基于WebGIS 的城市综合管线系统设计与实现

陆旭龙，肖 凯，蒋红梅

(1.镇江市勘察测绘研究院，江苏 镇江 212004;2.镇江市国土资源局，江苏 镇江 212001)

1 引言

城市综合管线是城市重要的基础设施，担负着城市中各种资源(水电气等)和信息传输(通讯)的任务，是维持城市各功能区有机连接和运转的“生命线”。几乎所有维持城市功能正常运转的大通道都是以地下管线为载体实现的。它是城市发挥功能不可或缺的重要部分。

以江苏省镇江市为例，改革开放以来，经济的发展带动了城市面貌的快速变化，对地下管线的改造也随着城市建设活动的频繁而不断进行。但是对地下管线资料的管理并没有跟上城市建设的步伐，有关资料散布于多个单位，缺乏统一有效的管理手段。通过手工方式收集的资料难以反映管线的现状，因此迫切需要利用现代信息技术手段加以管理:一方面，需要全面进行管线的普查勘探，另一方面需要建立集中数据库，并建立专题信息系统，实现统一高效的管理，以便为城市规划、建设等有关活动提供决策依据。

在建设城市地下管线专题信息系统的过程中，GIS 可为其可视化管理提供支撑。城市的各类管线(如电力、热力、通讯、给排水、天然气等)可以被分类建立相应图层，叠加显示在城市的背景地图上，实现集成展示和集中管理。在地图操作界面上，管线可以进行勾画或数据导入，并将其实时记录进数据库中，供进一步查询分析和统计输出使用。

2 系统设计

系统主要适用于城市测绘、城市规划和规划档案管理部门，总体要实现管线相关信息的数字化存储以及编辑功能，还要能够对库存信息进行分析提取，并要提供管线信息的查询和浏览等服务。

2.1 系统架构设计

系统采用C/S(客户端/服务器)模式和B/S(浏览器/服务器)模式混合的方式建设。采用多级分布式开发方式，应用3 层结构(表现层、逻辑层、数据层相互联系又具有独立性)，表现层界面风格统一，数据层处理方法一致，两者通过逻辑层发生关联，用户无需与数据库进行直接交互，也无需了解数据库访问的技术细节，这样可使用户仅需专注于数据处理与功能操作，从而更容易参与功能设计。各项业务逻辑设计对应程序的内在功能，每个页面表现为一个逻辑功能组合体。这样系统的研发可以作合理化分工，开发效率明显提升，技术开发复杂度和后期维护压力大大下降。

管线系统的体系结构如图1 所示。数据库系统采用Oracle 系统，该数据库直接支持空间数据类型，可以自然地实现空间数据、属性数据的一体化存储和管理。借助于ArcGIS 组件，数据库实现了空间数据的对象化操作，基于文件系统实现多媒体数据的管理，并利用特定关系表建立文件系统中的多媒体文件与数据库中实体对象的关联，实现了所有数据的集成化管理。在业务逻辑层，把ArcGIS 的有关空间数据处理功能模块化，集成到有关的业务过程中去，可以实现属性信息与空间信息的一体化处理。在界面表现层，可实现地下管线信息综合管理系统的功能操作，满足业务单位镇江市规划局以及相关各部门的日常管理要求。

图1 管理专题系统的架构图

用户对数据的访问请求通过表现层的相关页面发生，通过逻辑层中的业务模块处理转换，变成针对数据服务器的数据操作请求(新增、删除、更新和查询)，数据库服务器在处理完请求之后，把有关结果根据约定的协议反馈给业务逻辑层，并经过适当处理后，在表现层反馈予用户。

2.2 系统功能设计

系统功能总体上可以分为基础数据(包括基础地理数据、管线专题数据、业务管理数据等)的输入加工模块、业务操作模块、统计分析模块，以及常规的系统配置模块(如用户管理)4 个部分(图2)。

图2 管线系统的功能模块划分

2.2.1 数据入库和管理模块

该模块主要包括的功能有:外业采集的管线数据入库、管线数据编辑和不合理数据的清理等。

2.2.2 决策分析模块

对城市规划以及城市建设活动相关人员而言，其对管线系统的最大需求在于从管线数据中获取有关信息，这主要通过系统提供的报表统计、决策分析和辅助规划3 个子模块的功能得以满足，对管线有关数据的常规分析包括连通性分析、净距分析、断面分析、覆土深度分析、抢险应急分析以及统计分析等。

2.2.3 业务操作模块

业务操作将借助于地图功能实现，包括基本的管线标注、管线查询、管线定位、地图量测及出图打印功能。地图量测实现图上距离和面积的量测;管线标注可对管线的图面表示增加文字信息增强。

2.2.4 系统配置模块

系统配置用于建立系统运行环境以及运行规则。最主要的是实现用户管理(用户的添加、删除)、用户权限设置(设定系统管理员、用户角色等，并据此确定用户对于特定系统模块的访问操作权限)。

3 系统关键技术

3.1 基于Web Service 的GIS 技术

Web Service 是Web 上的一种远程可调用的计算服务，根据约定的协议向浏览器端的调用方提供访问接口，接受由浏览器传送的参数，在服务器端完成计算，并将结果反馈给浏览器端的调用放。Web GIS 是一种在Web 上实现地图发布服务、地图呈现和地图操作相集成的完整的GIS 技术体系，由于地图发布服务遵循有关标准，可以跨平台、跨网络、跨语言地被多种客户端调用。地图发布服务还具备服务聚合能力，将源自其他Web GIS 服务器的GIS 服务集成起来予以发布。基于Web Service 的GIS 技术可以在浏览器端更为灵活地集成包括Web GIS 地图发布服务的更多远程服务，实现地图承载内容的多样化。

3.2 基于HTML5 的富客户端技术

早期浏览器支持的HTML 的版本较低，不支持复杂的界面表现以及操作，特别是对于矢量数据不支持其高速绘制。早期浏览器不得不借助于Flash插件或者图片来实现复杂内容(如地图)的表达以及复杂的界面交互动作。较新的浏览器(如IE10+、Chrome 等)支持HTML5，在HTML5 中引入了canvas 标签，这个新的页面元素支持图表、图形以及动画的可控绘制，大大增强了内容表现的丰富度。此外，HTML5 原生地支持(即:免客户端安装)若干多媒体内容的播放和展示，并支持更为复杂的用户交互行为，为设计复杂的Web 应用带来了新的技术活力。

3.3 基于ArcGIS Server 的地理网络分析技术

该系统针对专业用户提供业务功能，同时还为一般用户提供常规的如公交查询和兴趣点检索等公共服务功能，后两者借助于GIS 空间分析功能而实现。采用的ArcGIS 软件平台可以在服务器端实现矢量和栅格分析、3D 和网络分析等地理计算，并把计算结果通过浏览器呈现给用户。

4 系统实现

4.1 系统开发平台

系统以集成开发环境Visual Studio.Net 2010 为基础，C/S 版采用ArcGIS Engine10.0+ArcSDE +Oracle11g 的技术组合，B/S 版采用ArcGIS Server10+ArcSDE+Oracle11g 的技术组合，两者均利用C#开发语言调用ArcGIS 提供的COM 接口以及相关服务，通过服务器实现有关处理或者计算，并接收返回的计算结果，在客户端活着浏览器上呈现给用户。

4.2 应用效果

系统C/S 版提供包括管线浏览、管线查询、管线统计分析、管线编辑及管线入库及备份等功能(图3)。系统B/S 版主要提供管线浏览、管线查询、管线统计分析以及管线编辑功能(图4)。

图3 系统C/S 版主界面

图4 系统B/S 版主界面

5 结束语

镇江市地下管线综合管理信息系统将全市地下管线资料借助于数据库技术实现集成管理，借助于GIS 技术，实现可视化操作，借助于网络技术，实现多人多地的并发服务，为城市规划和建设活动提供了比较好的技术支持，对减少规划过程中的不确定性以及减少因为乱挖乱建而造成的损失发挥了很大的作用。

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