向祎，李黎，林磊，張歡，劉琳

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

目前，我國絕大多數(shù)城市都已經(jīng)完成了城市地下管線普查建庫和信息系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)工作，城市地下管線相關(guān)工作進入了數(shù)據(jù)更新管理和系統(tǒng)運行維護階段。但是由于城市建設(shè)的飛速發(fā)展，涉及地下管線的市政工程施工也愈發(fā)頻繁，因為城市地下管線數(shù)據(jù)庫和管線信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享閉塞，應(yīng)用推廣緩慢和管理效率低下等問題而造成的管線施工事故仍時有發(fā)生。城市地下管線信息如何科學(xué)先進地管理及安全高效地共享，是管線行業(yè)管理部門及管線數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)平臺運維單位亟待解決的問題。

本文利用微信小程序，圖像識別和跨網(wǎng)段查詢等技術(shù)，在移動終端上設(shè)計了一款操作簡單、使用便利的市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)，可以增加管線施工現(xiàn)場信息的傳遞速度，保障工程各參與方的信息互聯(lián)互通，解決在施工過程中現(xiàn)場出現(xiàn)的一系列問題，從而提高市政工程的管線施工管理效率。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 二維碼標識項目信息

市政管線施工工程在施工時經(jīng)常出現(xiàn)施工人員變動頻繁，相關(guān)各部門對項目的信息溝通不通暢等問題，因此，系統(tǒng)設(shè)計時使用二維碼圖像識別技術(shù)(圖1)，將二維碼與具體的工程信息相對應(yīng)，直接放置在工地現(xiàn)場，項目參與人員通過掃描二維碼可直接識別施工工程的工程編號，施工時間，施工人員等信息，并通過工程編號，可通過系統(tǒng)后臺的查詢服務(wù)關(guān)聯(lián)查詢到項目的計劃，責(zé)任單位，報建時間和報建資料等詳細信息，大大簡化了信息獲取中的交互過程。

圖1 項目二維碼

2.2 使用微信小程序進行項目管理

微信小程序是近年來新興的一種與微信綁定的不用額外下載就能使用的應(yīng)用，其在騰訊公司全新定義的技術(shù)規(guī)范和架構(gòu)進行開發(fā)。微信用戶通過掃描二維碼或者在微信中搜索即可打開小程序進行使用，無須額外對移動端應(yīng)用進行安裝，也避免了針對不同移動設(shè)備操作系統(tǒng)進行分類開發(fā)和部署的不便。與傳統(tǒng)Web前端開發(fā)一樣，小程序用JavaScript、JSON、CSS等語言規(guī)范進行程序代碼的開發(fā)，便于程序員進行開發(fā)，保證了小程序的開發(fā)效率；而小程序頁面基于本地進行加載，不需要通過頻繁的請求服務(wù)端來實現(xiàn)，減少了交互的次數(shù)，提高了小程序的執(zhí)行效率。

市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)采用微信小程序進行開發(fā)，以具體的施工工程項目為管理單位，無論是施工工程項目的管理人員、施工人員、監(jiān)理還是運維保護人員，均只需使用微信掃描項目二維碼，即可進入該項目的管理流程，并利用小程序的通信接口，隨時隨地聯(lián)系項目的有關(guān)人員，方便地進行該工程項目管理。

2.3 跨網(wǎng)段查詢管線空間信息

城市地下管線數(shù)據(jù)庫因為數(shù)據(jù)安全原因不能直接將管線空間信息數(shù)據(jù)或地理信息服務(wù)發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，同時因為投影坐標系的原因也不能位置一致地疊加在微信小程序所使用的公開地圖上。因此，針對查詢工程項目范圍線內(nèi)管線信息的要求，市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)設(shè)計時在政務(wù)外網(wǎng)服務(wù)器上部署一套數(shù)據(jù)加密傳輸處理服務(wù)，用以對互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行傳輸中轉(zhuǎn)，即在移動終端請求發(fā)送項目的范圍線坐標，發(fā)送到政務(wù)外網(wǎng)服務(wù)器，經(jīng)過加密傳輸后由VPN發(fā)送到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器進行坐標轉(zhuǎn)換和空間查詢，整個坐標轉(zhuǎn)換和空間查詢的過程全部在內(nèi)網(wǎng)完成，完成后將脫密的管線信息結(jié)果以表格的形式傳輸給政務(wù)外網(wǎng)服務(wù)器，進而讀取到移動客戶端上，實現(xiàn)跨網(wǎng)段信息查詢。具體的查詢方式如圖2所示：

圖2 管線信息查詢方式圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 架構(gòu)設(shè)計

市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)圖如圖1所示，整體分為三層：

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1)數(shù)據(jù)層：是由各類市政工程數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫和GIS地理信息空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，包括各類市政工程項目數(shù)據(jù)和地下管線數(shù)據(jù)，主要有基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、綜合管線專題數(shù)據(jù)、項目工程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)等。

(2)服務(wù)層：負責(zé)各類數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)，包括空間數(shù)據(jù)服務(wù)接口和業(yè)務(wù)功能服務(wù)接口，空間數(shù)據(jù)服務(wù)接口通過空間數(shù)據(jù)引擎進行空間數(shù)據(jù)的存取、交換、表現(xiàn)和操作等；業(yè)務(wù)功能服務(wù)接口則處理各類業(yè)務(wù)管理流程，包括管線項目信息的共享和互連。

(3)應(yīng)用層：主要為市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)小程序，在移動終端上通過微信平臺運行。

考慮到地理空間信息的數(shù)據(jù)特性，系統(tǒng)所涉及的后臺運算分為公開業(yè)務(wù)功能服務(wù)讀取和專業(yè)空間數(shù)據(jù)服務(wù)運算兩塊。市政工程中的公開信息服務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下通過微信小程序直接進行讀取。專業(yè)服務(wù)運算由于涉及專業(yè)GIS服務(wù)和復(fù)雜的地理信息數(shù)據(jù)庫，采用獨立后臺加密傳輸?shù)姆绞竭M行，小程序只做發(fā)送數(shù)據(jù)請求和接收數(shù)據(jù)服務(wù)結(jié)果信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)請求采用公開服務(wù)讀取和專業(yè)服務(wù)運算進行分離的設(shè)計，既保留了微信小程序請求后臺快捷輕量的特點，又避免了小程序無法進行專業(yè)GIS數(shù)據(jù)運算的缺陷。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計遵循自頂向下，逐步求精的原則，為系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持，主要管理綜合地下管線相關(guān)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，和工程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的項目信息和用戶信息，具體數(shù)據(jù)的分類如表1所示。

數(shù)據(jù)總表 表1

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖4所示，用戶數(shù)據(jù)庫與工程項目數(shù)據(jù)庫為多對多的關(guān)系，即一個工程項目可以對應(yīng)多個用戶，而一個用戶也可以對應(yīng)多個項目，而工程項目數(shù)據(jù)庫和地理空間數(shù)據(jù)庫為一對多關(guān)系，一個工程項目對應(yīng)多個地理信息子類。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的地理空間數(shù)據(jù)庫主要以GIS矢量數(shù)據(jù)的形式進行存儲，便于進行空間關(guān)系的運算和分析，而市政工程項目的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的形式進行存儲。

3.3 主要功能模塊實現(xiàn)

(1)項目應(yīng)急聯(lián)絡(luò)

系統(tǒng)通過微信小程序掃描具體施工工程項目對應(yīng)的二維碼，根據(jù)注冊時填入的用戶信息調(diào)用微信相應(yīng)的接口進行登錄用戶信息的獲取，自動形成項目的通訊錄(圖5)，在遇到項目出現(xiàn)工程事故，安全問題等緊急情況時，施工各方可通過微信小程序自帶的消息和通話接口進行通訊聯(lián)系。

圖5 項目應(yīng)急聯(lián)絡(luò)

(2)綜合信息展示

系統(tǒng)可以對項目的位置信息和屬性信息進行展示(圖6)，施工各方可以通過系統(tǒng)讀取到市政工程項目的全方位信息，包括項目的總體計劃、施工計劃、施工單位、開工時間、管線保護記錄和施工過程時間等重要工程節(jié)點信息，以及工程范圍內(nèi)的管線分類統(tǒng)計等管線空間信息，從而更加深入地了解項目實施的具體情況和地下管線分布的綜合概況。

圖6 綜合信息展示

(3)施工過程管理

系統(tǒng)對市政工程中的各個環(huán)節(jié)進行了過程管理，包括記錄了施工各方在開工、交底等重要環(huán)節(jié)的信息以及項目管理部門的會議和巡查情況，做到施工、檢查信息的溯源管理。主要管理功能包括：

①指定人交底

項目的參與人員對管線建設(shè)施工和運維保護操作指定對象進行交底，在系統(tǒng)中告知，并要求交底對象對重要事件進行反饋，從而保證項目施工過程中施工單位與管線運維單位對施工行為相互明確，保證施工時的管線安全。

②會議交底

項目建設(shè)單位和監(jiān)理單位在工程項目在實施過程中對召開的各種會議進行交底，記錄會議的內(nèi)容以及公開的附件資料，供管線施工單位和運維保護單位進行查看，保證項目施工過程中信息的全方位記錄。

③工作記錄

項目各單位在日常的施工過程中進行工作記錄(圖7)，對施工管理、施工進度、施工中發(fā)現(xiàn)的問題及安全隱患進行記錄上報，從而能做到施工信息的溯源。

圖7 項目施工過程管理

4 應(yīng)用狀況

市政工程施工管線信息管理系統(tǒng)在實際的應(yīng)用過程中，具備應(yīng)用推廣快速，溝通渠道靈活，空間分析智能化，信息記錄全方位等特點。

在市政工程項目的施工過程中，一般由建設(shè)單位主導(dǎo)項目建設(shè)，施工單位進行項目的開挖施工，管線權(quán)屬單位負責(zé)項目施工區(qū)域下的其所屬管線進行保護，相關(guān)監(jiān)管部門進行項目的管理。由于人員變動頻繁，工作職責(zé)獨立，很難建立全面立體的聯(lián)系機制。而通過在施工現(xiàn)場進行二維碼的放置，項目所涉及的各類用戶可以跳過復(fù)雜的應(yīng)用APP的安裝過程，直接在微信上掃描二維碼進行系統(tǒng)小程序的安裝。系統(tǒng)自動歸集用戶通信信息，形成項目通訊錄供各類用戶日常工作聯(lián)系使用。建設(shè)單位，施工單位，管線權(quán)屬單位的開工記錄，管線交底信息，也會通過系統(tǒng)進行全方位的記錄，方便監(jiān)管部門的管理人員進行應(yīng)急響應(yīng)和事故溯源，同時管理人員通過系統(tǒng)完成距離最近項目的獲取和項目范圍內(nèi)的管線類別長度情況等空間分析統(tǒng)計。

5 結(jié) 語

現(xiàn)階段，城市地下管線如何在現(xiàn)有的管線數(shù)據(jù)和信息平臺上進行深層次的管理，還需要做進一步的探索和研究。本文介紹的市政工程施工管線信息管理移動終端系統(tǒng)，把現(xiàn)有的管線平臺與具體的業(yè)務(wù)管理領(lǐng)域相結(jié)合，通過二維碼，微信小程序和移動GIS技術(shù)，增強了市政工程管線項目參與各方的溝通和交流，加快了信息的傳遞，提高了施工管理的效率，為城市地下管線的保護起到了積極有效的作用，在實際項目的應(yīng)用過程中得到了各類參與用戶的良好反饋。為地下管線的施工管理提供了一個新穎實用的思路。