地下管線數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*
——以南寧市為例

莫忠榮，陳 明，姚 勝

(南寧市規(guī)劃信息技術(shù)中心，廣西 南寧 530022)

地下管線數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*
——以南寧市為例

莫忠榮，陳 明，姚 勝

(南寧市規(guī)劃信息技術(shù)中心，廣西 南寧 530022)

地下管線是城市主要的基礎(chǔ)設(shè)施，地下管線的信息化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市的重要內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)管線科學(xué)管理的重要技術(shù)手段。文章結(jié)合實(shí)際工作需要，從技術(shù)路線、設(shè)計(jì)思路、功能實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面出發(fā)，開(kāi)發(fā)了南寧市地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，該平臺(tái)包含了7個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)的目的是滿足不同用戶的管線使用需求，為城市地下管線的信息化管理提供解決方案。

地下管線；數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)；系統(tǒng)功能；子系統(tǒng)

0 引言

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是其生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，擔(dān)負(fù)著輸送能量、傳輸物質(zhì)和傳達(dá)信息的重要任務(wù)，被稱為城市的“血管”、“神經(jīng)”和“生命線”[1]，它一般包括埋設(shè)于地下的給水、排水、燃?xì)?、熱力、工業(yè)等各種管道以及電力、電信電纜[2]。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市建設(shè)的進(jìn)度加快，城市地下管線的種類不斷增多，覆蓋范圍也不斷在擴(kuò)張，在工程施工過(guò)程中由于管線資料現(xiàn)狀不明或前期技術(shù)交底不到位的情況，導(dǎo)致出現(xiàn)因損壞地下管線發(fā)生了停水、停電、停氣甚至是通信中斷的現(xiàn)象，給市民的生活和工作帶來(lái)了極大的不便，并因此造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響。為切實(shí)加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理，保障城市安全運(yùn)行，提高城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量，南寧市人民政府于2014年6月開(kāi)展了全市地下管線普查工作，旨在全面探明、查清城市范圍內(nèi)的地下管線現(xiàn)狀，獲取準(zhǔn)確的管線數(shù)據(jù)，探測(cè)內(nèi)容包括地下管線的平面位置、走向、埋深(或高程)、規(guī)格、性質(zhì)、材料等[2]。

城市地下管線數(shù)據(jù)作為城市規(guī)劃、建設(shè)與管理的基礎(chǔ)性資料，為提高地下管線數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化管理水平，確保南寧市城市地下管線規(guī)劃管理工作能夠得以高效率、高質(zhì)量地運(yùn)轉(zhuǎn)，市委、市政府決定由南寧市規(guī)劃管理局牽頭，組織相關(guān)部門(mén)，建立基于C/S與B/S兩種模式相結(jié)合的南寧市地下管線數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)是在全面普查南寧市地下管線空間分布和屬性情況的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌全市的管線資源，整合市內(nèi)各管線產(chǎn)權(quán)、管理單位的管線數(shù)據(jù)，構(gòu)建完整、準(zhǔn)確的城市地下管線空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

1 建設(shè)目標(biāo)

地下管線數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)的總體目標(biāo)是結(jié)合南寧市地下管線數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，按照“智慧南寧”的總體部署，建立以CAD(Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、GIS(Geographic Information System，地理信息系統(tǒng))、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心支持，以輔助管線工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理、排水防澇為目的，建立起涵蓋管線數(shù)據(jù)維護(hù)、監(jiān)理、查閱、管理、分析、三維展示以及動(dòng)態(tài)模擬等功能的綜合性服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全市地下管線數(shù)據(jù)的高度集中與資源共享。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)路線

南寧市地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)服務(wù)項(xiàng)目結(jié)合了B/S和C/S兩種方式，基于SOA的體系架構(gòu)，采用了Oracle Database Enterprise Edition 11G作為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，ArcGIS 10作為GIS平臺(tái)，City Maker7.0作為三維展示平臺(tái)，Apache/JBoss作為應(yīng)用服務(wù)器，ESB企業(yè)服務(wù)總線技術(shù)作為應(yīng)用支撐層，JMS、JCA、WebService作為接口。具體的技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線Fig.1 Technical route

2.2 總體架構(gòu)

根據(jù)地下管線管理的功能需要，通過(guò)共享平臺(tái)獲取相關(guān)服務(wù)，開(kāi)發(fā)地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層、接口層、數(shù)據(jù)層、組件層和服務(wù)層、應(yīng)用層5個(gè)層次及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、安全體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三大保障體系構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 總體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture

2.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等軟硬件構(gòu)成了地下管線綜合管理系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，通過(guò)各種監(jiān)測(cè)設(shè)備為管網(wǎng)的監(jiān)控和分析提供了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.2.2 接口層

南寧市地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)通過(guò)接口層實(shí)現(xiàn)與外界系統(tǒng)的對(duì)接，通過(guò)空間信息數(shù)據(jù)服務(wù)聚合共享服務(wù)，聚合由基礎(chǔ)地理信息共享平臺(tái)發(fā)布的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、各種監(jiān)測(cè)手段提供的地下管線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，南寧地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)通過(guò)空間信息數(shù)據(jù)服務(wù)聚合共享服務(wù)，將地下管線相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享發(fā)布給地理信息共享平臺(tái)，供其他委辦局共享利用，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)安全和權(quán)限管理保證基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和相互調(diào)用。

2.2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)主要包括：基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)和相關(guān)的專題數(shù)據(jù)，來(lái)源于地理信息共享平臺(tái)；綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是指：各種管線基礎(chǔ)信息和各種管網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如熱力、燃?xì)?、排水等，主要由?shù)據(jù)普查、信息采集和建庫(kù)完成。

2.2.4 服務(wù)層

南寧市地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)通過(guò)地理信息共享平臺(tái)獲取地圖、地名地址匹配、空間分析和目錄等服務(wù)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用層中的各種系統(tǒng)功能。根據(jù)業(yè)務(wù)和共享需求情況，通過(guò)共享平臺(tái)注冊(cè)對(duì)外向其他委辦局提供專題應(yīng)用服務(wù)。

2.2.5 應(yīng)用層

南寧市地下管線數(shù)據(jù)共享平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地下管線的空間化管理，包括地圖、數(shù)據(jù)、文檔的管理，資源展示，空間和屬性查詢，統(tǒng)計(jì)分析，空間分析，管線分析與部件的聯(lián)動(dòng)、管線設(shè)施管理等功能，形成了直觀的輔助決策信息，提高了管線設(shè)施管理和運(yùn)行水平。

3 主要子系統(tǒng)功能

3.1 基于EPS的管線維護(hù)管理子系統(tǒng)

本項(xiàng)目選用EPS地理信息工作站作為管線維護(hù)管理子系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)，它是北京清華山維新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司研發(fā)的面向測(cè)繪、基礎(chǔ)地理信息生產(chǎn)的軟件系統(tǒng)。該軟件從地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，綜合CAD 技術(shù)與GIS 技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，將圖形和屬性關(guān)聯(lián)為一體，EPS 工程數(shù)據(jù)文件可實(shí)現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)[3]。它生產(chǎn)的數(shù)據(jù)是完全信息化的數(shù)據(jù)，在GIS層面上，滿足查詢、統(tǒng)計(jì)、分析以及信息挖掘等各種層次的應(yīng)用，在CAD層面上，配以近乎完美的動(dòng)態(tài)符號(hào)化技術(shù)，可以滿足打印出圖的需求。該子系統(tǒng)主要功能包括：管線數(shù)據(jù)管理、歷史版本管理、符號(hào)一體化管理。

圖3 管線維護(hù)管理子系統(tǒng)Fig.3 Pipeline maintenance management subsystem

3.1.1 管線數(shù)據(jù)管理

采用開(kāi)放的模板技術(shù)，支持對(duì)轉(zhuǎn)換、變換的空間要素和空間屬性的用戶自定義，實(shí)現(xiàn)格式的無(wú)損輸出，同時(shí)提供通用的監(jiān)理、查錯(cuò)與接邊功能，有效地提示與糾正、消除對(duì)圖面信息外的邏輯性、規(guī)則性等難以用肉眼分辨的錯(cuò)誤。

3.1.2 歷史版本管理

GIS 所描述的現(xiàn)實(shí)世界是隨時(shí)間連續(xù)變化的，EPS借鑒時(shí)態(tài)GIS的思想，將時(shí)間屬性作為空間對(duì)象必須的基本屬性，通過(guò)時(shí)間維度，將無(wú)序的更新業(yè)務(wù)，統(tǒng)一成先后有序的更新時(shí)間，妥善解決了更新沖突問(wèn)題，同時(shí)采用增量方式管理歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)冗余小，信息記錄全，支持歷史版本回溯與動(dòng)態(tài)回放。

3.1.3 符號(hào)一體化管理

管線數(shù)據(jù)一般是在CAD或GIS平臺(tái)上使用，為確保數(shù)據(jù)的圖面顯示一致性，EPS提供了面向ArcGIS軟件的ArcSyml符號(hào)化控件，解決了跨平臺(tái)的符號(hào)一體化以及大比例尺的信息表達(dá)與圖面表達(dá)之間的矛盾。

3.2 基于AutoCAD的管線瀏覽子系統(tǒng)

為滿足規(guī)劃部門(mén)的審批與設(shè)計(jì)需要，符合使用人員的操作習(xí)慣，采用ObjectArx二次開(kāi)發(fā)包，利用C++和C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在AutoCAD 2010平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了一系列擴(kuò)展功能模塊，通過(guò)ArcSDE API來(lái)訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的地下管線數(shù)據(jù)。

通過(guò)該子系統(tǒng)(見(jiàn)圖4)，不僅可以快速、有效地查詢地下管線數(shù)據(jù)，還可根據(jù)需要疊加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、規(guī)劃成果、審批數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了一系列輔助設(shè)計(jì)的功能模塊，主要包括管線數(shù)據(jù)加載、圖形與屬性互查、橫斷面分析、統(tǒng)計(jì)分析、管線圖輸出等。

3.3 基于WebGIS的管線瀏覽子系統(tǒng)

隨著GIS普適化的發(fā)展，管線數(shù)據(jù)使用對(duì)象也不斷在擴(kuò)充，有強(qiáng)GIS用戶，也有弱GIS用戶，甚至是非GIS用戶，因此為提高管線數(shù)據(jù)的使用效率，擴(kuò)大管線維護(hù)與更新的影響范圍，開(kāi)發(fā)了基于ArcGIS Server的管線瀏覽子系統(tǒng)(見(jiàn)圖5)。該系統(tǒng)采用統(tǒng)一、親近的界面風(fēng)格，主框架組成部分主要分為菜單及工具條、功能樹(shù)、導(dǎo)航視圖及主視圖以及狀態(tài)欄。政府各部門(mén)以及管線產(chǎn)權(quán)、管理部門(mén)可以通過(guò)電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)登錄該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽、綜合查詢、統(tǒng)計(jì)分析、制圖輸出以及縱橫斷面、交叉口、碰撞、爆管、流向、凈距等管線綜合分析功能。

圖4 AutoCAD瀏覽子系統(tǒng)Fig.4 AutoCAD browsing subsystem

圖5 WebGIS瀏覽子系統(tǒng)Fig.5 WebGIS browsing subsystem

3.4 基于City Maker的管線三維子系統(tǒng)

由于地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，在二維上無(wú)法完整地表達(dá)出地下管線的空間位置以及與相鄰管線的真實(shí)關(guān)系，隨著三維可視化技術(shù)手段的發(fā)展和計(jì)算機(jī)硬件、存儲(chǔ)設(shè)備能力的提升，為真實(shí)表達(dá)地下管線的材質(zhì)、走向、尺寸以及在三維空間中的分布情況，利用ArcGIS Engine和City Maker SDK開(kāi)發(fā)包開(kāi)發(fā)了B/S結(jié)構(gòu)的三維瀏覽子系統(tǒng)(見(jiàn)圖6)。

圖6 三維瀏覽子系統(tǒng)Fig.6 3D browsing subsystem

由于地下管線是由一系列的管點(diǎn)按一定連接關(guān)系構(gòu)成的線，根據(jù)CJJ 61-2003《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》，每類管點(diǎn)或管線都有特定的符號(hào)與表達(dá)方式，可以利用3ds Max建模軟件創(chuàng)建管點(diǎn)附屬設(shè)施、管線三維模型符號(hào)庫(kù)，按照賦值規(guī)則，賦予特定的編碼值，并與ArcSDE二維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)一一對(duì)應(yīng)。根據(jù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地下管線三維瀏覽，系統(tǒng)功能主要包括視圖控制、漫游縮放、空間量算、定位查詢、屬性顯示、橫斷面分析、流向分析、地下模式、二三維分屏顯示、視圖輸出等。

3.5 管線檔案查詢子系統(tǒng)

由于城建檔案管理機(jī)構(gòu)已經(jīng)建成了涵蓋了管線工程在內(nèi)的城市建設(shè)工程檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)接口，搭建了地下管線檔案管理子系統(tǒng)(見(jiàn)圖7)。該系統(tǒng)主要功能包括用戶的權(quán)限控制、分級(jí)查詢、附件下載、在線預(yù)覽以及日志管理等，利用該系統(tǒng)能較好地滿足地下管線工程檔案的查詢、瀏覽、打印、下載的需要。

圖7 檔案查詢子系統(tǒng)Fig.7 Archives accessing subsystem

3.6 城市排水管網(wǎng)模擬子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)(見(jiàn)圖8)集排水管網(wǎng)設(shè)施數(shù)據(jù)集成與管理、設(shè)施編輯與維護(hù)、水力分析與工程設(shè)計(jì)為一體的綜合性排水管網(wǎng)數(shù)字化管理平臺(tái)，充分利用了GIS提供空間數(shù)據(jù)的瀏覽管理和空間分析能力，根據(jù)專業(yè)數(shù)學(xué)模型提供了排水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬和水量/水質(zhì)分析能力，主要功能包括數(shù)據(jù)加載、圖層控制、連通分析、暴雨強(qiáng)度動(dòng)態(tài)模擬、淹沒(méi)分析、管線設(shè)計(jì)方案評(píng)估與優(yōu)化、溢流分析等。

圖8 城市排水管網(wǎng)模擬子系統(tǒng)Fig.8 Urban drainage network simulation subsystem

3.7 信息共享服務(wù)子系統(tǒng)

為滿足政府各部門(mén)與管線產(chǎn)權(quán)、管理單位在線訪問(wèn)不同管線資源以及服務(wù)管理的需求，采用了由北京捷泰天域信息技術(shù)有限公司研發(fā)的OneMap Platform v3.1平臺(tái)作為信息共享服務(wù)子系統(tǒng)(見(jiàn)圖9)。該子系統(tǒng)是保障平臺(tái)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的后臺(tái)支撐系統(tǒng)，提供對(duì)平臺(tái)服務(wù)的管理、用戶體系的管理，通過(guò)設(shè)備監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、流量監(jiān)控等技術(shù)手段保證平臺(tái)的安全與穩(wěn)定，并對(duì)信息資源訪問(wèn)、業(yè)務(wù)功能調(diào)用、系統(tǒng)管理等活動(dòng)進(jìn)行記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱患、快速恢復(fù)系統(tǒng)故障和優(yōu)化系統(tǒng)管理，為平臺(tái)能夠7×24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行給予支撐。該子系統(tǒng)功能模塊主要包括用戶登錄與管理、服務(wù)管理、安全管理、系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理、統(tǒng)計(jì)分析、資源管理和系統(tǒng)配置等。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際工作中，地下管線數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)給地下管線數(shù)據(jù)的管理、利用與共享等工作帶來(lái)了很大的便利，既解決了同一數(shù)據(jù)源跨平臺(tái)符號(hào)顯示及二三維數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系的一致性的問(wèn)題，又可以根據(jù)不同部門(mén)的需求提供管線數(shù)據(jù)服務(wù)。當(dāng)然，評(píng)判一個(gè)平臺(tái)的好與壞，關(guān)鍵取決于平臺(tái)的開(kāi)放性與數(shù)據(jù)的鮮活性，本文研究的技術(shù)路線成熟：在縱向上，從政府部門(mén)到社會(huì)公眾都可以通過(guò)該平臺(tái)獲取對(duì)應(yīng)的管線數(shù)據(jù)；在橫向上，政府部門(mén)之間可以通過(guò)該平臺(tái)協(xié)調(diào)地下管線工程項(xiàng)目的實(shí)施。但如何確保數(shù)據(jù)的鮮活性和現(xiàn)勢(shì)性，需要從管理體制上改革，組建地下管線信息日常管理機(jī)構(gòu)，建立專業(yè)的管線數(shù)據(jù)更新管理團(tuán)隊(duì)，統(tǒng)籌全市地下管線資源，在嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)前必須要摸清現(xiàn)狀管線資料，還要規(guī)范地下管線覆土前竣工測(cè)量行為，建立地下空間使用登記發(fā)證(備案)機(jī)制。

[1] 丁孝兵，王禮江，楊傳勇，等.淺談佛山市地下管線信息化建設(shè)[J].北京測(cè)繪，2011(4)：69-71.

[2] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.CJJ 61—2003城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 趙海濤，王鵬，劉啟福.基于EPS2008的管線接邊方法研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(3)：76-78.

Design and Implementation of Data Sharing Service Platform of Underground Pipeline：A Case Study of Nanning

MO Zhong-rong，CHEN Ming，YAO Sheng

(NanningPlanningInformationTechnologyCenter，NanningGuangxi530022)

Underground pipeline is one of the most important infrastructure in a city.The information construction of the underground pipelines not only is the important content of digital city，but also is one of most important technologies to realize the scientific management of pipelines.According to the practical requirements，a data sharing service platform of underground pipeline in Nanning that includes seven subsystem is developed from the technical route，design ideas，function implementation，etc.It aims to satisfy the demands of pipeline utilization from different users，and provide a solution for the information management of urban underground pipelines.

underground pipelines；data sharing service platform；system function；subsystem

2015-08-17

P 208；P 209

A

1007-9394(2015)04-0021-04

莫忠榮(1982～)，男，廣西北流人，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事規(guī)劃信息化與數(shù)字城市方面的工作。