综合地下管线信息系统的设计与实现

陈相,花叶,黄厚(．上海市测绘院,上海 00063; ．上海市浦东新区测绘管理办公室,上海 000)

综合地下管线信息系统的设计与实现

陈相1∗,花叶1,黄厚2
(1．上海市测绘院,上海 200063; 2．上海市浦东新区测绘管理办公室,上海 200120)

摘 要:地下管线事故的频发对综合地下管线的管理与应用提出了更高的要求。上海浦东新区通过管线普查,结合自身特点以及业务需求,采用行业领先的WebGIS技术,搭建综合管线数据库,构建综合地下管线信息系统,实现了地下管线从检测、入库、管理到共享应用的全生命周期管理,为管线管理单位、职能单位、权属单位提供了丰富实用的服务。

关键词:浦东新区;地下管线;信息系统;WebGIS;N层架构

1 引 言

城市地下管线负担着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排弃等功能,是城市基础设施的重要组成部分,被称为城市的“生命线”[1]。同样,城市地下综合管线数据是城市规划、建设和管理的重要基础地理信息数据,也是城市发展和政策决策的基础依据,拥有巨大的实用价值。

近年来,由于城市建设的快速发展,地下管线乱埋乱铺现象横生。再加上各管线权属单位相互之间缺乏沟通,各自为政,不愿共享自己的专业管线数据,整个社会缺乏一套完整、权威的综合地下管线数据,缺少对管线数据的综合管理,从而导致社会上管线事故频发,严重威胁到城市的公共安全。因此,亟须对地下管线进行全面的普查,并在此基础上建立统一的管线数据库与信息系统,实现对地下管线的统一管理。

随着地理信息技术(GIS)的发展,其被广泛地应用于各个领域,也给城市地下管线信息系统的建设提供了新的方向[2]。利用GIS进行城市地下管线的管理,不仅仅能够实现信息的存储、查询、检索等,在此基础上实现常规的查询、统计、标注、量测等基础功能,更重要的内容在于还能利用GIS的空间分析功能,实现对地下管线的分析、预测和模拟,为管理和应用部门的规划提供技术支持[4]。

近年来,在城市地下管线信息系统建设方面,许多城市也有很多成功的案例。2012年,江阴市搭建了地下管线信息系统,实现了从报建、审批到批后管理及更新和地下管线共享与应用;2013年,常州市武进区启动建设地下管线综合管理系统,意图搭建一套集管理应用一体的综合应用系统。而在美国,20世纪90年代就提出数字化管道的概念,通过管道信息系统,为管道管理部门和生产部门人员提供各类与管道相关的图形和属性信息,之后又建立了“811热线”、“一呼通”等管线共享查询机制,有效地减少了管线事故的发生[3]。

上海市浦东新区秉着“先行先试”的原则,为了掌握地下管线的第一手资料数据,在2014年全面开展了浦东新区内环道路以内区域地下管线的普查,彻底查清浦东内环区域内的综合管线数据。同时在总结和反思以往失败案例,广泛借鉴和学习成功项目的基础上,结合浦东新区实际的建设需求,大胆尝试和探索新的管线信息系统技术方案,搭建综合地下管线数据库,构建地下管线信息系统,以实现对综合地下管线数据的统一管理以及共享应用。

2 系统架构设计

本系统基于目前IT技术中流行而比较成熟的“N”层结构方案[5,6]。系统的架构体系如图1所示:

图1　系统架构设计图

系统架构总共分为四层,分别是基础设施层、数据资源层、业务逻辑服务层、功能表现层。

基础设施层:基础设施层主要包括服务器主机、存储(一般为4GB或8GB光纤通道磁盘阵列)、网络、安全设备、路由设备及其他外围设备,还包括服务器虚拟化软件平台、操作系统、GIS平台(如ArcGIS)、数据库系统等。

数据资源层:主要包括综合管线数据库和基础空间数据库。综合管线数据库涵盖综合管线数据、地下管线三维数据、元数据、用户信息数据、文档数据等;基础空间数据库包括矢量地图数据、影像数据、地形图数据、三维城市模型数据等。

服务层:系统设计将主要以WEB服务为中心、以分布式数据库为基础、以XML为桥梁来搭建。基础服务选用ArcGIS server 10．2平台,提供切片地图、动态地图、几何要素等服务;应用服务则基于．NET的Web Service提供,实现与数据资源层的交互。

应用层:包括数据检测系统、监理入库系统、综合管理系统、二三维共享发布系统、综合管线共享发布系统,涵盖地下管线普查(跟测)数据成果检查、入库、管理、共享发布、辅助规划整个业务流程,提供两种类型的客户端运行平台,以B/ S和C/ S相结合的方式开发,实现具体的应用要求。应用层利用Ajax技术调取应用服务,利用ArcGIS API for javascript调取基础服务,从而通过服务层实现与数据资源的互联。

3 系统模块设计

根据需求调研和需求分析,最终确立系统的总体架构,信息系统分为数据综合管理与数据共享应用两个部分。数据综合管理主要面向数据管理部门,分为管线数据检测子系统、数据监理入库子系统以及数据综合管理子系统三大部分,主要负责地下管线数据的检测、入库以及管理运维等管理工作;数据共享发布则主要面向管线应用单位——政府部门和管线权属单位,分为二三维共享发布子系统和综合管线共享发布子系统。系统的功能结构如图2所示:

图2　地下管线信息系统体系架构

数据检测子系统主要是对上交给管线管理部门的外业普查、跟测或是汇交成果数据进行检查,检查数据是否符合技术标准,是否符合入库规范。数据检测子系统类似于数据检测的一个工具,直接运行打包的exe文件便可执行。该子系统主要提供给管理部门使用,检查合格后方可提交平台的监理入库子系统。也可将该子系统分发给管线数据生产单位,数据生产单位可使用该子系统加强自检,以提高数据质量。

数据监理入库子系统主要实现跟测数据与现有地下管线数据库的融合,确保地下管线数据库的实时更新,主要功能包括业务受理、数据监理、数据编辑、入库更新、系统管理等。系统采用C/ S架构,主要为管理部门数据操作员、数据管理员使用。

综合管理子系统是整个信息系统的核心枢纽,采用B/ S架构进行开发,实现对综合地下管线的查询、统计、标注、管网分析、图形管理、权限管理和系统管理等功能。系统以网页方式为不同层面的管理人员提供综合管线管理的各类服务,为管线管理部门实现综合管线的科学、高效、自动化管理奠定基础。

二三维共享发布子系统主要实现地下管线数据在二维三维模式下的浏览发布,用户可在此基础上进行地下管线的检索、统计、标注、量测、分析以及相关的业务功能。系统部署在上海市政务外网上,其中基础地理信息数据调用上海市地理信息公共服务平台上的资源,管线数据和三维模型数据采用前置形式部署在系统服务器上,该系统主要为政府部门服务。

综合管线共享发布子系统实现综合地下管线数据在管线权属单位之间的共享和交换,为权属单位在管线设计和施工时提供决策依据。系统考虑采用B/ S架构,以专线网络形式部署,为权属单位提供地形图瓦片服务、管线元数据服务、综合管线数据服务以及专业管线数据服务,使权属单位通过该系统不仅仅可以浏览查询管线数据,也能通过该系统进行管线数据的申请、上传与下载。

4 系统实现

整个系统依托ArcGIS平台进行开发搭建,其中C/ S架构系统基于ArcMap Editor开发,B/ S架构系统后台数据服务采用ArcGIS Server发布,前端使用Arc-GIS API for Javascript开发实现。综合管线数据采用Oracle Spatial存储,利用ArcSDE进行连接调用。

系统的最终实现效果如图3、图4所示:

图3　监理入库子系统效果图

图4　二三维共享发布子系统效果图

5 系统核心技术

本管线系统由于覆盖地下管线管理应用的全生命周期,涉及内容多,在整个系统中使用了许多不同类型的技术来保证系统的正常运行。系统使用的核心技术主要包括:①海量数据存储与管理技术,系统运用Oracle空间数据库来存储系统所需的矢量、影像、基础地形、管线、三维模型等海量数据,同时通过空间数据引擎,实现空间数据的高效率访问[7];②B/ S、C/ S相结合的分布式技术,B/ S以满足大量用户对系统的信息访问的要求,利用WebGIS技术发布空间信息,满足众多用户对空间信息的访问需求,而对于复杂的、专业的操作功能采用C/ S结构实现,以满足少量专业用户的要求[8,9];③二三维一体化技术,系统采用二维、三维平台结合一体化的方式来构建地下管线的共享发布系统,使用户能够同在浏览逼真的三维管线的同时也能实现复杂的统计分析功能,实现“二维三维一体化”、“地上地下一体化”、“专业综合一体化”的总体框架[10]。

6 结 语

浦东新区地下管线信息系统在充分考虑用户需求的基础上,将管理与应用有机分离,利用行业内领先的Web-GIS开发技术,搭建了服务于管线管理部门、政府职能单位、管线权属单位的一整套服务系统,实现了地下管线从检测、入库、管理到共享应用的全生命周期管理机制。

参考文献

[1] 陈兴华,石金锋,丛日盛．基于WebGIS的城市地下管线信息系统的建立[J]．海洋测绘,2008(1):68～71．

[2] 吴信才．地理信息系统原理与方法[M]．北京:电子工业出版社,2002．

[3] 杨斌,顾秀梅,武锋强等．基于GIS的城市地下管线综合信息系统[J]．科技导报,2011(12):48～52．

[4] 陈兴华,石金锋,丛日盛．基于WebGIS的城市地下管线信息系统的建立[J]．测绘工程,2007(6):34～37,41．

[5] 韦斌．基于ArcGIS城市地下管线信息系统的研究与设计[J]．测绘与空间地理信息,2011(2):130～132,135．

[6] 李波,王娓娓,李建敏．．NET框架下n层结构信息系统的设计与实现[J]．计算机与现代化,2005(1):60～62．

[7] 解智强,杜清运,高忠等．地下管线通用GIS平台建设及其在城市排水管理中的应用研究[J]．测绘通报,2012 (8):72～75．

[8] 陈佑民,毋焱,邓勇等．互联网技术在地下管线管理中的应用[J]．测绘通报,2013(S2):23～26,40．

[9] 邓莎．基于GIS的地下管线系统设计与实现[D]．乌鲁木齐:新疆大学,2008．

[10] 王燕．二三维一体化的WebGIS系统的研究与实现[J]．现代测绘,2011(34):46～47．

Design and Implementation of Integrated Underground Pipeline Information System

Chen Xiang1,Hua Ye1,Huang Hou2
(1．Shanghai Municipal Institute of Surveying and Mapping,Shanghai 200063,China; 2．Surveying and Mapping Office of Pudong,Shanghai 200120,China)

Abstract:The frequent occurrence of underground pipeline accidents put forward higher requirements for the management and application of integrated underground pipelines．Pudong New Area Shanghai through the pipeline survey, combined with its own characteristics and business needs,the use of industry leading WebGIS technology,build a comprehensive pipeline database,build a comprehensive underground pipeline information system,to achieve the full life cycle management of underground pipelines from detection,storage,management,management to the pipeline management unit,functional units,ownership units to provide a rich and practical service．

Key words:pudong;underground pipeline;information system;WebGIS;N-tiers structure

文章编号:1672-8262(2015)06-25-03中图分类号:P208．2

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—08—25

作者简介:陈相(1989—),男,硕士,助理工程师,主要从事WebGIS开发与应用等技术工作。