基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的城市綜合地下管線信息服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建

王興海，沈雨，張紅軍，袁康

(1.江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，江蘇 南京 210000； 2.南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇 南京 210019)

基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的城市綜合地下管線信息服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建

王興海1*，沈雨2，張紅軍2，袁康2

(1.江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，江蘇 南京 210000； 2.南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇 南京 210019)

城市地下管線是城市的血管，是城市有機(jī)體健康運(yùn)行的重要組成部分。隨著城市精細(xì)化管理進(jìn)程的推進(jìn)和移動(dòng)應(yīng)用需求的日益提升，越來越要求數(shù)據(jù)獲取的及時(shí)性、高效性和準(zhǔn)確性，而目前城市綜合管線的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用存在數(shù)據(jù)量大、加載速度慢等問題。本文針對(duì)城市管線的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用存在的效率問題提出基于終端設(shè)備分辨率的綜合管線特征數(shù)據(jù)無損提取技術(shù)和漸進(jìn)式數(shù)據(jù)加載技術(shù)，并利用此技術(shù)構(gòu)建了“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的城市綜合地下管線信息服務(wù)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)在南京市管線動(dòng)態(tài)維護(hù)和地質(zhì)勘察鉆孔點(diǎn)選取工作中得到實(shí)際驗(yàn)證和應(yīng)用。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；地下管線；數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)；服務(wù)系統(tǒng)

1 引 言

城市地下管線承擔(dān)著為城市輸送著物質(zhì)、能量與信息的重任，管線事故會(huì)對(duì)人民生活、社會(huì)安定及經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來較大影響，還可能造成火災(zāi)、地陷、交叉污染等間接事故。受傳統(tǒng)城市地下管線信息獲取和服務(wù)方式的制約，在管線重大突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，難以為應(yīng)急響應(yīng)提供快速、有效的輔助決策。

根據(jù)國(guó)辦發(fā)〔2014〕27號(hào)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》，江蘇省較早開展了全省管線普查工作。2015年，南京市完成了全市域管線普查工作，總長(zhǎng)度已達(dá)5萬千米。南京市從2004年開始即開展了地下管線普查整合工作，建立了地下綜合管線信息系統(tǒng)。但是在管線重大事故的應(yīng)急處置過程中，由于受到數(shù)據(jù)量限制以及管線信息數(shù)據(jù)獲取的不便捷等因素影響，現(xiàn)有的管線信息服務(wù)模式難以滿足對(duì)管線事故應(yīng)急響應(yīng)的輔助支持，成為地下管線信息服務(wù)亟待解決的問題。

本文重點(diǎn)研究基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的城市綜合地下管線信息服務(wù)技術(shù)，重點(diǎn)解決面向移動(dòng)設(shè)備的自適應(yīng)管線圖形顯示技術(shù)和系統(tǒng)構(gòu)建，使在移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)條件下實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的矢量化加載和秒級(jí)刷新，以滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用、應(yīng)急處置的要求。

2 技術(shù)路線及架構(gòu)

2.1 空間數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)方法

移動(dòng)終端設(shè)備的內(nèi)存和顯存資源有限，這對(duì)移動(dòng)終端上的圖形化顯示技術(shù)提出了很高的要求[1]。提升移動(dòng)終端圖形化顯示效率最直接的方法是減少顯示數(shù)據(jù)量，可以從矢量數(shù)據(jù)提取、網(wǎng)絡(luò)傳輸和客戶端繪制三個(gè)方面提升效率，但需要確保所有經(jīng)化簡(jiǎn)后的矢量數(shù)據(jù)圖形主體和拓?fù)潢P(guān)系的正確性。

傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)從后臺(tái)數(shù)據(jù)入手，本研究從移動(dòng)終端顯示能力為切入點(diǎn)，以有限尺寸和分辨率的移動(dòng)終端為對(duì)象，在確保矢量圖形特征不變的前提下，從后端實(shí)時(shí)抽取空間數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。為提高空間數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)抽取效率，構(gòu)建了基于矢量要素節(jié)點(diǎn)的空間索引，而非傳統(tǒng)的基于網(wǎng)格的空間索引[2]?；?jiǎn)基本流程如下：

(1)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的視圖控制參數(shù)(視圖窗口的外包矩形的寬度和高度)，將原始空間數(shù)據(jù)的原始坐標(biāo)變換得到視圖窗口的視圖坐標(biāo)。

(2)分析視圖坐標(biāo)點(diǎn)是否符合化簡(jiǎn)條件，分析視圖坐標(biāo)點(diǎn)中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都相等的視圖坐標(biāo)點(diǎn)，判斷視圖坐標(biāo)點(diǎn)是否符合化簡(jiǎn)條件，或者分析視圖坐標(biāo)點(diǎn)中對(duì)應(yīng)于視圖窗口上相同像素的視圖坐標(biāo)點(diǎn)，判斷視圖坐標(biāo)點(diǎn)是否符合化簡(jiǎn)條件。為了保證化簡(jiǎn)前后矢量數(shù)據(jù)顯示的效果是一樣的，需要用實(shí)際顯示的視圖窗口中空間實(shí)體的放大比例給視圖控制參數(shù)中空間實(shí)體在視圖窗口中顯示時(shí)的放大比例賦值，同時(shí)也可以通過調(diào)整空間實(shí)體的放大比例，來控制數(shù)據(jù)的壓縮比，即化簡(jiǎn)掉的坐標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)除以總的坐標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)，空間實(shí)體的放大比例越小，數(shù)據(jù)的壓縮比越大，但如果獲得更大的壓縮比，會(huì)有更多的表現(xiàn)圖形細(xì)節(jié)的坐標(biāo)點(diǎn)會(huì)被化簡(jiǎn)掉。

(3)將符合化簡(jiǎn)條件的視圖坐標(biāo)點(diǎn)去掉，剩下的視圖坐標(biāo)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)的傳輸和顯示。

經(jīng)測(cè)試，iPhone、iPad和Android(華為和三星手機(jī))終端上，在移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，11個(gè)管線圖層，32類管點(diǎn)符號(hào)，在不同比例尺下均可達(dá)到秒級(jí)刷新效率，要素?zé)o可識(shí)別變形，拾取精度高。

2.2 技術(shù)路線

管線空間數(shù)據(jù)采用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，通過導(dǎo)入工具可以將Shapefile格式的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)，包括空間信息、屬性信息，并在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中重構(gòu)管線空間拓?fù)?。采用Java開發(fā)空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，并對(duì)外開放Javascript調(diào)用接口?？臻g數(shù)據(jù)采用自定義壓縮并結(jié)合GNUzip壓縮在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，屬性數(shù)據(jù)采用JSON格式傳輸，并建立與空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系[3，4]。

前端采用HTML5技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的矢量化繪制，管線點(diǎn)符號(hào)采用TrueType字體文件，同時(shí)調(diào)用天地圖在線服務(wù)作為背景底圖，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)和跨終端的應(yīng)用。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)路線

3 系統(tǒng)主要功能介紹

3.1 地圖管理

地圖管理實(shí)現(xiàn)地圖放大、地圖縮小、地圖漫游、全圖、長(zhǎng)度量測(cè)、面積量測(cè)、面積量測(cè)、信息查詢、圖層列表等功能。

圖3 系統(tǒng)主界面

3.2 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢模塊包括空間查詢、屬性查詢和道路查詢?？臻g查詢是用戶輸入兩個(gè)不同的坐標(biāo)所構(gòu)成的區(qū)域并選擇待查詢的管線種類，系統(tǒng)定位到選擇區(qū)域并高亮顯示該區(qū)域范圍內(nèi)相應(yīng)類別的管線，并在屬性窗口顯示管線的屬性信息。屬性查詢是用戶選擇查詢的管線種類和各個(gè)種類對(duì)應(yīng)的字段，獲取各個(gè)字段對(duì)應(yīng)的獨(dú)立值，以這些條件組成查詢語句，系統(tǒng)將列出該語句查詢屬性窗口顯示管線的屬性信息，并定位顯示相應(yīng)類別的管線。道路查詢是用戶選擇待查詢的道路和管線種類，系統(tǒng)將定位到對(duì)應(yīng)道路并高亮顯示該道路范圍內(nèi)相應(yīng)類別的管線，并在屬性窗口顯示管線的屬性信息。

圖4 空間查詢

3.3 管網(wǎng)分析

管網(wǎng)分析模塊包括地址匹配、連通性分析、橫斷面分析、縱斷面分析、水平凈距分析、垂直凈距分析、緩沖區(qū)分析、關(guān)閥分析、流向分析和溯源分析。

圖5 橫剖分析

其中地址匹配支持正反向匹配，即可通過輸入地名或地址通過精確匹配或模糊匹配定位到空間位置，也可根據(jù)空間位置獲得地名或地址，該功能可方便用戶快速定位空間范圍，查看管線現(xiàn)狀，如通過道路名匹配定位、通過小區(qū)名匹配定位、通過方位描述信息匹配定位(如漢府花園小區(qū)北門)。

關(guān)閥分析主要用于供水管線和燃?xì)夤芫€，判斷出現(xiàn)漏水點(diǎn)或漏氣點(diǎn)后應(yīng)該及時(shí)關(guān)閉哪些閥門。關(guān)閥分析工具在管線爆管(漏氣)處單擊，系統(tǒng)將自動(dòng)通過網(wǎng)絡(luò)追蹤進(jìn)行關(guān)閥分析，并根據(jù)管道中介質(zhì)流向(氣、水等)區(qū)分為必須關(guān)閉的閥門和可不關(guān)閉的閥門，對(duì)關(guān)閥失靈的閥門可以進(jìn)行二次關(guān)閥分析，并根據(jù)關(guān)閥方案分析受影響的用戶[5]。

流向和溯源分析主要用于雨水和污水管線，流向分析可以從樓前出水口追蹤分析，了解該出水口是如何流入污水處理廠或自然水體，如果發(fā)現(xiàn)最終無法進(jìn)入污水處理場(chǎng)或自然水體，則可以判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性或?qū)嶋H管線的合理性。溯源分析可以用于檢查和分析市政匯交井都能收集小區(qū)內(nèi)哪些出水口的排水，同時(shí)也能判斷小區(qū)所有出水口的流出方向和經(jīng)過的管段。

圖6 流向分析

3.4 管線巡線

管線巡線可以滿足供水和燃?xì)獾难矙z工作，包括隱患上報(bào)、隱患查詢、應(yīng)急通知、工作計(jì)劃、實(shí)時(shí)定位、軌跡查看六個(gè)功能。通過隱患上報(bào)功能，用戶可上報(bào)發(fā)生的隱患。隱患查詢功能使用戶可查詢發(fā)生的隱患及詳細(xì)信息。應(yīng)急通知是欲動(dòng)緊急情況可以臨時(shí)派發(fā)巡檢處置任務(wù)。工作計(jì)劃可指定工作計(jì)劃，并根據(jù)工作計(jì)劃安排具體實(shí)施計(jì)劃。實(shí)時(shí)定位根據(jù)GPS信號(hào)確定人員或車輛當(dāng)前的地理位置。軌跡查可以查看工作計(jì)劃中上報(bào)的坐標(biāo)，并形成軌跡線，統(tǒng)計(jì)每天、每月、每年的巡線線路總長(zhǎng)度，便于對(duì)巡檢人員的考勤和績(jī)效進(jìn)行評(píng)定[6]。

圖7 隱患上報(bào)

4 結(jié) 語

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，GIS技術(shù)的移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用也日趨成熟，本研究提出的基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的GIS數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)新思路，并通過綜合地下管線信息服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了驗(yàn)證，基于HTML5技術(shù)的終端應(yīng)用，可以適應(yīng)多平臺(tái)應(yīng)用，在一定程度上提升管線數(shù)據(jù)的易用性[7]。但互聯(lián)網(wǎng)管線GIS數(shù)據(jù)應(yīng)用還存在數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)脫密和傳輸加密等問題，本課題的后續(xù)研究中將加以完善。

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Mobile Internet-Based Information Service System of Urban Underground Pipeline Construction

Wang Xinghai1，Shen Yu2，Zhang Hongjun2，Yuan Kang2

(1.Department of Housing and Urban-Rural Development of Jiangsu Province，Nanjing 210000，China；2.Nanjing Institute of Surveying，Mapping & Geotechnical Investigate，Co.，Ltd，Nanjing 210019，China)

Urban underground pipeline is the city's blood vessels and an important part of urban organism maintaining its healthy operation. With the advancement of meticulous management and the increasing demand of mobile applications，more and more data acquisition is required in time，efficiency and accuracy. At present，there are large amount of data and slow load in the application of mobile Internet in urban integrated pipelines. And other issues. In this paper，based on the problem of the efficiency of the application of moving objects in the urban pipeline，this paper presents the non-destructive extraction technique and progressive data loading technology of the integrated pipeline characteristic data based on the resolution of the terminal equipment，and constructs the integrated underground pipeline information service of the mobile Internet System，the system in the Nanjing pipeline dynamic maintenance and geological survey drilling point selection work to be the actual validation and application.

mobile internet；underground pipeline；services system

1672-8262(2016)06-27-05

P208.2

A

2016—07—05

王興海(1975—)，男，碩士，高級(jí)規(guī)劃師，主要從事城市規(guī)劃及信息化建設(shè)管理工作。

本論文受2014年南京市軟件產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人物補(bǔ)助專項(xiàng)資助。