南水北調(diào)配套工程基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

□王志軍　□豆喜朋（河南省水利勘測有限公司）

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南水北調(diào)配套工程基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

□王志軍□豆喜朋（河南省水利勘測有限公司）

摘要：南水北調(diào)配套工程是南水北調(diào)中線工程發(fā)揮效益的關(guān)鍵,其安全運(yùn)行直接影響著城市的供水安全，是城市賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。然而對(duì)后期運(yùn)營管理、維修養(yǎng)護(hù)等具有重要意義的配套工程基礎(chǔ)信息存在著數(shù)據(jù)量大、存放形式多樣、位置分散等問題，且配套工程包含大量的地下工程，具有隱蔽性特征。文章旨在建立南水北調(diào)配套工程基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配套工程基礎(chǔ)信息高效的組織、管理，同時(shí)動(dòng)態(tài)的展示在統(tǒng)一的三維空間架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸水管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的信息化管理，對(duì)配套工程安全運(yùn)行、維修養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急方案的制定等具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：配套工程；基礎(chǔ)信息管理；GIS；三維地下空間

1引言

南水北調(diào)配套工程是總干渠沿線分水口門到各城市水廠之間的輸水工程，擔(dān)負(fù)著承上啟下的輸水任務(wù)，是南水北調(diào)中線工程發(fā)揮效益的關(guān)鍵。其安全運(yùn)行直接影響著城市的供水安全，是城市賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，然而許多工程在建設(shè)過程中都比較重視，而忽視工程整個(gè)生命周期的運(yùn)營、維護(hù)。同時(shí)河南省受水區(qū)配套工程有著戰(zhàn)線長、參建單位多、建管單位多等建設(shè)特點(diǎn)。目前建設(shè)過程中形成的勘測、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、工程管理等基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)龐大，且由于配套工程屬于地下工程，具有很強(qiáng)的隱蔽性，這些非常重要的建設(shè)資料如果不能集中的信息化管理，將會(huì)極大增加配套工程后期運(yùn)營管理工作的難度和復(fù)雜度。

隨著GIS技術(shù)的日益成熟，其強(qiáng)大的空間信息管理和分析能力為配套工程基礎(chǔ)信息管理提供了有力的保障。配套工程基礎(chǔ)信息管理工作也因此進(jìn)入了一個(gè)新的信息化、數(shù)字化、定量化階段。高效統(tǒng)一的信息管理不僅節(jié)省大量人力物力提高了工作效率，避免信息孤島加大信息共享，而且GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析能力使供水管網(wǎng)的維修養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)工作更具科學(xué)性。同時(shí)也是對(duì)“河南省南水北調(diào)受水區(qū)供水配套工程自動(dòng)化調(diào)度與運(yùn)行管理決策支持系統(tǒng)”的支持、補(bǔ)充和完善。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為5層：網(wǎng)絡(luò)通信層、數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)庫層、GIS平臺(tái)層和應(yīng)用層，使系統(tǒng)高內(nèi)聚低耦合，從而在擁有開放式應(yīng)用接口的基礎(chǔ)上有極強(qiáng)的擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)通信層承擔(dān)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，主要是Intranet企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)內(nèi)部通信；數(shù)據(jù)獲取層包括從CAD數(shù)據(jù)獲取模塊、從文檔數(shù)據(jù)獲取模塊、從表格數(shù)據(jù)獲取模塊、從紙質(zhì)材料獲取模塊，各個(gè)模塊不僅有方便實(shí)用的數(shù)據(jù)提取、加工工具，而且對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)有質(zhì)檢功能；數(shù)據(jù)庫層完成對(duì)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的管理。包括對(duì)空間地理信息數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫的增加記錄、刪除記錄、修改記錄、查詢記錄等操作；GIS平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)基于GIS的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能。包含基礎(chǔ)信息檢索、專題統(tǒng)計(jì)、三維顯示、專題制圖、空間分析等功能；應(yīng)用層則是實(shí)現(xiàn)二三維一體化顯示、查詢統(tǒng)計(jì)、管線分析、工程檔案、運(yùn)行管理等。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)圖

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)潛在用戶包含各個(gè)作業(yè)單位信息管理員、建管單位負(fù)責(zé)從各作業(yè)單位收集數(shù)據(jù)的信息收集員、信息整理員、信息匯集員以及建管單位決策人員。各級(jí)用戶對(duì)系統(tǒng)需求概況如下。

第一，建立供水管線多尺度、多類型基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫體系，豐富空間信息展現(xiàn)形式，建成包括地形、地貌、地名、交通、城市三維模型等基本地理要素信息的基礎(chǔ)地理信息體系。

第二，根據(jù)現(xiàn)有管線設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)輸水管線的三維可視化。將原有二維的數(shù)據(jù)和相關(guān)屬性在三維空間中展示，增強(qiáng)管線信息的現(xiàn)實(shí)感，用形象逼真的手段實(shí)現(xiàn)管線各類信息的顯示。

第三，南水北調(diào)配套工程管理信息系統(tǒng)在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，提供各種空間分析功能，如斷面分析、開挖分析等，實(shí)現(xiàn)管線分析的信息化；同時(shí)提供對(duì)管線的查詢分析功能，以及統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表的輸出；對(duì)于已出現(xiàn)問題的管線，系統(tǒng)予以登記，并對(duì)事故原因進(jìn)行初步分析，記錄相關(guān)信息。

系統(tǒng)的信息流如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)信息流圖

3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

地理信息數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的主要組成部分。地理信息數(shù)據(jù)庫包含影像、DEM、行政地名、行政界線、交通設(shè)施等。具體描述見表1。

表1　地理信息數(shù)據(jù)庫表

配套工程基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫包括對(duì)勘測、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、工程管理等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，具體描述見表2。

表2　配套工程基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫表

系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶、權(quán)限、系統(tǒng)日志、系統(tǒng)字典的管理。用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的增刪改查等操作；權(quán)限為每個(gè)用戶分配不同權(quán)限，省級(jí)用戶：可查省內(nèi)全部線路的信息及資料；市級(jí)用戶：只可查看本市線路的信息及資料；一般人員：只可查看自己所在線路的信息及資料；日志記錄了系統(tǒng)的使用日志和系統(tǒng)使用過程中發(fā)生錯(cuò)誤的日志等信息；系統(tǒng)字典記錄了系統(tǒng)中使用的字典，方便用戶修改。具體描述見表3。

表3系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫表

4系統(tǒng)主要功能模塊及實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)功能模塊

4.1.1三維瀏覽控制模塊

提供了多種方式、多種內(nèi)容的可視化效果，可以從不同角度查看多種比例尺下三維場景的各個(gè)要素，從而快速的、可視化的了解工程整體情況。如模擬開挖可根據(jù)用戶需求自行設(shè)置開挖位置、形狀、深度，實(shí)現(xiàn)模擬開挖，虛擬現(xiàn)實(shí)，展示局部的地下配套管網(wǎng)三維空間分布。同時(shí)可查詢各管線的相關(guān)信息。也可通過“沿線開挖”模擬整體地下管線開挖情況，查看整體管道地下空間分布；二三維一體化顯示，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)二維管線與三維地下管線的位置聯(lián)動(dòng)。二維管線表現(xiàn)簡潔，適用工程應(yīng)用，三維管線場景表現(xiàn)逼真，適用立體展現(xiàn)，二三維管線相互增強(qiáng)，可以滿足不同用戶的使用需求。

4.1.2查詢統(tǒng)計(jì)模塊

提供了多種方式查詢、統(tǒng)計(jì)工具，可以快速查詢到目標(biāo)實(shí)體概要、詳細(xì)信息；同時(shí)可以對(duì)某個(gè)興趣字段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出所有同類實(shí)體，并快速三維定位；根據(jù)不同用戶權(quán)限可以對(duì)查詢、統(tǒng)計(jì)到的結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)出、打印操作。

4.1.3管線分析模塊

提供了基本的、專業(yè)的分析工具，可以有效地進(jìn)行各類基于三維空間的分析。如斷面分析，任意繪制一條橫斷面線，系統(tǒng)可計(jì)算出該斷面下管線的相對(duì)空間位置，并按國家規(guī)范的樣式以圖形方式展示相關(guān)地質(zhì)信息，同時(shí)可切換真實(shí)紋理和專業(yè)圖例兩種顯示方式；地下管線位置通過上下對(duì)照分析功能，可以定位到對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)位置，同時(shí)顯示坐標(biāo)和埋深信息，方便在地表快速、準(zhǔn)確的定位。

4.1.4工程檔案模塊

不僅提供了工程概況、工程通訊錄查閱、參建單位信息查詢和導(dǎo)出，而且系統(tǒng)還提供與其他管理系統(tǒng)的接口，通過調(diào)閱工程檔案管理系統(tǒng)，可以查閱工程建設(shè)各個(gè)階段的設(shè)計(jì)文件、批復(fù)報(bào)告、設(shè)計(jì)變更、合同變更及竣工驗(yàn)收資料等。

4.1.5運(yùn)行管理模塊

對(duì)運(yùn)行管理過程中涉及運(yùn)行安全的相關(guān)問題進(jìn)行登記、查詢和統(tǒng)計(jì)。通過對(duì)生產(chǎn)廠家、施工單位等維護(hù)信息的統(tǒng)計(jì)，可以快速找到經(jīng)常發(fā)生維修養(yǎng)護(hù)的管斷對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)廠家或施工單位，進(jìn)而找出該生產(chǎn)廠家或施工單位參與的其他管段是否存在

用戶權(quán)限系統(tǒng)日志系統(tǒng)字典

用戶名密碼省級(jí)用戶市級(jí)用戶一般人員系統(tǒng)日志錯(cuò)誤日志系統(tǒng)字典業(yè)務(wù)字典風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判的目的。

4.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與部署

以實(shí)現(xiàn)基于三維地理場景的南水北調(diào)配套工程基礎(chǔ)信息管理及運(yùn)營維護(hù)為目標(biāo)，以數(shù)據(jù)流走向及數(shù)據(jù)之間邏輯關(guān)系為主線，分析系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程。系統(tǒng)基于Intranet局域網(wǎng)的環(huán)境運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖3。

圖3　局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，基于Supermap搭建，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，Web服務(wù)器采用MicroSoft IIS，影像服務(wù)器采用Supermap iServer。圖4和圖5分別展示了系統(tǒng)地上和地下三維情況。

圖4　地上三維展示圖

圖5　地下三維展示圖

5結(jié)語

系統(tǒng)集地上三維與地下三維于一體，是以三維輸水管線基礎(chǔ)信息管理為主題的綜合系統(tǒng)，可直觀的、真實(shí)的展現(xiàn)配套管線的三維特征及空間分布，具有配套工程輸水管線基礎(chǔ)信息的管理、存儲(chǔ)、查詢、分析等功能；可廣泛應(yīng)用于配套工程管理、綜合展示、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、應(yīng)急搶險(xiǎn)等領(lǐng)域。

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（責(zé)任編輯：趙鑫）

中圖分類號(hào)：TV7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8853(2016)01-0027-03