城市地下管線信息管理系統(tǒng)的研究

王幫元

摘要：隨著城市發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大，作為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施的地下管線也越來(lái)越龐大、密集，現(xiàn)行地下管線管理方式不能適應(yīng)城市升級(jí)與舊城改造的需要。為此，本文通過(guò)對(duì)城市地下管線開展普查監(jiān)理，采用面向服務(wù)架構(gòu)的SOA技術(shù)，建立了基于ORACLE、ESRI和AutoCAD應(yīng)用模式的地下管線信息管理系統(tǒng)，給出了關(guān)鍵處理流程和技術(shù)設(shè)計(jì)路線，為城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地下管線；GIS；AutoCAD；信息管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）14-0104-03

Abstract：With the accelerating urban development， the underground pipelines， as an important part of city infrastructure， are expanding quickly and become more and more dense. The existing underground pipelines can no longer adapt to the improvement of the cities or the reconstruction of old towns. In this case， this article employed the Service - Oriented Architecture （SOA） technology and established the information management system for the underground pipelines based on ORACLE、ESRI and AutoCAD application model through a general investigation and supervision on urban underground pipelines. Moreover， it rendered the key operating procedures and technical design itinerary， which also provided the data supports for urban planning， construction and management.

Key works：underground pipelines； GIS； AutoCAD ； Information Management System

近年來(lái)，隨著城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，作為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施的地下管線也越來(lái)越龐大、密集，特別是在城市面臨城市升級(jí)，舊城改造時(shí)期，城市的精細(xì)化管理勢(shì)在必行，現(xiàn)在的管線管理方式已經(jīng)不能滿足城市快速發(fā)展的要求。針對(duì)這些問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)城區(qū)進(jìn)行地下管線普查，同時(shí)開展全過(guò)程普查監(jiān)理和建立城市地下綜合管線信息管理系統(tǒng)，為縣級(jí)城市管線規(guī)劃、建設(shè)和管理提供依據(jù)，為政府決策和緊急事故處理提供依據(jù)，推進(jìn)城市地下管線信息資源共享和數(shù)字城市建設(shè)，具有重要意義。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

城市地下綜合管線信息管理系統(tǒng)是在全面普查建成區(qū)地下管線空間分布和屬性情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市規(guī)劃，建立具有高度全面性、現(xiàn)勢(shì)性的地下管線綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)將地下管線信息以數(shù)字形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全市各類管線數(shù)據(jù)的管理、審批、分析、查詢、輸出和實(shí)時(shí)更新等。

系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）以探測(cè)規(guī)程和普查流程為依據(jù)，建立探測(cè)成果的計(jì)算機(jī)監(jiān)理機(jī)制與實(shí)施規(guī)定。

（2）采用目前GIS最新的利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理空間數(shù)據(jù)（地理數(shù)據(jù)）的技術(shù)，提供支持“外業(yè)勘測(cè)---內(nèi)業(yè)成圖---建立管理信息系統(tǒng)”的一體化建庫(kù)模式，建立地下管線和數(shù)字地形圖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上建立地下管線信息系統(tǒng)。

（3）實(shí)現(xiàn)城市地下管線信息計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線信息的綜合管理、動(dòng)態(tài)更新；

（4）為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理提供信息資源和技術(shù)平臺(tái)；

（5）為政府、管線權(quán)屬單位領(lǐng)導(dǎo)提供決策、指揮、管理的科學(xué)依據(jù)。并為社會(huì)提供多元化的服務(wù)，為縣級(jí)城市可持續(xù)發(fā)展及減災(zāi)防災(zāi)提供決策支持。

2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

依據(jù)城區(qū)地下管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行監(jiān)理入庫(kù)建立地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)地下綜合管線信息管理系統(tǒng)建設(shè)，更好地為規(guī)劃提供決策依據(jù)。建設(shè)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

1）標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)：主要包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，即管線數(shù)據(jù)建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)、管線數(shù)據(jù)入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)；法規(guī)建設(shè)包括管線工程信息動(dòng)態(tài)管理辦法等。技術(shù)規(guī)范建設(shè)包括代碼編寫規(guī)范、元數(shù)據(jù)規(guī)范、界面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范以及系統(tǒng)測(cè)試規(guī)范等。

2）空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)：將城區(qū)內(nèi)管線普查成果、基礎(chǔ)地形圖、管線模型等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，依據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)范建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，支撐信息平臺(tái)的使用。

3）系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)：包括地下管線數(shù)據(jù)監(jiān)理成圖子系統(tǒng)、地下管線數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、CAD綜合應(yīng)用子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)建設(shè)。其規(guī)劃建設(shè)如圖1所示。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

綜合地下管線信息系統(tǒng)主要提供對(duì)各類管線（供水、熱力、煤氣、雨水、污水、電力、電訊等）的集中可視化管理。該系統(tǒng)是建立在地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)（包括地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)劃成果庫(kù)、規(guī)劃審批庫(kù)）基礎(chǔ)上，通過(guò)共享方式利用信息中心的地下管線數(shù)據(jù)，采用全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)管理空間和屬性數(shù)據(jù)，基于GIS的一種綜合技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是跨平臺(tái)、跨應(yīng)用領(lǐng)域的綜合的應(yīng)用系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域內(nèi)管線信息的圖形顯示與管理、查詢和統(tǒng)計(jì)分析、動(dòng)態(tài)維護(hù)與更新、提供決策支持和分析等功能。

3.1 系統(tǒng)的技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle11g結(jié)合ArcSDE存儲(chǔ)和管理各類空間數(shù)據(jù)，并利用ESRI所提出的GeoDataBase模型對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，對(duì)具備空間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用ESRI的ArcEngine進(jìn)行二次開發(fā)。在開發(fā)層面所涉及到的控制信息、消息信息就均采用XML統(tǒng)一傳遞。

3.1.1 基于ORACLE、ESRI和AutoCAD的應(yīng)用模式

空間數(shù)據(jù)層采用Oracle 11g+ ArcSDE實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。采用ArcSDE作為數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成數(shù)據(jù)管理層，利用.NET開發(fā)語(yǔ)言與ArcEngine的結(jié)合，建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理層的應(yīng)用，其中通過(guò)SDE實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用和查詢和統(tǒng)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，同時(shí)利用AutoCAD實(shí)現(xiàn)電子報(bào)建功能開發(fā)。

3.1.2 跨越CAD與GIS平臺(tái)技術(shù)

采用跨平臺(tái)技術(shù)，在規(guī)劃業(yè)務(wù)審批時(shí)，融入AutoCAD技術(shù)，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)切實(shí)的圖屬互動(dòng)，圖形及屬性查詢環(huán)境下都具備業(yè)務(wù)案卷查詢、匯總統(tǒng)計(jì)、綜合分析、業(yè)務(wù)辦理等能力。

3.1.3 面向服務(wù)架構(gòu)的SOA技術(shù)

面向服務(wù)的架構(gòu)是一個(gè)架構(gòu)方法，能夠創(chuàng)建松耦合、互操作的業(yè)務(wù)服務(wù)，這些服務(wù)能夠容易的在企業(yè)內(nèi)部和外部共享。面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)特征：自包含和模塊化、互操作性、松散耦合、位置透明可組合性、明確定義的接口。

SOA是一種體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，它將應(yīng)用程序的不同功能單元——服務(wù)（service），通過(guò)服務(wù)間定義良好的接口和契約（contract）聯(lián)系起來(lái)。接口采用中立的方式定義，獨(dú)立于具體實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，使得構(gòu)建的系統(tǒng)中的服務(wù)可以使用統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行通信。這種具有中立的接口定義的特征稱為服務(wù)之間的松耦合。

4 關(guān)鍵處理流程

本項(xiàng)目包含多個(gè)關(guān)聯(lián)程度不一的子系統(tǒng)，而一些實(shí)際應(yīng)用流程又橫跨多個(gè)系統(tǒng)，因此需要用流程圖的方式進(jìn)一步規(guī)定其活動(dòng)順序。下面將對(duì)幾個(gè)比較復(fù)雜而又占有重要地位的系統(tǒng)應(yīng)用流程進(jìn)行描述，由于篇幅有限對(duì)一般的單個(gè)具體功能實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部流程不在此處討論。

4.1管線普查數(shù)據(jù)入庫(kù)

系統(tǒng)建成后，將外業(yè)探測(cè)標(biāo)段驗(yàn)收成果（符合GIS入庫(kù)要求的地下綜合管線數(shù)據(jù)整理成果（ArcGIS格式的mdb文件））進(jìn)行入庫(kù)。建立現(xiàn)狀管線庫(kù)，作為管線管線信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。為了保持管線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和正確性，以后管線業(yè)務(wù)的開展、市政工程開發(fā)、數(shù)據(jù)更新等，都要遵循本次系統(tǒng)建設(shè)的功能要求和工作機(jī)制。

4.2管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新

4.2.1綜合管線數(shù)據(jù)庫(kù)的更新機(jī)制

來(lái)源于管線工程竣工驗(yàn)收的數(shù)據(jù)更新，即綜合管線數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)更新有兩種方式：要素級(jí)更新和范圍級(jí)更新，其中前者為數(shù)據(jù)更新的主要方式，如圖2所示。

1）要素級(jí)更新

要素級(jí)更新主要實(shí)現(xiàn)在CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，登陸CAD輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)CAD展點(diǎn)功能疊加竣工測(cè)量之后的點(diǎn)線表中間格式數(shù)據(jù)（其中為每個(gè)實(shí)體賦GUID值，然后更新狀態(tài)為新增），然后調(diào)用現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)（記錄了每一個(gè)要素的GUID），實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)的對(duì)比顯示，用戶根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)更新狀態(tài)同步進(jìn)行修改，接下來(lái)調(diào)用管線監(jiān)理成圖模塊，按照一定的監(jiān)理規(guī)則檢查，并以句柄為標(biāo)識(shí)的方式記錄下來(lái)錯(cuò)誤的記錄，通過(guò)句柄可以定位到CAD圖面上提示用戶修改，反復(fù)監(jiān)理檢查修改，確定數(shù)據(jù)無(wú)質(zhì)量問(wèn)題之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的要素集入庫(kù)更新。

該方式適用于管理過(guò)程中，解決管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新問(wèn)題。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)。

2）范圍級(jí)更新

該方式適用于管理過(guò)程中，解決大范圍（新增道路、道路改造）管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新問(wèn)題。為了作業(yè)的方便，大范圍的管線更新可采用重新探測(cè)的方式，實(shí)現(xiàn)探測(cè)范圍內(nèi)所有管線的替換更新。但是進(jìn)行與更新范圍面邊線相交管線數(shù)據(jù)處理的作業(yè)要求比較高。

4.2.2 專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫(kù)的更新機(jī)制

專業(yè)管線數(shù)據(jù)來(lái)源于專業(yè)管線權(quán)屬單位的數(shù)據(jù)共享。其數(shù)據(jù)更新的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：專業(yè)管線權(quán)屬單位提交數(shù)據(jù)上傳申請(qǐng)并上傳數(shù)據(jù)，審核人員審核通過(guò)后，在ETL專業(yè)管線數(shù)據(jù)處理工具中，可選擇“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”、“轉(zhuǎn)換并入庫(kù)”任意一種操作：對(duì)于“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”操作，由用戶指定輸出地址，系統(tǒng)將專業(yè)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后以GDB格式保存至本地指定位置。對(duì)于“轉(zhuǎn)換并入庫(kù)”操作，系統(tǒng)自動(dòng)將該專業(yè)管線數(shù)據(jù)（SHP格式）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽取、重組，轉(zhuǎn)換為符合要求的專業(yè)管線數(shù)據(jù)（SHP格式），并在專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)該類型專業(yè)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行整體更新入庫(kù)操作。

5系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)建設(shè)主要包括：地下管線監(jiān)理成圖系統(tǒng)、地下空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、CAD綜合應(yīng)用系統(tǒng)、系統(tǒng)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)以管線數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)為核心，簡(jiǎn)要功能結(jié)構(gòu)如下圖所示：

5.1地下管線數(shù)據(jù)監(jiān)理成圖系統(tǒng)

地下管線數(shù)據(jù)監(jiān)理成圖系統(tǒng)，采用C/S架構(gòu)，主要對(duì)地下綜合管線數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)理、檢查操作。包括數(shù)據(jù)載入、監(jiān)理規(guī)則定義、元數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)監(jiān)理、輔助糾錯(cuò)、管線成圖、查詢、統(tǒng)計(jì)、工具條等模塊。

該系統(tǒng)的主要目的是對(duì)于管線點(diǎn)線表入庫(kù)數(shù)據(jù)在入庫(kù)前進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)成圖后的圖面檢查，確保進(jìn)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，服務(wù)于管線普查數(shù)據(jù)入庫(kù)和竣工成果入庫(kù)。特別是在日后的系統(tǒng)使用過(guò)程中，對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢查提供便利的工具。界面如圖4所示：

5.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

地下管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，包括系統(tǒng)調(diào)圖、地圖操作、數(shù)據(jù)加載、查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)監(jiān)理、入庫(kù)更新、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、地圖輸出等。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的更新入庫(kù)和數(shù)據(jù)管理，適用于管網(wǎng)建設(shè)管理有限公司用戶。

5.3 CAD綜合應(yīng)用系統(tǒng)

CAD綜合應(yīng)用系統(tǒng)，采用跨平臺(tái)技術(shù)，在城市地下管線管理的過(guò)程中，融入AutoCAD技術(shù)，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)切實(shí)的圖屬互動(dòng)，圖形編輯及屬性查詢。系統(tǒng)提供依據(jù)管線業(yè)務(wù)的需要按照指定的范圍進(jìn)行調(diào)圖（調(diào)取工程范圍線、現(xiàn)狀地形、現(xiàn)狀管線、路網(wǎng)數(shù)據(jù)）、管線繪制、管線分析、具備屬性標(biāo)注和打印輸出等功能。系統(tǒng)適用于管網(wǎng)建設(shè)管理有限公司、設(shè)計(jì)單位使用。

5.4 運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)

系統(tǒng)管理系統(tǒng)包括安全管理（用戶權(quán)限管理、角色管理等）、日志管理（登錄日志、操作日志等）、配置管理（元數(shù)據(jù)管理等）。用于管理其他各系統(tǒng)的用戶權(quán)限和功能權(quán)限，實(shí)現(xiàn)權(quán)限的統(tǒng)一分配和管理。

6 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)的建設(shè)成果應(yīng)用具有保密性，所以系統(tǒng)運(yùn)行采用C/S架構(gòu)。主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：平臺(tái)采用先進(jìn)的SOA技術(shù)以及組件化、構(gòu)件化技術(shù)，構(gòu)建了基于空間數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的開放式軟件體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了管線應(yīng)用模式的創(chuàng)新。系統(tǒng)創(chuàng)立了大范圍綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、分布式管理、分級(jí)維護(hù)的新模式，更有利于管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新和規(guī)?；瘧?yīng)用。為城市管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、管理、維護(hù)提供一套長(zhǎng)效管理機(jī)制，減少傳統(tǒng)模式下反復(fù)的普查資源投入，打通綜合管線與專業(yè)管線之間交互共享的通道，實(shí)現(xiàn)了管理效益的最大化。

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