梁均軍，程宇翔

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

“智慧兩江”綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)

梁均軍1，程宇翔1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

根據(jù)重慶市兩江新區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)綜合管網(wǎng)建設(shè)的實際情況，深入剖析地理實體、三維模型等數(shù)據(jù)的內(nèi)容特征及其相互關(guān)系，設(shè)計了“智慧兩江”綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，并進行了全面建設(shè)。提供了方便快捷，實時、可移動的二三維一體化查詢功能和復(fù)雜、全面的分析統(tǒng)計功能，能保持穩(wěn)定、可持續(xù)的數(shù)據(jù)更新，是有普適推廣作用的綜合系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)建設(shè)成果的展示，充分體現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一管理在信息化城市建設(shè)中的重要性，進一步說明了綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)對城市規(guī)劃、建設(shè)以及社會經(jīng)濟發(fā)展所作出的巨大貢獻。作為“智慧城市”建設(shè)中的試點項目，對城市建設(shè)的其他內(nèi)容，以及其他城市的“智慧城市”建設(shè)有一定的指導(dǎo)性。

綜合管網(wǎng)；數(shù)據(jù)庫；信息系統(tǒng)；統(tǒng)計分析；管理；更新機制

綜合管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，被稱為城市的“生命線”。為加強城市管網(wǎng)的規(guī)劃、管理，必須在查清城市綜合管網(wǎng)的現(xiàn)狀，獲取準確、完整的管網(wǎng)資料的基礎(chǔ)上，建立一體化的信息管理系統(tǒng)，集中管理，同時完善更新機制。兩江新區(qū)作為國內(nèi)第3個、西南地區(qū)第一個國家級開發(fā)開放新區(qū)，區(qū)內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展，加強新區(qū)重要設(shè)施，如綜合管網(wǎng)的管理與信息化建設(shè)，對加強地下空間的合理開發(fā)利用，提高管網(wǎng)的安全防范、保障維護，合理化城市規(guī)劃建設(shè)，完善城市功能，形成良好的投資環(huán)境都有至關(guān)重要的作用。因此，兩江新區(qū)管委會以水土、龍盛工業(yè)開發(fā)區(qū)為試點，開展綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫普查建庫和信息系統(tǒng)建設(shè)。

1 總體框架

目前，管網(wǎng)資料的存儲都是離散化、紙質(zhì)化的，由不同的建設(shè)單位進行申報，資料不全，版本過多，管理不統(tǒng)一，查詢和統(tǒng)計十分不便，對于地區(qū)的建設(shè)發(fā)展和領(lǐng)導(dǎo)決策不能起到很好的輔助作用。因此，在統(tǒng)一的平臺之上，利用先進的GIS技術(shù)，構(gòu)建集中式管理信息系統(tǒng)，既滿足基礎(chǔ)查詢、統(tǒng)計、分析的功能性需求，又滿足輔助城市管理和審批決策的實際需要，是此次“智慧兩江”綜合管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計的重點，如何滿足不同用戶的不同需求，建設(shè)簡單、易用、穩(wěn)定的系統(tǒng)，是此次設(shè)計的難點。

綜合管網(wǎng)系統(tǒng)主要分為4個層次：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、功能層和應(yīng)用層[1-4]，如圖1所示。

1） 基礎(chǔ)設(shè)施層：基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，主要包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：系統(tǒng)基于政府機構(gòu)專用網(wǎng)絡(luò)搭建，不再另外搭建新的網(wǎng)絡(luò)。

硬件環(huán)境：主要包括Web服務(wù)器、GIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和災(zāi)備設(shè)備的建設(shè)。

軟件環(huán)境：主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理軟件、GIS平臺、三維平臺的建設(shè)。

2） 數(shù)據(jù)層：主要是實現(xiàn)對地理空間框架數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、建設(shè)用地數(shù)據(jù)、規(guī)劃報建數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)以及綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)的有序存儲和管理。

3） 功能層：介于數(shù)據(jù)和用戶之間，是二者溝通的橋梁。通過功能層的建設(shè)，系統(tǒng)可以充分利用數(shù)據(jù)為用戶提供各種應(yīng)用，解決問題，提供支持。主要包括綜合查詢、分類統(tǒng)計、方案導(dǎo)入、安全防范、管網(wǎng)分析、地名查詢、地圖控制、資源瀏覽等功能。

4） 應(yīng)用層：直接面向用戶，滿足用戶的相關(guān)需求，提供不同的應(yīng)用環(huán)境、模式和場景?！爸腔蹆山本C合管網(wǎng)系統(tǒng)針對不同用戶提出的輔助決策需求和常規(guī)業(yè)務(wù)需求，分別設(shè)計了2種服務(wù)模式：移動端和桌面端。系統(tǒng)提供不同的使用模式，不同的數(shù)據(jù)粒度，滿足不同的需求。

圖1 系統(tǒng)總體框架

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)庫總體架構(gòu)

在數(shù)據(jù)內(nèi)容上，數(shù)據(jù)庫主要由包括地理空間框架數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、建設(shè)用地和規(guī)劃報建等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、綜合管網(wǎng)二維數(shù)據(jù)庫和綜合管網(wǎng)三維模型庫組成[5-8]，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫總體架構(gòu)圖

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫：主要存放地理空間框架數(shù)據(jù)、遙感影像、用地、建筑物以及規(guī)劃報建等數(shù)據(jù)。

地理空間數(shù)據(jù)：主要包括從1∶500、1∶10 000等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提取的行政區(qū)劃、道路、水系、建筑物以及地名地址數(shù)據(jù)等，包括空間位置和基礎(chǔ)屬性信息，作為制作電子地圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)展示的基礎(chǔ)。

遙感影像數(shù)據(jù)：主要包括分辨率為15 m和0．5 m的衛(wèi)星遙感影像，滿足用戶查詢和空間定位的需要。

建設(shè)用地和規(guī)劃報建數(shù)據(jù)：主要包括兩江新區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀建設(shè)用地、規(guī)劃建設(shè)用地及規(guī)劃報建數(shù)據(jù)，作為輔助決策的數(shù)據(jù)參考。

建筑數(shù)據(jù)：結(jié)合建筑物普查和1∶500DLG基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提取兩江新區(qū)范圍內(nèi)的建筑物數(shù)據(jù)，滿足用戶分析決策需求。

2）綜合管網(wǎng)二維成果庫：存放市政管線建庫數(shù)據(jù)。地下管線：主要包括給水管道（上水、消防用水）、排水管道（污水、雨水和雨污合流）、燃氣管道（煤氣、天然氣）、工業(yè)管道（氫、氧、石油等）、電力管線（供電）、通訊管線（電信、移動、聯(lián)通、網(wǎng)通、有線電視、廣播等）。

地上高壓電力線：地上架空電線、供配電設(shè)施（變電站（所）、配電房、開閉所等）、鐵塔、電桿。

3） 綜合管網(wǎng)三維模型庫：存放三維模型成果，包括數(shù)字高程模型、三維建筑物和三維管線設(shè)施。

2.2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建庫。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建庫流程涉及數(shù)據(jù)清理、分層、分類、轉(zhuǎn)換、提取、接邊、拓撲、符號化、質(zhì)檢、導(dǎo)入等不同的過程，如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建庫流程

2）綜合管網(wǎng)二維數(shù)據(jù)建庫。按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計和建庫規(guī)范對市政管網(wǎng)各類數(shù)據(jù)進行入庫前系列預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、拓撲關(guān)系檢查與處理、屬性完整性檢查與處理、立向空間關(guān)系檢查與處理、邏輯一致性檢查與處理、分區(qū)數(shù)據(jù)整合等預(yù)處理過程[9]，如圖4所示。

圖4 二維管線建庫流程

3）綜合管網(wǎng)三維模型建庫。市政管線設(shè)施在二維管網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過識別、轉(zhuǎn)化二維管網(wǎng)數(shù)據(jù)中帶有的三維坐標信息構(gòu)建市政管網(wǎng)三維模型庫，建設(shè)內(nèi)容包括三維坐標信息導(dǎo)入、建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、構(gòu)建市政管網(wǎng)幾何模型、紋理貼圖、構(gòu)建三維場景、多媒體信息導(dǎo)入、屬性信息導(dǎo)入等，如圖5所示。

圖5 綜合管網(wǎng)三維數(shù)據(jù)建庫流程

3 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

3.1 移動端功能設(shè)計

移動端的設(shè)計重點主要是為了滿足外出調(diào)研、開會、視察工作等戶外活動的情況下，需要可移動的、快捷方便的完成管線統(tǒng)計信息、管線分布、重要管線及其周邊環(huán)境情況、安全防范距離等的查閱需求。系統(tǒng)主要通過離線瓦片數(shù)據(jù)，構(gòu)建輕量級數(shù)據(jù)庫sqlite和geodatabase的方式，實現(xiàn)對管線數(shù)據(jù)的離線、快速瀏覽，如圖6所示。

圖6 兩江綜合管網(wǎng)系統(tǒng)移動端功能分塊圖

1）管網(wǎng)概況。提供兩江新區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)龍盛、水土范圍內(nèi)建庫的所有地下管網(wǎng)和重要管網(wǎng)的總長度，分區(qū)以及分權(quán)屬統(tǒng)計的分類管線總長度的查閱功能，如圖7所示。

圖7 管網(wǎng)概況功能示意圖

2）重要管網(wǎng)。重要管網(wǎng)主要提供兩江新區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)龍盛、水土范圍內(nèi)經(jīng)過建庫的所有地上高壓管線、地下管線以及重要管線的分布情況以及周邊建筑物、現(xiàn)狀用地、控規(guī)用地、規(guī)劃報建項目等分布情況的瀏覽，如圖8所示。

圖8 重要管網(wǎng)功能示意圖

安全防范主要是根據(jù)國標《GB 50289-98城市工程管線綜合規(guī)劃》中“工程管線直接及其與建（構(gòu)）筑物之間的最小水平凈距”的標準來確定各類管線的安全防護距離，并用不同的顏色在底圖上進行表示，并給出相應(yīng)的距離標注，使用戶能夠方便快捷地查看管線周邊的安全范圍，預(yù)防危險，如圖9所示。

圖9 安全防范功能示意圖

3.2 桌面端功能設(shè)計

綜合管線系統(tǒng)桌面端的設(shè)計重點是為了滿足日常業(yè)務(wù)工作中，對管線數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、統(tǒng)計、分析以及輔助決策等應(yīng)用需求。針對管線數(shù)據(jù)特點，桌面端采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle進行數(shù)據(jù)物理存儲，通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，提供高級的、高性能的管線數(shù)據(jù)管理接口[10-13]，如圖10所示。

圖10 兩江綜合管網(wǎng)系統(tǒng)桌面端功能分塊圖

1） 資源瀏覽。提供用戶地上管網(wǎng)、地下管網(wǎng)、重要管網(wǎng)、用地、建筑、控規(guī)等數(shù)據(jù)的分層和疊加瀏覽功能，如圖11所示。

2） 綜合查詢。綜合查詢提供多種查詢方式，包括按照功能區(qū)進行范圍查詢，按照“類型、管徑、壓力、權(quán)屬、位置、埋深”等進行屬性篩選查詢，以及自定義查詢，多種查詢方式適應(yīng)各種不同用戶的使用習(xí)慣，為用戶提供方便快捷的使用方式，如圖12所示。

圖11 三維排水管線局部展示界面

圖12 按功能區(qū)查詢界面

3） 分類統(tǒng)計。分類統(tǒng)計提供按照功能區(qū)范圍或者用戶自定義范圍內(nèi)，管線的權(quán)屬、管徑、材質(zhì)、壓力等相關(guān)屬性進行分類統(tǒng)計的功能。對于某些用戶感興趣的統(tǒng)計結(jié)果，還可以利用表格的形式導(dǎo)出使用，如圖13所示。

圖13 按功能區(qū)分屬性統(tǒng)計管線界面

4） 方案導(dǎo)入。方案導(dǎo)入功提供用戶快速疊加各種CAD格式的方案資料，方便用戶進行方案對比，如圖14所示。

圖14 方案導(dǎo)入界面（右側(cè)紅色為導(dǎo)入后的管線方案）

5） 安全防范。系統(tǒng)遵從國家標準，提供各種管線的安全防范距離分析功能。用戶使用該功能可以查看任意管線的安全隱患防范區(qū)域，為園區(qū)管線的安全管理提供輔助。用戶可以使用2種方式查詢安全距離，一種是標準安全距離查詢，一種是自定義安全距離查詢。通過疊加周邊數(shù)據(jù)，查看安全范圍內(nèi)是否有需要保護的重要目標。安全防范示意如圖15所示。

圖15 安全防范界面

6） 管網(wǎng)分析。系統(tǒng)提供用戶常用管網(wǎng)分析功能，方便用戶對任意管線進行快速分析。主要包括：水平凈距分析、垂直凈距分析、橫斷面分析[14]、縱斷面分析、覆土深度分析、長度分析幾種不同的方式，可以對任意管線進行全方位的分析?？v斷面分析方式如圖16所示。

圖16 縱斷面分析界面

4 更新策略

兩江管線系統(tǒng)的建設(shè)主要采取動靜結(jié)合的更新機制，堅持一致性、確定性和現(xiàn)勢性原則，采取版本更新和動態(tài)更新相結(jié)合的方式開展。

更新數(shù)據(jù)主要來源為以下幾種：①周期性的外業(yè)調(diào)繪；②工程項目竣工測量；③遙感影像采集；④項目報建（包括設(shè)計方案、施工、竣工測量等）；⑤動態(tài)實施的地理調(diào)查。如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)資源更新策略

5 結(jié) 語

系統(tǒng)遵從用戶習(xí)慣，把城市規(guī)劃和建設(shè)管理緊密結(jié)合，通過地理信息的手段將過去零散的管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化管理，直觀、簡單、易操作，用“集中管理”的模式替代“誰建誰管”的傳統(tǒng)模式；其完整的更新策略解決了市政管網(wǎng)資料不全、精度不高、現(xiàn)勢性不足等問題，增強了服務(wù)能力，保障了系統(tǒng)的鮮活性；其二三維一體化和強大的分析功能為政府決策、管理提供了強有力的支持，是兩江新區(qū)城市規(guī)劃建設(shè)管理邁向規(guī)范化、信息化和精細化的重要工具。整個項目的成功建設(shè)為智慧城市的成功建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)，是智慧城市其他內(nèi)容建設(shè)的重要參考，對其他城市的智慧城市建設(shè)具有極其重要的參考意義。

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P208

B

1672-4623（2016）04-0019-05

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.007

梁均軍，工程師，主要從事GIS應(yīng)用研究、測繪、數(shù)據(jù)研究等工作。

2015-05-04。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目（2011BAK07B03-4）；重慶市科委科技資助項目（CSTC、2009CB2015）。