地下管线数据共享服务平台的设计与实现*——以南宁市为例

莫忠荣，陈 明，姚 胜

(南宁市规划信息技术中心，广西 南宁 530022)

地下管线数据共享服务平台的设计与实现*
——以南宁市为例

莫忠荣，陈 明，姚 胜

(南宁市规划信息技术中心，广西 南宁 530022)

地下管线是城市主要的基础设施，地下管线的信息化建设是实现数字城市的重要内容，也是实现管线科学管理的重要技术手段。文章结合实际工作需要，从技术路线、设计思路、功能实现等几个方面出发，开发了南宁市地下管线数据共享平台，该平台包含了7个子系统。系统建设的目的是满足不同用户的管线使用需求，为城市地下管线的信息化管理提供解决方案。

地下管线；数据共享服务平台；系统功能；子系统

0 引言

城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是其生存和发展的物质基础，担负着输送能量、传输物质和传达信息的重要任务，被称为城市的“血管”、“神经”和“生命线”[1]，它一般包括埋设于地下的给水、排水、燃气、热力、工业等各种管道以及电力、电信电缆[2]。随着国民经济的快速发展和城市建设的进度加快，城市地下管线的种类不断增多，覆盖范围也不断在扩张，在工程施工过程中由于管线资料现状不明或前期技术交底不到位的情况，导致出现因损坏地下管线发生了停水、停电、停气甚至是通信中断的现象，给市民的生活和工作带来了极大的不便，并因此造成严重的经济损失和不良社会影响。为切实加强城市地下管线建设管理，保障城市安全运行，提高城市综合承载能力和城镇化发展质量，南宁市人民政府于2014年6月开展了全市地下管线普查工作，旨在全面探明、查清城市范围内的地下管线现状，获取准确的管线数据，探测内容包括地下管线的平面位置、走向、埋深(或高程)、规格、性质、材料等[2]。

城市地下管线数据作为城市规划、建设与管理的基础性资料，为提高地下管线数据的现代化管理水平，确保南宁市城市地下管线规划管理工作能够得以高效率、高质量地运转，市委、市政府决定由南宁市规划管理局牵头，组织相关部门，建立基于C/S与B/S两种模式相结合的南宁市地下管线数据共享服务平台。该平台是在全面普查南宁市地下管线空间分布和属性情况的基础上，协调统筹全市的管线资源，整合市内各管线产权、管理单位的管线数据，构建完整、准确的城市地下管线空间数据库。

1 建设目标

地下管线数据共享服务平台的总体目标是结合南宁市地下管线数据现状，按照“智慧南宁”的总体部署，建立以CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)、GIS(Geographic Information System，地理信息系统)、物联网技术为核心支持，以辅助管线工程规划设计、建设管理、排水防涝为目的，建立起涵盖管线数据维护、监理、查阅、管理、分析、三维展示以及动态模拟等功能的综合性服务平台，实现全市地下管线数据的高度集中与资源共享。

2 总体设计

2.1 技术路线

南宁市地下管线数据共享平台建设服务项目结合了B/S和C/S两种方式，基于SOA的体系架构，采用了Oracle Database Enterprise Edition 11G作为数据库平台，ArcGIS 10作为GIS平台，City Maker7.0作为三维展示平台，Apache/JBoss作为应用服务器，ESB企业服务总线技术作为应用支撑层，JMS、JCA、WebService作为接口。具体的技术路线，如图1所示。

图1 技术路线Fig.1 Technical route

2.2 总体架构

根据地下管线管理的功能需要，通过共享平台获取相关服务，开发地下管线数据共享平台。系统由基础设施层、接口层、数据层、组件层和服务层、应用层5个层次及物联网技术、安全体系和标准规范三大保障体系构成，如图2所示。

图2 总体架构Fig.2 Overall architecture

2.2.1 基础设施层

基础设施层通过主机系统、存储、网络等软硬件构成了地下管线综合管理系统的运行环境，保障系统的正常运行，通过各种监测设备为管网的监控和分析提供了监测数据来源。

2.2.2 接口层

南宁市地下管线数据共享平台通过接口层实现与外界系统的对接，通过空间信息数据服务聚合共享服务，聚合由基础地理信息共享平台发布的基础地形数据、各种监测手段提供的地下管线监测数据。同时，南宁地下管线数据共享平台通过空间信息数据服务聚合共享服务，将地下管线相关业务数据共享发布给地理信息共享平台，供其他委办局共享利用，实现在数据安全和权限管理保证基础上实现数据的互联互通和相互调用。

2.2.3 数据层

数据层包括基础数据库和综合管网数据库两部分。基础数据库的数据主要包括：基础地形数据、地名地址数据和相关的专题数据，来源于地理信息共享平台；综合管网数据库主要是指：各种管线基础信息和各种管网监测数据，如热力、燃气、排水等，主要由数据普查、信息采集和建库完成。

2.2.4 服务层

南宁市地下管线数据共享平台通过地理信息共享平台获取地图、地名地址匹配、空间分析和目录等服务，开发应用层中的各种系统功能。根据业务和共享需求情况，通过共享平台注册对外向其他委办局提供专题应用服务。

2.2.5 应用层

南宁市地下管线数据共享平台系统实现了地下管线的空间化管理，包括地图、数据、文档的管理，资源展示，空间和属性查询，统计分析，空间分析，管线分析与部件的联动、管线设施管理等功能，形成了直观的辅助决策信息，提高了管线设施管理和运行水平。

3 主要子系统功能

3.1 基于EPS的管线维护管理子系统

本项目选用EPS地理信息工作站作为管线维护管理子系统(见图3)，它是北京清华山维新技术开发有限公司研发的面向测绘、基础地理信息生产的软件系统。该软件从地理信息系统应用的角度构建数据模型，综合CAD 技术与GIS 技术，以数据库为核心，将图形和属性关联为一体，EPS 工程数据文件可实现图形和属性数据的存储[3]。它生产的数据是完全信息化的数据，在GIS层面上，满足查询、统计、分析以及信息挖掘等各种层次的应用，在CAD层面上，配以近乎完美的动态符号化技术，可以满足打印出图的需求。该子系统主要功能包括：管线数据管理、历史版本管理、符号一体化管理。

图3 管线维护管理子系统Fig.3 Pipeline maintenance management subsystem

3.1.1 管线数据管理

采用开放的模板技术，支持对转换、变换的空间要素和空间属性的用户自定义，实现格式的无损输出，同时提供通用的监理、查错与接边功能，有效地提示与纠正、消除对图面信息外的逻辑性、规则性等难以用肉眼分辨的错误。

3.1.2 历史版本管理

GIS 所描述的现实世界是随时间连续变化的，EPS借鉴时态GIS的思想，将时间属性作为空间对象必须的基本属性，通过时间维度，将无序的更新业务，统一成先后有序的更新时间，妥善解决了更新冲突问题，同时采用增量方式管理历史数据，数据冗余小，信息记录全，支持历史版本回溯与动态回放。

3.1.3 符号一体化管理

管线数据一般是在CAD或GIS平台上使用，为确保数据的图面显示一致性，EPS提供了面向ArcGIS软件的ArcSyml符号化控件，解决了跨平台的符号一体化以及大比例尺的信息表达与图面表达之间的矛盾。

3.2 基于AutoCAD的管线浏览子系统

为满足规划部门的审批与设计需要，符合使用人员的操作习惯，采用ObjectArx二次开发包，利用C++和C#作为开发语言，在AutoCAD 2010平台上开发了一系列扩展功能模块，通过ArcSDE API来访问空间数据库中的地下管线数据。

通过该子系统(见图4)，不仅可以快速、有效地查询地下管线数据，还可根据需要叠加基础数据、规划成果、审批数据等数据，同时还提供了一系列辅助设计的功能模块，主要包括管线数据加载、图形与属性互查、横断面分析、统计分析、管线图输出等。

3.3 基于WebGIS的管线浏览子系统

随着GIS普适化的发展，管线数据使用对象也不断在扩充，有强GIS用户，也有弱GIS用户，甚至是非GIS用户，因此为提高管线数据的使用效率，扩大管线维护与更新的影响范围，开发了基于ArcGIS Server的管线浏览子系统(见图5)。该系统采用统一、亲近的界面风格，主框架组成部分主要分为菜单及工具条、功能树、导航视图及主视图以及状态栏。政府各部门以及管线产权、管理部门可以通过电子政务网络登录该系统，实现地图浏览、综合查询、统计分析、制图输出以及纵横断面、交叉口、碰撞、爆管、流向、净距等管线综合分析功能。

图4 AutoCAD浏览子系统Fig.4 AutoCAD browsing subsystem

图5 WebGIS浏览子系统Fig.5 WebGIS browsing subsystem

3.4 基于City Maker的管线三维子系统

由于地下管线错综复杂，在二维上无法完整地表达出地下管线的空间位置以及与相邻管线的真实关系，随着三维可视化技术手段的发展和计算机硬件、存储设备能力的提升，为真实表达地下管线的材质、走向、尺寸以及在三维空间中的分布情况，利用ArcGIS Engine和City Maker SDK开发包开发了B/S结构的三维浏览子系统(见图6)。

图6 三维浏览子系统Fig.6 3D browsing subsystem

由于地下管线是由一系列的管点按一定连接关系构成的线，根据CJJ 61-2003《城市地下管线探测技术规程》，每类管点或管线都有特定的符号与表达方式，可以利用3ds Max建模软件创建管点附属设施、管线三维模型符号库，按照赋值规则，赋予特定的编码值，并与ArcSDE二维地下管线数据库一一对应。根据一一对应的关系，该子系统实现了地下管线三维浏览，系统功能主要包括视图控制、漫游缩放、空间量算、定位查询、属性显示、横断面分析、流向分析、地下模式、二三维分屏显示、视图输出等。

3.5 管线档案查询子系统

由于城建档案管理机构已经建成了涵盖了管线工程在内的城市建设工程档案数据库，根据提供的数据接口，搭建了地下管线档案管理子系统(见图7)。该系统主要功能包括用户的权限控制、分级查询、附件下载、在线预览以及日志管理等，利用该系统能较好地满足地下管线工程档案的查询、浏览、打印、下载的需要。

图7 档案查询子系统Fig.7 Archives accessing subsystem

3.6 城市排水管网模拟子系统

该子系统(见图8)集排水管网设施数据集成与管理、设施编辑与维护、水力分析与工程设计为一体的综合性排水管网数字化管理平台，充分利用了GIS提供空间数据的浏览管理和空间分析能力，根据专业数学模型提供了排水系统的动态模拟和水量/水质分析能力，主要功能包括数据加载、图层控制、连通分析、暴雨强度动态模拟、淹没分析、管线设计方案评估与优化、溢流分析等。

图8 城市排水管网模拟子系统Fig.8 Urban drainage network simulation subsystem

3.7 信息共享服务子系统

为满足政府各部门与管线产权、管理单位在线访问不同管线资源以及服务管理的需求，采用了由北京捷泰天域信息技术有限公司研发的OneMap Platform v3.1平台作为信息共享服务子系统(见图9)。该子系统是保障平台稳定、安全运行的后台支撑系统，提供对平台服务的管理、用户体系的管理，通过设备监控、网络监控、流量监控等技术手段保证平台的安全与稳定，并对信息资源访问、业务功能调用、系统管理等活动进行记录，及时发现系统隐患、快速恢复系统故障和优化系统管理，为平台能够7×24小时稳定运行给予支撑。该子系统功能模块主要包括用户登录与管理、服务管理、安全管理、系统监控、日志管理、统计分析、资源管理和系统配置等。

4 结束语

实际工作中，地下管线数据共享服务平台给地下管线数据的管理、利用与共享等工作带来了很大的便利，既解决了同一数据源跨平台符号显示及二三维数据对应关系的一致性的问题，又可以根据不同部门的需求提供管线数据服务。当然，评判一个平台的好与坏，关键取决于平台的开放性与数据的鲜活性，本文研究的技术路线成熟：在纵向上，从政府部门到社会公众都可以通过该平台获取对应的管线数据；在横向上，政府部门之间可以通过该平台协调地下管线工程项目的实施。但如何确保数据的鲜活性和现势性，需要从管理体制上改革，组建地下管线信息日常管理机构，建立专业的管线数据更新管理团队，统筹全市地下管线资源，在严格要求设计前必须要摸清现状管线资料，还要规范地下管线覆土前竣工测量行为，建立地下空间使用登记发证(备案)机制。

[1] 丁孝兵，王礼江，杨传勇，等.浅谈佛山市地下管线信息化建设[J].北京测绘，2011(4)：69-71.

[2] 中华人民共和国建设部.CJJ 61—2003城市地下管线探测技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 赵海涛，王鹏，刘启福.基于EPS2008的管线接边方法研究[J].测绘通报，2015(3)：76-78.

Design and Implementation of Data Sharing Service Platform of Underground Pipeline：A Case Study of Nanning

MO Zhong-rong，CHEN Ming，YAO Sheng

(NanningPlanningInformationTechnologyCenter，NanningGuangxi530022)

Underground pipeline is one of the most important infrastructure in a city.The information construction of the underground pipelines not only is the important content of digital city，but also is one of most important technologies to realize the scientific management of pipelines.According to the practical requirements，a data sharing service platform of underground pipeline in Nanning that includes seven subsystem is developed from the technical route，design ideas，function implementation，etc.It aims to satisfy the demands of pipeline utilization from different users，and provide a solution for the information management of urban underground pipelines.

underground pipelines；data sharing service platform；system function；subsystem

2015-08-17

P 208；P 209

A

1007-9394(2015)04-0021-04

莫忠荣(1982～)，男，广西北流人，硕士，工程师，现主要从事规划信息化与数字城市方面的工作。