李瑞宗 張孟山

（海南地質綜合勘察設計院 海南?？?570206）

1 引言

城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)的建設作為城市的基礎設施建設項目，對城市的健康發(fā)展具有重要作用。城市排水管網(wǎng)的布設、管理是城市規(guī)劃建設與管理的重要內容[1]。目前我國城市管網(wǎng)管理仍然比較落后，主要是因為城市管網(wǎng)種類繁多、形式復雜，再加上城市規(guī)劃的落后，使得城市排水管網(wǎng)需要不斷的布設、修改、增加。在挖掘施工過程中，往往是在沒有城市管線現(xiàn)勢圖的情況下進行的，使得城市管網(wǎng)在施工過程中遭受了不同程度的損壞，給城市人民的生活和生命財產(chǎn)造成了嚴重的損失[2-5]。

隨著我國城市規(guī)模的迅速擴大和人口數(shù)量的劇增，排水管網(wǎng)等基礎設施已不能滿足新時代的發(fā)展需要。因此，我們亟需運用先進的測繪技術、計算機技術等，獲取城市管網(wǎng)數(shù)據(jù)，并且建設一個具有城市排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、信息化管理、實時監(jiān)控為一體的城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對排水管網(wǎng)的信息化管理和管線數(shù)據(jù)的可視化顯示，這也是實現(xiàn)智慧城市的重要組成部分。

2 城市排水管網(wǎng)的調查與繪制

依據(jù)中中華人民共和國的《城市地下管線探測技術規(guī)程》城市管網(wǎng)分為九大類，即排水、給水、人防、工業(yè)、電信、燃氣、熱力、綜合管溝、電力等，上述大部分管線都埋設在地下，構成了錯綜復雜的地下管網(wǎng)網(wǎng)絡。城市地下管網(wǎng)種類繁多、形式復雜、管線敷設時間跨度大，因此需要不斷地對管網(wǎng)進行更新和維護。對與管網(wǎng)相關的各類數(shù)據(jù)進行更新、維護時，需要具備數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理與成圖的一體化能力，使用戶可以靈活實現(xiàn)對城市管網(wǎng)進行更新。

2.1 數(shù)據(jù)收集

在管線測量時，需要精確地測定地下管線的空間位置、走向、埋深、屬性（類型、管徑、管高、時間、單位等）[6]，統(tǒng)一采用CGCS2000坐標系。城市排水管網(wǎng)的調查一般以1：100的地形圖作為底圖，根據(jù)城市管網(wǎng)分布的情況對城市地下管網(wǎng)的測繪和調查，測繪和調查時應詳細繪制城市地下管網(wǎng)現(xiàn)勢圖和記錄調查表，供管線數(shù)據(jù)化、屬性錄入、整理成果時使用。各種管線的交叉點、轉折點、分支點應全部調查。部分交叉點、分支點需要開挖，并詳細記錄。管線的編碼嚴格按照區(qū)號+管線類別+管線號+節(jié)點號。

城市排水管網(wǎng)的測繪，首先進行控制測量和引控制點，然后對城市排水管網(wǎng)進行聯(lián)測，編制排水管網(wǎng)的現(xiàn)勢圖，供管網(wǎng)信息化平臺使用。為了方便城市排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取，運用全站儀和RTK（Realtime kinematic，實時動態(tài)）采集外業(yè)數(shù)據(jù)，內業(yè)人員需要對測量成果進行嚴格的數(shù)據(jù)分析[7]。利用RTK需采集和人工記錄的外業(yè)數(shù)據(jù)主要有：

（1）鐵路、道路、居民地、水系、城市綠地、注記、行政界線等基礎數(shù)據(jù)。

（2）雨水管線點、雨水管線線、雨水管線注記、污水管線點、污水管線線、污水管線注記、雨污合流管線點、雨污合流管線線、雨污合流管線注記共9項排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)。

（3）排水系統(tǒng)、檢查井、排水管、排水渠、排放口、排水泵站、閘門、閥門、易澇區(qū)域、城市受納水體（河道）、河道樁號、城市受納水體（湖泊）、管線點、污水廠、排水戶共15項專題數(shù)據(jù)。

（4）排水管網(wǎng)網(wǎng)格、在線監(jiān)測點、在線監(jiān)測視頻、電子井蓋、排水管點健康度、排水管線健康度共6項排水設施管理數(shù)據(jù)。

（5）接口業(yè)務數(shù)據(jù)和其他業(yè)務數(shù)據(jù)等排水業(yè)務數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)分析是指數(shù)據(jù)管線探測采集后，由數(shù)據(jù)處理生產(chǎn)軟件生成的管線數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的工序后導入到數(shù)據(jù)庫中。在實際生產(chǎn)中，管線數(shù)據(jù)必須經(jīng)過嚴格的數(shù)據(jù)分析和質量檢查后方能入庫。一般來講，數(shù)據(jù)分析要經(jīng)過“數(shù)據(jù)轉換→數(shù)據(jù)整理→數(shù)據(jù)編輯→數(shù)據(jù)檢查→導入數(shù)據(jù)”等幾個反復的過程才能滿足系統(tǒng)中管線數(shù)據(jù)的生產(chǎn)質量和要求。數(shù)據(jù)分析采用程序自動分析與人工分析相結合的分析方式：（1）程序分析，針對不同的數(shù)據(jù)對象編寫對應的檢查程序實現(xiàn)自動化的分析方式；（2）人工分析，把數(shù)據(jù)成果與數(shù)據(jù)庫設計資料進行人工比對，彌補程序沒有辦法分析的內容。數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)質量檢測流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)質量檢測

2.3 數(shù)據(jù)處理與成圖

在繪制管線圖前，先對外業(yè)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，然后按照數(shù)據(jù)庫存儲要求，建立管網(wǎng)空間屬性數(shù)據(jù)庫，滿足排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、編輯、處理、分析等功能。最后利用GIS軟件實現(xiàn)城市排水管網(wǎng)的可視化顯示與管理[8]。數(shù)據(jù)處理作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理作業(yè)流程

3 系統(tǒng)架構

城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)管理平臺涉及數(shù)據(jù)自動采集技術、數(shù)據(jù)庫技術、GIS技術、中間件技術、Web技術、視頻技術、排水模型技術以及系統(tǒng)集成技術等，是一個具有分布式、管網(wǎng)復雜的系統(tǒng)。在搭建城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)過程中，部分專業(yè)應用模塊需要強大的實時操作和復雜的邏輯分析功能支持，如管網(wǎng)的編輯和數(shù)據(jù)更新維護，拓撲檢查，這比較適合于采用C/S體系；而部分應用功能需要更廣泛的人使用和共享，如管網(wǎng)數(shù)據(jù)的發(fā)布和查詢，這比較適合采用B/S體系[9-10]。因此，系統(tǒng)體系根據(jù)應用的具體要求選擇C/S和B/S相結合的方式構建，這樣既可以滿足復雜功能的開發(fā)和使用要求，又可以盡可能在網(wǎng)絡上共享數(shù)據(jù)和功能[7]。平臺總體框架設計主要分為基礎層、數(shù)據(jù)層、服務層、應用層。城市排水信息系統(tǒng)總體框架如圖3所示。

（1）基礎層?；A層即通過傳感網(wǎng)絡獲取環(huán)境信息。要實現(xiàn)信息化的城市排水管網(wǎng)管理就必須要建設物聯(lián)網(wǎng)，而基礎層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關鍵部分。涉及到的感知設備包括巡查終端、視頻探頭、北斗定位設備、電子標識等。數(shù)據(jù)的野外采集需要通信網(wǎng)絡和北斗導航地位系統(tǒng)的支持[8-9]。

圖3 城市排水信息系統(tǒng)總體框架

（2）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)存儲、交換、處理中心，負責各類數(shù)據(jù)分類存儲，接收基礎層的數(shù)據(jù)處理請求，進行數(shù)據(jù)更新處理。數(shù)據(jù)類型包括矢量地圖、影像地圖、地下管網(wǎng)、屬性信息數(shù)據(jù)等。

（3）服務層。服務層即建設所需的信息平臺，包括地下管網(wǎng)的數(shù)據(jù)編輯、查詢、統(tǒng)計、接口等。

（4）應用層。應用層涉及的業(yè)務應用主要包括排水管網(wǎng)設施施工管理、排水管網(wǎng)中心業(yè)務綜合管理、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)維護管理、平臺運維管理、平臺與外系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口管理。

4 排水設施信息化平臺關鍵技術

4.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS），是在計算機硬件和軟件支持下，科學管理綜合分析那些表征地理環(huán)境的空間數(shù)據(jù)，以便對規(guī)劃、管理、決策和研究提供所需信息的系統(tǒng)[12]。系統(tǒng)采用ArcEngine進行組件式開發(fā)，利用GeoDataBase存儲道路、居民地、水系等基礎數(shù)據(jù)，雨水管線點、雨水管線線、污水管線點等排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，排水管、排水渠、排水泵站等專題數(shù)據(jù)和地形圖等數(shù)據(jù)，通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對各類空間數(shù)據(jù)的訪問，著重承擔城市排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理與分析、可視化分析等。

4.2 多尺度和無比例尺的空間地理信息庫

空間地理信息基礎數(shù)據(jù)庫包含多種比例尺的地形圖和影像數(shù)據(jù)。在空間基礎數(shù)據(jù)庫設計中，比例尺的概念對用戶是透明的。一般地，系統(tǒng)根據(jù)當前的窗口視野范圍，自動調用和顯示相應比例尺的數(shù)據(jù)；用戶也可以選擇任意范圍按要求輸出某一比例尺范圍的任意比例尺地圖。在數(shù)據(jù)庫中沒有地圖比例尺的概念，從而建立了無比例尺和多尺度城市空間地理信息數(shù)據(jù)庫。

4.3 數(shù)據(jù)庫技術

城市地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)和城市空間地理信息數(shù)據(jù)屬于大規(guī)模海量數(shù)據(jù)，通過對比在對國內外主流關系型數(shù)據(jù)庫，選擇了高穩(wěn)定性和高可靠性，并和GIS平臺無縫結合的Oracle數(shù)據(jù)庫平臺[13]，能夠實現(xiàn)空間屬性數(shù)據(jù)的高效一體化存儲和管理，支持多用戶同時操作，高效準確的空間索引機制，分布式多層應用程序體系結構，高度可控的查詢能力，安全高效的管理能力。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文以福州市的排水信息系統(tǒng)為例，進行實踐驗證。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)城市排水系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)管、預警預報和信息化管理的目標，將平臺架構歸納為“一張圖、多種應用”，一張圖即平臺建設統(tǒng)一的底圖，提供一整套專為排水信息交互及數(shù)據(jù)管理的地圖服務，為各個排水業(yè)務信息化管理系統(tǒng)提供可視化的支撐。

城市排水信息系統(tǒng)如圖4所示。城市排水信息系統(tǒng)的24個子系統(tǒng)分別為不同的使用對象服務，對象范圍包括排水管理上級主管部門、供排水管理中心、具體實施排水工作的單位和社會公眾等。系統(tǒng)從排水管理專業(yè)出發(fā)，用先進的智能感知、GIS、時空定位技術，改變了原有排水設施管理工作模式，提升了管理工作水平，并且各個系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)排水管理系統(tǒng)間孤立運行的模式，實現(xiàn)了系統(tǒng)間互通合作和重要信息的快速網(wǎng)絡傳遞，進一步提升了排水管理工作效率。

排水設施運維管理如圖5所示。系統(tǒng)提供年月日的任務報表、計劃、考核和查詢，實時監(jiān)測任務的類型、任務辦理人、操作流程、操作記錄和地圖實時定位與顯示，可以有效為排水管網(wǎng)提供動態(tài)管理、實時動態(tài)監(jiān)測的目的。

圖4 城市排水信息系統(tǒng)

圖5 排水設施運維管理系統(tǒng)

6 結束語

隨著智慧城市建設的投入，城市地下管網(wǎng)作為城市發(fā)展的血脈，在城市日常安全建設具有不可忽視的作用，因此，研究和開發(fā)城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)具有較強的現(xiàn)實意義。本文綜合運用計算機技術、網(wǎng)絡技術、地理信息系統(tǒng)技術、導航定位技術，基于ArcEngine組件式開發(fā)了城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)著重顧及系統(tǒng)平臺之間、功能之間的無縫連接、按需添加，為今后的系統(tǒng)功能擴展和集成留下了擴充余量，使系統(tǒng)能夠保持一定的先進性、擴充性、穩(wěn)健性。

本文提出的系統(tǒng)建設方案與建設思路，為實現(xiàn)城市地下管網(wǎng)信息化管理提供了合理的參考與借鑒，目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功在福州市進行實施，這將豐富和完善城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)的理論架構和實踐積累，并帶來了較好社會效益及經(jīng)濟效益。