基于“裝配式”GIS技術(shù)架構(gòu)的柳州地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

向祎，譚仁春，章青

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

基于“裝配式”GIS技術(shù)架構(gòu)的柳州地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

向祎*，譚仁春，章青

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

地下綜合管網(wǎng)信息管理是提高地下管線信息化建設(shè)、規(guī)范城市規(guī)劃建設(shè)管理和實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)的工作重點(diǎn)之一。本文對“裝配式”GIS架構(gòu)、“圖庫一體化”和地下三維建模技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了柳州市地下管線的智慧監(jiān)管，提高了地下管線管理的工作效率。

地下綜合管網(wǎng)；“裝配式”GIS；地下三維

1 引 言

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市規(guī)劃建設(shè)管理的重要基礎(chǔ)信息，具有種類多、分布廣、管線敷設(shè)時間跨度大、管線里程日益增加等特點(diǎn)，需要不斷更新和維護(hù)。為提高地下管線數(shù)據(jù)的信息化效率，規(guī)范地下管線建設(shè)的規(guī)劃和管理，實(shí)現(xiàn)地下管線數(shù)據(jù)信息的實(shí)時更新，構(gòu)建基于GIS技術(shù)的地下綜合管網(wǎng)信息管理平臺，對城市地下綜合管網(wǎng)的全程實(shí)施動態(tài)監(jiān)管有非常重要的戰(zhàn)略意義。

近年來，隨著城市建設(shè)的速度加快，城市綜合管網(wǎng)各類管理問題不斷出現(xiàn)，柳州市地下管線信息化工作存在基礎(chǔ)薄弱，管理混亂，信息化水平參差不齊，各管線權(quán)屬單位“各管各線”，缺乏必要的數(shù)據(jù)更新手段和共享機(jī)制。因此，在柳州市公共信息云平臺上，結(jié)合數(shù)字柳州地理空間框架建設(shè)柳州地下綜合管網(wǎng)信息管理平臺，為規(guī)范柳州地下管線管理和柳州的智慧城市建設(shè)提供重要幫助。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

柳州市地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)采用C/S和B/S混合架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對柳州基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和地下管線數(shù)據(jù)的服務(wù)和管理。系統(tǒng)分為地下綜合管線管理子系統(tǒng)，地下綜合管線應(yīng)用子系統(tǒng)，城市三維地下綜合管線管理子系統(tǒng)和地下綜合管線共享服務(wù)平臺四個子系統(tǒng)。系統(tǒng)采用“裝配式”搭建技術(shù)，將GIS系統(tǒng)中的“功能模塊”、“UI”、“業(yè)務(wù)流程”和“數(shù)據(jù)”等構(gòu)成要素進(jìn)行“模塊化”拆分，通過可視化“零代碼”設(shè)計(jì)及事件綁定，快速搭架系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

系統(tǒng)采用Oracle 11G數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和ArcGIS 10.3軟件體系搭建。由于地下管線數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)安全性要求高，因此采用Oracle 11G管理數(shù)據(jù)，其中屬性和圖片數(shù)據(jù)采用Oracle進(jìn)行存儲和管理，空間數(shù)據(jù)采用ArcSDE+Oracle的方式進(jìn)行管理?？臻g數(shù)據(jù)發(fā)布采用ArcGIS Server10.3實(shí)現(xiàn)，客戶端采用HTML，F(xiàn)lex和ArcGIS Engine等實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)體系如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)體系

2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

柳州地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)主要管理地下管線相關(guān)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，包括地下管線數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、管線專題數(shù)據(jù)庫組成，具體如表1所示。

數(shù)據(jù)總表 表1

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在中央數(shù)據(jù)庫，采用集中的管理方式，以保證數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)以類別和要素的主要類型(點(diǎn)、線、注記)為主要依據(jù)進(jìn)行分層，每一個要素對應(yīng)唯一的ID，每個ID對應(yīng)空間數(shù)據(jù)中的具體圖元?？梢酝ㄟ^ID定位圖元的所在空間位置以及與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1采用“裝配式”GIS軟件開發(fā)體系架構(gòu)開發(fā)

針對管線業(yè)務(wù)部門多，數(shù)據(jù)種類增加快，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及功能需求變更頻繁等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用“裝配式”GIS軟件開發(fā)體系架構(gòu)，用戶和軟件開發(fā)者可以從數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)展示、要素操作、功能拓展、用戶權(quán)限等方面根據(jù)需求自行配置調(diào)整，以保障平臺的生命力，提高平臺的靈活性、可擴(kuò)展性與通用性，方便平臺的擴(kuò)展維護(hù)。

本系統(tǒng)將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地下管線專題數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)服務(wù)資源模塊以及GIS應(yīng)用功能、流程功能等功能服務(wù)模塊，通過“裝配式”GIS框架，以搭積木方式靈活組建柳州地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)下的四個子系統(tǒng)。如圖3所示：

3.2 “圖庫一體化”的管線建庫與更新技術(shù)

系統(tǒng)采用了“圖庫一體化”的管線建庫與更新技術(shù)，能夠較好的解決長期困擾行業(yè)內(nèi)管線圖、庫信息不一致的問題，實(shí)現(xiàn)了柳州市管線圖與管線庫的模型、生產(chǎn)、管理、更新與產(chǎn)品一體化。如圖4所示：

圖庫一體化過程利用并發(fā)數(shù)據(jù)更新技術(shù)，允許多個用戶同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，在此過程中，系統(tǒng)監(jiān)視用戶狀態(tài)，當(dāng)確認(rèn)用戶最終提交數(shù)據(jù)后，自動將更新的數(shù)據(jù)合并到數(shù)據(jù)庫中，并通知所有用戶更新情況。

圖3 “裝配式”GIS軟件開發(fā)體系架構(gòu)

圖4 “圖庫一體化”的管線建庫與更新

3.3二維驅(qū)動三維自動建模與更新技術(shù)

三維管線數(shù)據(jù)是在二維管線數(shù)據(jù)維度上的擴(kuò)展延伸，可以在三維地圖上進(jìn)行更加直觀的展示。系統(tǒng)通過構(gòu)造實(shí)體幾何法、掃描法+格網(wǎng)造型法等多種自動化方式，實(shí)現(xiàn)了地下管線及不同類型附屬設(shè)施ArcGIS管線數(shù)據(jù)庫的精細(xì)化自動建模以及實(shí)時驅(qū)動局部更新，如圖5所示。

自動生成的三維管線數(shù)據(jù)與二維管線數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)屬性上一致，系統(tǒng)通過對地形圖數(shù)據(jù)和管線數(shù)據(jù)的三維符號化處理，實(shí)現(xiàn)管線的三維動態(tài)顯示，在保留二維數(shù)據(jù)的分析功能基礎(chǔ)上添加了針對地下管轄數(shù)據(jù)的三維分析功能。

圖5二維驅(qū)動三維建模

3.4統(tǒng)一的地理信息服務(wù)接口

系統(tǒng)發(fā)布的地理信息服務(wù)包括動態(tài)地圖服務(wù)，瓦片地圖服務(wù)和要素地圖服務(wù)等地圖服務(wù)以及查詢，統(tǒng)計(jì)，分析和量算等幾何運(yùn)算服務(wù)，由于客戶端(C/S和B/S)系統(tǒng)采用的開發(fā)語言并不相同(Flex，JavaScript，.NET等)，調(diào)用處理數(shù)據(jù)的方法也各異，因此采用統(tǒng)一的開發(fā)接口進(jìn)行調(diào)用。部分接口如表2所示。

接口列表 表2

此外，對服務(wù)接口可以進(jìn)行管理，根據(jù)系統(tǒng)的使用環(huán)境和用戶的不同，對發(fā)布的接口進(jìn)行添加，編輯和刪除。

3.5統(tǒng)一用戶權(quán)限管理服務(wù)

系統(tǒng)采用統(tǒng)一用戶權(quán)限管理服務(wù)，保障符合權(quán)限標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用戶使用1∶500、1∶2 000地形圖、影像圖和各類地下管線數(shù)據(jù)等涉密數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)采用基于集中認(rèn)證模型、Hash加密算法的跨平臺、跨系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶權(quán)限管理服務(wù)，通過建立包含了柳州市規(guī)劃局、檔案館及各分局的使用人員數(shù)據(jù)庫，使用統(tǒng)一管理后臺可靈活定制各系統(tǒng)的邏輯模塊及用戶角色，運(yùn)用Hash加密算法對用戶權(quán)限信息加密，實(shí)現(xiàn)單方向的解密處理，從而保證的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全性，搭建了安全可靠的權(quán)限管理服務(wù)，同時該權(quán)限管理服務(wù)基于WebService方式發(fā)布實(shí)現(xiàn)跨平臺、跨系統(tǒng)調(diào)用。

3.6地下綜合管網(wǎng)的智慧監(jiān)管模式

系統(tǒng)采用地下綜合管網(wǎng)的“智慧監(jiān)管”模式，實(shí)現(xiàn)了各類管線信息的智慧監(jiān)管。系統(tǒng)把基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，多源三維模型數(shù)據(jù)和管線專題數(shù)據(jù)用GIS技術(shù)存儲，用以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式發(fā)布；系統(tǒng)中共享的各種數(shù)據(jù)資料，供不同管理部門不同用戶分類使用，并通過分權(quán)限、分角色管理，在數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的保密。

柳州市地下綜合管網(wǎng)信息管理平臺針對不同用戶的需求，建立科學(xué)合理的信息管理機(jī)制來強(qiáng)化地下管線的過程管理，為管線規(guī)劃、設(shè)計(jì)、報建、審批、竣工、入庫和共享服務(wù)等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)提供了全面、實(shí)用的系統(tǒng)功能。

4 系統(tǒng)主要功能模塊

4.1數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)入庫更新管理時的整套流程。即先進(jìn)行管線數(shù)據(jù)檢查，對滿足數(shù)據(jù)庫規(guī)范的管線數(shù)據(jù)導(dǎo)入到臨時庫中，在數(shù)據(jù)管理員對臨時庫的數(shù)據(jù)審批通過后，對最終的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)提交發(fā)布。如圖6所示。

圖6 管線數(shù)據(jù)管理流程

4.2管線規(guī)劃審批

系統(tǒng)可輔助用戶完成排管布網(wǎng)方案，利用已有的規(guī)范庫，對新規(guī)劃管線進(jìn)行分析判斷其是否符合規(guī)范，對不滿足規(guī)范指標(biāo)的數(shù)據(jù)采用醒目色標(biāo)識預(yù)警，從而分析管線規(guī)劃方案、現(xiàn)狀管線和已批建的方案之間的關(guān)系，并可以對規(guī)劃管線進(jìn)行編輯操作。輔助用戶完成排管布網(wǎng)規(guī)劃方案。如圖7所示。

圖7 規(guī)劃管線凈距分析

4.3管線施工輔助

系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)操作對象，可對指定區(qū)域(施工區(qū)域)可以進(jìn)行空間查詢，斷面分析(如圖8所示)和挖方分析(如圖9所示)等操作，將施工區(qū)域的管線信息全方位的在系統(tǒng)中展現(xiàn)，為管線施工提供圖表依據(jù)。

圖8斷面分析

圖9 挖方分析

4.4應(yīng)急處理

系統(tǒng)在針對管線遇到的爆管，洪水等事故時提供了應(yīng)急處理功能。系統(tǒng)針對燃?xì)夂徒o水等壓力管爆管時給出關(guān)閥方案，即爆管分析功能(如圖10所示)；以及計(jì)算洪水水位到達(dá)某高程值時指定緩沖區(qū)域內(nèi)的淹沒情況，即淹沒分析功能(如圖11所示)。

圖10 爆管分析

圖11 淹沒分析

5 結(jié) 語

現(xiàn)階段，城市地下管線在多維多角度信息化過程還存在一些技術(shù)和流程難點(diǎn)，需要進(jìn)一步的探索研究。但在當(dāng)前的地理信息技術(shù)結(jié)構(gòu)下，柳州市地下綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)建立的綜合管網(wǎng)空間信息數(shù)據(jù)庫和地理信息空間數(shù)據(jù)庫，科學(xué)的對各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和管線專題數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并做到了二三維管線數(shù)據(jù)同步管理；系統(tǒng)使用的“裝配式”GIS架構(gòu)和三維高效展示技術(shù)，也讓管線數(shù)據(jù)以更飽滿更高效的形式展示給用戶。

系統(tǒng)為管線的管理規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)決策支持；為管線建設(shè)施工提供客觀真實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)；為管線突發(fā)事件的影響程度和危害性做出正確估計(jì)，從而能有效地進(jìn)行指揮處置，保障城市安全。

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DesignandImplementationofInformationManagementSystemofLiuzhouUndergroundPipeNetworkBasedonAssemblyGIS

Xiang Yi，Tan Renchun，Zhang Qing

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Underground integrated pipeline network information management is one of the key points to improve the construction of underground pipeline information，standardize the management of urban planning and construction，and realize the construction of smart city. This paper research Assembly GIS architecture，graph-database integration and Underground 3D modeling technology，Design the underground integrated pipe network information management system to achieve the Liuzhou underground pipeline intelligent regulation，improve the underground pipeline management efficiency.

underground integrated pipeline network；assembly GIS；underground 3D

1672-8262(2017)05-12-05

P208.2

A

2017—07—14

向祎(1984—)，男，工程師，主要從事GIS開發(fā)研究方面的工作。

本論文獲得2017年“華正杯”城市勘測優(yōu)秀論文一等獎。