)更新為重點(diǎn)，整合專業(yè)管線、綜合管線、地形、規(guī)劃數(shù)據(jù)等城市建設(shè)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，以管線規(guī)劃、審批、竣工、驗(yàn)線、供圖、管理、共享等管線業(yè)務(wù)為落腳點(diǎn)，采用C/S和B/S的混合模式，實(shí)現(xiàn)管線系統(tǒng)的一體化建設(shè)和信息資源的集成化管理，建設(shè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)、ETL專業(yè)管線處理工具、綜合應(yīng)用系統(tǒng)、共享交換系統(tǒng)、后臺(tái)管理系統(tǒng)6大子系統(tǒng)，創(chuàng)建高效、簡潔、實(shí)用、人性化操作的工作環(huán)境，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2.開發(fā)平臺(tái)選型

考慮到管線系統(tǒng)涉及多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(基礎(chǔ)地形、城市框架數(shù)據(jù)和其他專題數(shù)據(jù))、管線以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)與靈活調(diào)用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)采用Oracle 11g與ArcSDE聯(lián)合的方式實(shí)現(xiàn)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，采用ArcSDE構(gòu)成數(shù)據(jù)管理層，利用.NET與ArcGIS Engine10.1，建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理層的應(yīng)用，通過SDE實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問、調(diào)用、查詢和統(tǒng)計(jì)功能，以及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新[4]。為配合管線系統(tǒng)GIS框架，降低系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，采用Arc-GIS Server發(fā)布管線、地形、控規(guī)等空間數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

選用ArcGIS、WebGIS、AutoCAD等平臺(tái)、大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，融合三維Vast3D平臺(tái)，采用B/S與C/S相結(jié)合的技術(shù)，建設(shè)集成完備管理應(yīng)用共享功能、二三維一體化的地下管線綜合管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)對外提供服務(wù)時(shí)利用XML及Web Service技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和異構(gòu)系統(tǒng)的整合。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、ETL專業(yè)管線處理工具選用ArcGIS10.1，CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用Auto-CAD2010，應(yīng)用系統(tǒng)、共享系統(tǒng)、后臺(tái)管理系統(tǒng)選用ArcGIS10.1，利用C＃語言進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)處理、Flex進(jìn)行前端開發(fā)。

3.關(guān)鍵技術(shù)

(1)管線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

地下管線信息標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，是實(shí)現(xiàn)地下管線信息動(dòng)態(tài)管理的基礎(chǔ)，是建立地下管線信息共享的前提。建立全面使用的從探測、建庫到應(yīng)用的地下管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，需要做到以下幾點(diǎn)：

1)兼顧國家標(biāo)準(zhǔn)與地方特色，在滿足地下管線探測國家相關(guān)技術(shù)規(guī)程的基礎(chǔ)上，充分考慮地方特色。在滿足城市規(guī)劃綜合管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，充分考慮專業(yè)管線單位的需求，真正做到全面實(shí)用。

2)結(jié)合普查技術(shù)規(guī)程，參考系統(tǒng)建設(shè)數(shù)據(jù)要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)外業(yè)一體化，同時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)的歷史版本管理和可追溯要求。

3)實(shí)現(xiàn)二三維標(biāo)準(zhǔn)一體化。根據(jù)目前地下管線三維可視化建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，針對目前地下管線探測技術(shù)規(guī)程在三維方面的不足，有針對性地補(bǔ)充了地下管線三維可視化的需求。

(2)基于CAD的地下管線要素級(jí)更新模式

為實(shí)現(xiàn)城市地下管線的長效管理，需要建立管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，保障地下管線空間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性[5]?；贑＋＋語言開發(fā)的CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，建立管線竣工測量成果從提交—規(guī)整—監(jiān)理—規(guī)整—入庫的動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，全過程CAD圖面操作實(shí)現(xiàn)，符合用戶的實(shí)際操作習(xí)慣，更新流程如圖2所示。系統(tǒng)采用了實(shí)體唯一標(biāo)記(GUID)匹配的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)管線入庫數(shù)據(jù)在三維平臺(tái)聯(lián)動(dòng)更新。該方式不用考慮接邊的約束情況，具有更新效率高、歷史冗余數(shù)據(jù)小、便于維護(hù)和實(shí)施的特點(diǎn)。

對于管線普查數(shù)據(jù)，可以利用數(shù)據(jù)管線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)普查范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)整體入庫，專業(yè)管線數(shù)據(jù)則可以利用ETL工具實(shí)現(xiàn)專業(yè)管線庫的更新。管線工程更新模式如圖3所示。

(3)管線數(shù)據(jù)全生命周期可追蹤管理

系統(tǒng)建立歷史數(shù)據(jù)管理機(jī)制，采用時(shí)間戳＋歷史圖層的思路，對管線數(shù)據(jù)的任何一次變更，包括數(shù)據(jù)的編輯、普查數(shù)據(jù)入庫(更新)、竣工測量更新、專業(yè)管線入庫(更新)、管線設(shè)計(jì)等，進(jìn)行事件跟蹤和歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)[6]。通過系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)管理機(jī)制，用戶可以實(shí)現(xiàn)對任何時(shí)刻、任何人對數(shù)據(jù)操作的跟蹤，包括數(shù)據(jù)的恢復(fù)和歷史數(shù)據(jù)查看、備份等。

圖2 CAD要素級(jí)更新流程

圖3 管線工程更新模式

(4)基于規(guī)則定制的CAD管線監(jiān)理

系統(tǒng)將傳統(tǒng)的管線應(yīng)用從GIS平臺(tái)轉(zhuǎn)移到CAD平臺(tái)，結(jié)合用戶的使用習(xí)慣和業(yè)務(wù)需求，開發(fā)CAD環(huán)境下的管線入庫監(jiān)理模塊，實(shí)現(xiàn)管線監(jiān)理規(guī)則定制、管線數(shù)據(jù)監(jiān)理、管線數(shù)據(jù)成圖、管線數(shù)據(jù)入庫，如圖4所示。CAD管線監(jiān)理模塊使得數(shù)據(jù)生產(chǎn)與數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)結(jié)合更緊密，豐富了CAD傳統(tǒng)使用模式，保障竣工入庫數(shù)據(jù)的正確性、可靠性。監(jiān)理規(guī)則包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比對、屬性值檢查、屬性邏輯檢查、圖形檢查、拓?fù)錂z查等。

圖4 CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)管線監(jiān)理

(5)分布式網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)地下管線的共享應(yīng)用，需要通過政務(wù)專線連接管線規(guī)劃管理部門與各專業(yè)管線權(quán)屬單位、區(qū)住建局、區(qū)公安局以及各廣電、通信相關(guān)管線應(yīng)用部門，實(shí)現(xiàn)管線多級(jí)應(yīng)用共享；通過專線連接不同規(guī)劃管理部門綜合管線數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)庫異地同步更新，在上述二者基礎(chǔ)上構(gòu)建完整的多源數(shù)據(jù)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)[7]。

系統(tǒng)將不同平臺(tái)、不同格式的空間數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的方式存儲(chǔ)到空間數(shù)據(jù)庫中，以通用標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)對外在線提供服務(wù)。通過專業(yè)的ETL管線數(shù)據(jù)處理工具完成多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，各個(gè)權(quán)屬單位再根據(jù)各自的權(quán)限通過共享交換子系統(tǒng)按照流程的模式完成數(shù)據(jù)的上傳和下載，共同來維護(hù)和管理城市地下管線，如圖5所示。

所謂釋憲機(jī)制正式激活，是指法定釋憲機(jī)構(gòu)依據(jù)憲法規(guī)范和程序?qū)嶋H開啟釋憲實(shí)踐，凡遇到能夠通過憲法解釋解決的憲法問題，應(yīng)該首先通過憲法解釋來處理。進(jìn)入全面深化改革階段之后，雖然每項(xiàng)重大改革舉措出臺(tái)，都會(huì)激起理論界討論釋憲問題的熱情，而作為法定釋憲機(jī)構(gòu)，全國人大常委會(huì)尚未有過釋憲先例，這不免是釋憲實(shí)踐的遺憾。

圖5 地下管線工程網(wǎng)絡(luò)示意圖

三、地下管線綜合管理信息建設(shè)

地下管線管理信息系統(tǒng)以管線的專業(yè)應(yīng)用為重點(diǎn)，完成6大子系統(tǒng)的建設(shè)，集成城市建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和規(guī)劃成果，覆蓋了管線業(yè)務(wù)管理的全流程，搭建面向管線規(guī)劃管理全流程的CAD平臺(tái)，建立安全高效的綜合管線和專業(yè)管線在線共享交互模式，并實(shí)現(xiàn)二三維一體化應(yīng)用，為管線管理與應(yīng)用提供快捷高效的決策支持，各子系統(tǒng)關(guān)系如圖6所示。

圖6 地下管線綜合管理信息系統(tǒng)框架圖

1.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

地下綜合管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，主要解決管線數(shù)據(jù)的監(jiān)理檢查、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)編輯和系統(tǒng)管理綜合分析，主要滿足管線規(guī)劃管理部門內(nèi)部日常管線管理和應(yīng)用需要，提供決策支持。系統(tǒng)主要功能有系統(tǒng)調(diào)圖、地圖操作、數(shù)據(jù)加載、查詢統(tǒng)計(jì)、空間分析、應(yīng)急分析、數(shù)據(jù)監(jiān)理、入庫更新、數(shù)據(jù)庫管理、地圖輸出等。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可與CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)、ETL工具等其他管線子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理。

2.CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)

考慮規(guī)劃管理部門及測繪部門對CAD平臺(tái)的依賴性，系統(tǒng)采用跨平臺(tái)技術(shù)，突破原有孤立功能點(diǎn)，梳理各部門管線業(yè)務(wù)，集數(shù)據(jù)生產(chǎn)與數(shù)據(jù)應(yīng)用、管理為一體，在CAD平臺(tái)下搭建功能串并聯(lián)的系統(tǒng)框架，整合管線供圖業(yè)務(wù)流程及方案輔助審批業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)管線規(guī)劃、審批、竣工、驗(yàn)線、供圖、管理等各項(xiàng)管線業(yè)務(wù)的一體化作業(yè)管理，系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)

CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是打通CAD與GIS數(shù)據(jù)之間的雙向存取通道，在統(tǒng)一的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)圖屬互動(dòng)、圖形編輯、查詢統(tǒng)計(jì)、空間分析、數(shù)據(jù)管理等功能，滿足市政科用戶、規(guī)劃編制科用戶、規(guī)劃設(shè)計(jì)院用戶、信息中心用戶、窗口辦事員用戶等相關(guān)用戶完成規(guī)劃設(shè)計(jì)條件、管線方案設(shè)計(jì)、管線輔助審批、普查數(shù)據(jù)展點(diǎn)監(jiān)理、竣工測量數(shù)據(jù)展點(diǎn)監(jiān)理、竣工測量數(shù)據(jù)規(guī)整入庫、業(yè)務(wù)打圖等。為實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的持續(xù)動(dòng)態(tài)更新，CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供完備的要素級(jí)更新監(jiān)理入庫功能，保障管線數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢性、完整性。

3.ETL專業(yè)管線處理工具

圖8 ETL專業(yè)管線處理工具

4.地下管線綜合應(yīng)用系統(tǒng)

管線綜合應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地下管線信息快速瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、管線空間分析以及圖形的輸出，為領(lǐng)導(dǎo)用戶、市政科用戶、規(guī)劃編制科室用戶、信息中心用戶、其他相關(guān)用戶提供快速的管線管理應(yīng)用服務(wù)，如圖9所示。為方便管線瀏覽應(yīng)用，提高管線維護(hù)、檢測效率[10]，綜合應(yīng)用系統(tǒng)提供地下管線三維可視化應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)的無縫融合及聯(lián)動(dòng)展示。

圖9 地下管線綜合應(yīng)用系統(tǒng)

5.地下管線共享交換系統(tǒng)

管線共享交換系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)部署在專線環(huán)境下，為各專業(yè)管線權(quán)屬單位提供各類管線信息的瀏覽、查詢、打印功能。并與ETL工具配合，專業(yè)管線權(quán)屬單位可在瀏覽器端發(fā)起數(shù)據(jù)上傳或數(shù)據(jù)下載申請，系統(tǒng)管理員對權(quán)屬單位的申請進(jìn)行審核，審核通過后可進(jìn)行相應(yīng)上傳、下載操作，實(shí)現(xiàn)各類專業(yè)管線數(shù)據(jù)與綜合管線數(shù)據(jù)的交換和共享。

6.后臺(tái)管理系統(tǒng)

管線后臺(tái)管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，提供運(yùn)行維護(hù)支持，包含用戶管理、系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理、安全中心等模塊，如圖10所示。管理員可利用后臺(tái)管理系統(tǒng)配置地下管線綜合管理信息系統(tǒng)6大子系統(tǒng)的用戶及功能使用權(quán)限，并能對各用戶對系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行日志管理，從用戶、功能、數(shù)據(jù)三方面全面實(shí)現(xiàn)地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的管理，保障系統(tǒng)、數(shù)據(jù)安全。

圖10 后臺(tái)管理系統(tǒng)

四、結(jié)束語

地下管線綜合管理信息系統(tǒng)6大子系統(tǒng)的建設(shè)，覆蓋城市管線全生命周期管理，6大子系統(tǒng)相互補(bǔ)充，建立了地下管線信息化、動(dòng)態(tài)化的更新、管理、應(yīng)用模式，滿足了管線全業(yè)務(wù)需求，為當(dāng)前城市綜合管線、專業(yè)管線統(tǒng)籌管理提供了新思路，為城鄉(xiāng)建設(shè)局、水務(wù)公司、燃?xì)夤?、廣電公司等城市管線單位提供了信息化的管線更新、管理、應(yīng)用服務(wù)，加快了城市的信息化建設(shè)，推進(jìn)智慧城市建設(shè)。

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Research and Implementation of the Full Pipeline-service-oriented Underground Pipeline Integrated Management Information System

LIU Quanhai，SUN Xuemei，RAN Huimin

P208

B

0494-0911(2014)11-0092-05

2014-06-02；

2014-06-30

住建部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃(2013-S5-4)

劉全海(1972—)，男，甘肅舟曲人，博士生，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事數(shù)字城市、三維可視化研究。

劉全海，孫雪梅，冉慧敏.面向管線全業(yè)務(wù)的綜合管理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào)，2014(11)：92-96.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0372