武汉市城市管线规划管理一张图建设研究

彭 兵，甄云鹏，杨晓东

（1.广东省测绘技术公司，广东 广州 510075；2.武汉市勘测设计研究院，湖北 武汉 430022）

城市地下管线就像人体内的“血管”和“神经”，被人们称为城市的“生命线”。但是，由于诸多原因，基于普查数据建立的管线平台在信息共享和实际应用方面还不是很理想。本文以武汉市为例，针对现阶段我国部分城市管线信息存在的问题，从平台整体设计、数据体系建设、功能设计等3个方面介绍了武汉市管线规划管理一张图建设的情况，并详细阐述了系列比例尺地图编制、地图服务Cache创建、空间数据与全景数据坐标匹配等技术的实现。

1 需求分析

1.1 数据需求

武汉市通过开展“十五”、“十一五”管线普查、加强市政放验线和管线竣工验收以及完善相关管线各层次规划编制等工作，市国土规划局积累了大量的管线数据成果。这些现状、规划、审批类管线信息是城市规划、建设和管理的重要依据，但也存在着分散管理、标准不一、无法完全共享等问题，其指导和规范城市市政建设管理的作用还无法完全发挥。需要建立一个统一的、标准的管线数据库体系，汇集分散在各个管理单位保存的各类管线数据信息，消除管线数据分人、分类、分散的现象，努力实现管线数据的统一规划、建设和更新，建立市政管线信息的现状、规划、审批“一张图”。

1.2 功能需求

需要建立一个平台为领导决策服务、为日常规划审批工作服务、为管线权属和建设单位应用。平台应该具备各类管线现状、规划及审批数据快速直观的浏览查询功能、统计报表功能、快速定位功能、比对分析功能以及辅助规划综合设计功能等。

2 一张图的建设

2.1 平台整体设计

武汉市管线规划管理一张图以3S技术、数据库技术、网络技术为支撑，实现多源、多尺度、多时态空间信息的集成和各种专题管线信息的叠加、共享、应用，构建分布式的地理信息应用环境，提供管线信息的检索查询、地图浏览、辅助规划审批、空间定位和信息集成等功能，为政府辅助决策、重大工程建设和社会各界提供管线信息服务。管线一张图平台由管线信息采集建库与更新层、管线信息数据库层、网络层和应用层4个体系组成，如图1所示。

图1 管线一张图总体构架图

2.2 数据资源体系建设

本着“从无到有、从有到全”的原则，充分利用城市地下管线普查成果，搜集其他相关专业管线信息资源，从真正意义上将现状（地上地下）、规划、审批、放验线、竣工验收及归档的管线信息与相关市政附属设施整合起来，形成管线信息资源目录体系。全市管线信息资源通过一张图平台汇集，实现信息的高度集成和立体展现，发挥集约效应，提升信息化应用水平，促进城市市政管线规划建设的精细化管理。

2.2.1 数据库分类

数据库建设按用途分为基础背景数据库和专题管线数据库。基础背景数据主要是用作专题数据的背景参照，专题管线数据主要是支持系统正常运行的和实际业务有关的各类管线专题信息（见图2）。

图2 数据库按用途分类图

2.2.2 数据库的命名

数据库按照通俗性、可识别性、科学性的原则来命名。数据库和数据表名称都以中文名称来命名，由于整个平台数据是由专题数据和背景组成，所以采用了以“基础、专题”名称来命名数据库的方式，数据表名称在系统中的表现形式为“数据库名称.数据表名称”，便于区分和识别数据库，如表1所示。

表1 数据库命名

2.3 功能设计

2.3.1 管线集成管理子系统

管线集成管理子系统主要实现各类管线数据资源的入库整合，是集成和更新管线各类资源的平台。主要用户是系统管理维护人员和数据更新维护人员。

2.3.2 管线辅助审批子系统

管线在规划、设计、报建、施工、竣工验收及归档过程中，中间环节多，管理任务重，工作量庞大和繁杂。管线辅助审批子系统能够实时查看全市管线规划、现状铺设情况，以审批项目为核心，灵活查看报批项目的设计、审批、放验线、竣工验收、归档等各个环节的情况，满足管线规划建设管理的需求。该系统的主要用户是市政审批日常工作人员。

2.3.3 管线专业共享子系统

由于众多原因，管线专业共享子系统一方面能够满足专业管线单位实时查看管线信息的需求；另一方面，可以根据各单位需要，扩展系统，将综合地下管线信息资源和专业管线的信息资源集成起来，避免了各专业管线单位由于无法掌握同一路段或区域其他类管线的埋设情况而造成管线铺设打架、施工挖断管线的现象。该系统的主要用户是各专业管线权属单位和相关单位。

3 关键技术实现

3.1 系列比例尺地图编制

3.1.1 编制比例尺

一张图主要将地形数据、影像数据等基础数据和管线规划编制数据、管线现状数据等专题数据，通过ArcGIS系列软件制作成各级比例尺地图并发布应用。在满足相关地图制图规范要求的基础上，保证图面效果美观，表现形式正确。在确保各套比例尺地图之间统一协调的前提下，结合全市市域面积和日常实际规划管理工作需要，确定一张图按10个比例尺分级组织，每一级别考虑地图的载负量和美观需求，显示适宜的地图要素细节，具体级别划分如表2所示。

表2 比例尺级别划分列表

3.1.2 编制内容

小比例尺图主要反映城市的宏观地理面貌，突出城市的基本结构，主要内容为行政区、风景区、水系、居民地、道路、境界、景点、山体、结合表、城市总规、管线专项规划、管线控规等。大比例尺图主要反映城市的中观和微观地理面貌，突出城市的细部结构和用户感兴趣的专题信息，主要内容为道路、房屋、水系、居民地、境界、绿化、地名地址、结合表等基本内容和规划道路、管线修规、管线现状综合图、管线审批信息等专题内容，以供用户快速定位查询、浏览和辅助审批等。

3.1.3 地图更新方式

市政管线最大的特点就是大多数管线为配套道路所建设，所以管线一张图中道路及道路两侧相关地形的现势性和准确性至关重要。因此，根据用户对数据的关心和应用程度来制定一张图地图更新方式和周期。专题数据信息即各类规划、现状管线信息以及道路信息保证随时更新；其他相对变化较缓慢的基础数据信息，采取定期更新方式。

3.2 地图服务Cache的创建

3.2.1 ArcGIS Server Cache的创建

一张图通过ArcGIS Server 创建的服务来实现远程调用数据，它解决了远程用户调用大容量数据困难的问题，使得远程用户可以通过网络调用和查看主机服务器的数据。但是这种方法调用数据时速度不是很快，通过创建Cache 可以进一步提高数据调用的速度，从而提高系统的性能。创建Cache 实际上就是根据所创建的级别，将各个级别所对应的影像保存为指定的图片格式（如png8、png24、png32、JPEG等），用户在调用数据的时候实际上调用的是这些指定格式的图片，从而大大提高了数据读取的速度而不影响数据的使用。武汉市管线规划管理一张图地图的Cache创建目录如图3所示。

图3 ArcGIS Server Cache存储目录

3.2.2 ArcGIS Server Cache方式选择

一张图原始数据存储相当庞大，Cache的创建过程比较慢，所做的Cache 大小会是原始数据的很多倍，使用Cache 来提高数据调用的速度其实就是通过消耗硬盘空间来降低数据读取时间的过程。Cache有2种方式：一种是Fused，即所有图层合在一起进行再切片，这样做出的Cache不能按需显示关闭图层、选择要素、调整标注等；另一种是Multi-layer，即分别对每一个图层进行切片，分别传到客服端后进行叠加显示，这样做出的Cache能进行上面的一些操作，但如果图层数比较多时这种方式就会失去Cache的优点，因为分别切片后在客服端来进行叠加会花费很多时间。

通过实验发现，使用缓存地图服务最大的好处是可以动态地改进客户端来显示复杂的地图所花费的时间，其获取和显示地图时仅受到其联系的带宽的限制，消除了需要牺牲图像质量来换取显示的代价。综上所述，我们将需要实时更新的管线专题数据信息不做Cache，更新慢的基础地理信息做Cache，从而既不影响平台运行速度，也不影响平台的地图效果。

3.3 空间数据与全景数据坐标匹配

想要充分利用全景数据，实现空间数据与全景数据的同步漫游，就必须保证赋予全景数据与空间数据相同的坐标系或者将两者同时转换成相同的坐标系。

武汉市全景地图数据模型采用面向段对象的方法设计，其存储结构和查询方法见图4。根据路口位置信息将路网分割成一个个的线段，以段为对象设计数据模型。当全景采集设备沿着道路匀速移动时，搭载的摄像机会对道路前后左右上下各个方向进行全方位扫描和摄录，同时把采集到的数据信息传送到搭载的计算机上进行储存。在这一过程中，该平台通过GPS、惯性导航等技术和设备，对车辆运行的轨迹、车辆所在的经纬度和时间进行准确定位，从而获得准确的近景遥感测量数据，即为相片赋予坐标。

图4 武汉市全景地图数据模型在地下管线一张图信息化建设中的应用

由于GPS接收的定位数据是基于WGS84坐标系的，因此WGS84坐标系确定为空间数据和全景数据的共同坐标系，通过统一采用WGS84坐标系来实现空间数据和全景数据的坐标匹配。

4 结 语

武汉管线规划管理一张图充分整合了城市规划和现状管线等专题信息和相关基础地理信息，将全景地图数据运用于规划审批管理工作中，指定了专职部门负责数据维护更新和平台信息化开发，在不损失各方利益和信息保密的前提下，集中管理，按权共享，初步实现了管线信息平台的共建、共享和共用。随着测绘信息公开、共享相关法律的完善、政府财政的加大投入和城市网络的健全发展，一张图的应用前景会越来越广阔。

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