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技術架構的柳州地下綜合管網信息管理系統的設計與實現

向祎*，譚仁春，章青

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

地下綜合管網信息管理是提高地下管線信息化建設、規(guī)范城市規(guī)劃建設管理和實現智慧城市建設的工作重點之一。本文對“裝配式”GIS架構、“圖庫一體化”和地下三維建模技術進行了研究，設計了地下綜合管網信息管理系統，實現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；“裝配式”GIS；地下三維

1 引 言

地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市規(guī)劃建設管理的重要基礎信息，具有種類多、分布廣、管線敷設時間跨度大、管線里程日益增加等特點，需要不斷更新和維護。為提高地下管線數據的信息化效率，規(guī)范地下管線建設的規(guī)劃和管理，實現地下管線數據信息的實時更新，構建基于GIS技術的地下綜合管網信息管理平臺，對城市地下綜合管網的全程實施動態(tài)監(jiān)管有非常重要的戰(zhàn)略意義。

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

2 系統設計

2.1系統總體架構

柳州市地下綜合管網信息管理系統采用C/S和B/S混合架構，以實現對柳州基礎地理信息數據和地下管線數據的服務和管理。系統分為地下綜合管線管理子系統，地下綜合管線應用子系統，城市三維地下綜合管線管理子系統和地下綜合管線共享服務平臺四個子系統。系統采用“裝配式”搭建技術，將GIS系統中的“功能模塊”、“UI”、“業(yè)務流程”和“數據”等構成要素進行“模塊化”拆分，通過可視化“零代碼”設計及事件綁定，快速搭架系統。系統的總體架構圖如圖1所示。

圖1系統總體架構圖

系統采用Oracle 11G數據庫管理系統和ArcGIS 10.3軟件體系搭建。由于地下管線數據量大，數據安全性要求高，因此采用Oracle 11G管理數據，其中屬性和圖片數據采用Oracle進行存儲和管理，空間數據采用ArcSDE+Oracle的方式進行管理。空間數據發(fā)布采用ArcGIS Server10.3實現，客戶端采用HTML，Flex和ArcGIS Engine等實現，系統軟件結構體系如圖2所示。

圖2 系統軟件結構體系

2.2數據庫設計

柳州地下綜合管網信息管理系統主要管理地下管線相關的空間數據和屬性數據，包括地下管線數據和基礎地理信息數據，系統數據庫由基礎地理信息數據庫、管線專題數據庫組成，具體如表1所示。

數據總表 表1

系統數據庫中的所有數據統一存儲在中央數據庫，采用集中的管理方式，以保證數據的一致性。數據以類別和要素的主要類型(點、線、注記)為主要依據進行分層，每一個要素對應唯一的ID，每個ID對應空間數據中的具體圖元?？梢酝ㄟ^ID定位圖元的所在空間位置以及與之相關的屬性數據。

3 關鍵技術

3.1采用“裝配式”GIS軟件開發(fā)體系架構開發(fā)

針對管線業(yè)務部門多，數據種類增加快，數據結構及功能需求變更頻繁等特點。系統采用“裝配式”GIS軟件開發(fā)體系架構，用戶和軟件開發(fā)者可以從數據源、數據展示、要素操作、功能拓展、用戶權限等方面根據需求自行配置調整，以保障平臺的生命力，提高平臺的靈活性、可擴展性與通用性，方便平臺的擴展維護。

本系統將基礎地理信息數據、地下管線專題數據等數據服務資源模塊以及GIS應用功能、流程功能等功能服務模塊，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信息管理系統下的四個子系統。如圖3所示：

3.2 “圖庫一體化”的管線建庫與更新技術

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

圖庫一體化過程利用并發(fā)數據更新技術，允許多個用戶同時對數據進行更新，在此過程中，系統監(jiān)視用戶狀態(tài)，當確認用戶最終提交數據后，自動將更新的數據合并到數據庫中，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

圖4 “圖庫一體化”的管線建庫與更新

3.3二維驅動三維自動建模與更新技術

三維管線數據是在二維管線數據維度上的擴展延伸，可以在三維地圖上進行更加直觀的展示。系統通過構造實體幾何法、掃描法+格網造型法等多種自動化方式，實現了地下管線及不同類型附屬設施ArcGIS管線數據庫的精細化自動建模以及實時驅動局部更新，如圖5所示。

自動生成的三維管線數據與二維管線數據在基礎屬性上一致，系統通過對地形圖數據和管線數據的三維符號化處理，實現管線的三維動態(tài)顯示，在保留二維數據的分析功能基礎上添加了針對地下管轄數據的三維分析功能。

圖5二維驅動三維建模

3.4統一的地理信息服務接口

系統發(fā)布的地理信息服務包括動態(tài)地圖服務，瓦片地圖服務和要素地圖服務等地圖服務以及查詢，統計，分析和量算等幾何運算服務，由于客戶端(C/S和B/S)系統采用的開發(fā)語言并不相同(Flex，JavaScript，.NET等)，調用處理數據的方法也各異，因此采用統一的開發(fā)接口進行調用。部分接口如表2所示。

接口列表 表2

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

3.5統一用戶權限管理服務

系統采用統一用戶權限管理服務，保障符合權限標準規(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據等涉密數據。

系統采用基于集中認證模型、Hash加密算法的跨平臺、跨系統的統一用戶權限管理服務，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據庫，使用統一管理后臺可靈活定制各系統的邏輯模塊及用戶角色，運用Hash加密算法對用戶權限信息加密，實現單方向的解密處理，從而保證的數據庫數據的安全性，搭建了安全可靠的權限管理服務，同時該權限管理服務基于WebService方式發(fā)布實現跨平臺、跨系統調用。

3.6地下綜合管網的智慧監(jiān)管模式

系統采用地下綜合管網的“智慧監(jiān)管”模式，實現了各類管線信息的智慧監(jiān)管。系統把基礎地理信息數據，多源三維模型數據和管線專題數據用GIS技術存儲，用以網絡服務的形式發(fā)布；系統中共享的各種數據資料，供不同管理部門不同用戶分類使用，并通過分權限、分角色管理，在數據共享的基礎上實現了數據的保密。

柳州市地下綜合管網信息管理平臺針對不同用戶的需求，建立科學合理的信息管理機制來強化地下管線的過程管理，為管線規(guī)劃、設計、報建、審批、竣工、入庫和共享服務等業(yè)務環(huán)節(jié)提供了全面、實用的系統功能。

4 系統主要功能模塊

4.1數據管理

系統實現了管線數據入庫更新管理時的整套流程。即先進行管線數據檢查，對滿足數據庫規(guī)范的管線數據導入到臨時庫中，在數據管理員對臨時庫的數據審批通過后，對最終的數據實現提交發(fā)布。如圖6所示。

圖6 管線數據管理流程

4.2管線規(guī)劃審批

系統可輔助用戶完成排管布網方案，利用已有的規(guī)范庫，對新規(guī)劃管線進行分析判斷其是否符合規(guī)范，對不滿足規(guī)范指標的數據采用醒目色標識預警，從而分析管線規(guī)劃方案、現狀管線和已批建的方案之間的關系，并可以對規(guī)劃管線進行編輯操作。輔助用戶完成排管布網規(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

系統以數據庫中的實時數據為數據操作對象，可對指定區(qū)域(施工區(qū)域)可以進行空間查詢，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中展現，為管線施工提供圖表依據。

圖8斷面分析

圖9 挖方分析

4.4應急處理

系統在針對管線遇到的爆管，洪水等事故時提供了應急處理功能。系統針對燃氣和給水等壓力管爆管時給出關閥方案，即爆管分析功能(如圖10所示)；以及計算洪水水位到達某高程值時指定緩沖區(qū)域內的淹沒情況，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 語

現階段，城市地下管線在多維多角度信息化過程還存在一些技術和流程難點，需要進一步的探索研究。但在當前的地理信息技術結構下，柳州市地下綜合管網信息管理系統建立的綜合管網空間信息數據庫和地理信息空間數據庫，科學的對各類基礎數據和管線專題數據進行管理，并做到了二三維管線數據同步管理；系統使用的“裝配式”GIS架構和三維高效展示技術，也讓管線數據以更飽滿更高效的形式展示給用戶。

系統為管線的管理規(guī)劃設計提供科學決策支持；為管線建設施工提供客觀真實的數據依據；為管線突發(fā)事件的影響程度和危害性做出正確估計，從而能有效地進行指揮處置，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。