“智慧两江”综合管网信息系统设计与建设

梁均军，程宇翔

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

“智慧两江”综合管网信息系统设计与建设

梁均军1，程宇翔1

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

根据重庆市两江新区工业开发区综合管网建设的实际情况，深入剖析地理实体、三维模型等数据的内容特征及其相互关系，设计了“智慧两江”综合管网信息管理系统，并进行了全面建设。提供了方便快捷，实时、可移动的二三维一体化查询功能和复杂、全面的分析统计功能，能保持稳定、可持续的数据更新，是有普适推广作用的综合系统。通过对系统建设成果的展示，充分体现了管线数据资源统一管理在信息化城市建设中的重要性，进一步说明了综合管网信息系统建设对城市规划、建设以及社会经济发展所作出的巨大贡献。作为“智慧城市”建设中的试点项目，对城市建设的其他内容，以及其他城市的“智慧城市”建设有一定的指导性。

综合管网；数据库；信息系统；统计分析；管理；更新机制

综合管网是城市基础设施的重要组成部分，被称为城市的“生命线”。为加强城市管网的规划、管理，必须在查清城市综合管网的现状，获取准确、完整的管网资料的基础上，建立一体化的信息管理系统，集中管理，同时完善更新机制。两江新区作为国内第3个、西南地区第一个国家级开发开放新区，区内经济建设快速发展，加强新区重要设施，如综合管网的管理与信息化建设，对加强地下空间的合理开发利用，提高管网的安全防范、保障维护，合理化城市规划建设，完善城市功能，形成良好的投资环境都有至关重要的作用。因此，两江新区管委会以水土、龙盛工业开发区为试点，开展综合管网数据库普查建库和信息系统建设。

1 总体框架

目前，管网资料的存储都是离散化、纸质化的，由不同的建设单位进行申报，资料不全，版本过多，管理不统一，查询和统计十分不便，对于地区的建设发展和领导决策不能起到很好的辅助作用。因此，在统一的平台之上，利用先进的GIS技术，构建集中式管理信息系统，既满足基础查询、统计、分析的功能性需求，又满足辅助城市管理和审批决策的实际需要，是此次“智慧两江”综合管网系统设计的重点，如何满足不同用户的不同需求，建设简单、易用、稳定的系统，是此次设计的难点。

综合管网系统主要分为4个层次：基础设施层、数据层、功能层和应用层[1-4]，如图1所示。

1） 基础设施层：基础设施层是系统运行的基础，主要包括网络环境、硬件环境和软件环境。

网络环境：系统基于政府机构专用网络搭建，不再另外搭建新的网络。

硬件环境：主要包括Web服务器、GIS服务器、数据库服务器和灾备设备的建设。

软件环境：主要包括操作系统、数据库管理软件、GIS平台、三维平台的建设。

2） 数据层：主要是实现对地理空间框架数据、遥感影像数据、三维模型数据、地名地址数据、建设用地数据、规划报建数据等基础地理数据以及综合管网数据的有序存储和管理。

3） 功能层：介于数据和用户之间，是二者沟通的桥梁。通过功能层的建设，系统可以充分利用数据为用户提供各种应用，解决问题，提供支持。主要包括综合查询、分类统计、方案导入、安全防范、管网分析、地名查询、地图控制、资源浏览等功能。

4） 应用层：直接面向用户，满足用户的相关需求，提供不同的应用环境、模式和场景。“智慧两江”综合管网系统针对不同用户提出的辅助决策需求和常规业务需求，分别设计了2种服务模式：移动端和桌面端。系统提供不同的使用模式，不同的数据粒度，满足不同的需求。

图1 系统总体框架

2 数据库设计

2.1 数据库总体架构

在数据内容上，数据库主要由包括地理空间框架数据、遥感影像数据、建设用地和规划报建等的基础数据库、综合管网二维数据库和综合管网三维模型库组成[5-8]，如图2所示。

图2 数据库总体架构图

1）基础数据库：主要存放地理空间框架数据、遥感影像、用地、建筑物以及规划报建等数据。

地理空间数据：主要包括从1∶500、1∶10 000等基础数据中提取的行政区划、道路、水系、建筑物以及地名地址数据等，包括空间位置和基础属性信息，作为制作电子地图的基础数据，是系统展示的基础。

遥感影像数据：主要包括分辨率为15 m和0．5 m的卫星遥感影像，满足用户查询和空间定位的需要。

建设用地和规划报建数据：主要包括两江新区工业开发区范围内现状建设用地、规划建设用地及规划报建数据，作为辅助决策的数据参考。

建筑数据：结合建筑物普查和1∶500DLG基础数据，提取两江新区范围内的建筑物数据，满足用户分析决策需求。

2）综合管网二维成果库：存放市政管线建库数据。地下管线：主要包括给水管道（上水、消防用水）、排水管道（污水、雨水和雨污合流）、燃气管道（煤气、天然气）、工业管道（氢、氧、石油等）、电力管线（供电）、通讯管线（电信、移动、联通、网通、有线电视、广播等）。

地上高压电力线：地上架空电线、供配电设施（变电站（所）、配电房、开闭所等）、铁塔、电杆。

3） 综合管网三维模型库：存放三维模型成果，包括数字高程模型、三维建筑物和三维管线设施。

2.2 数据库建设

1）基础数据建库。基础数据建库流程涉及数据清理、分层、分类、转换、提取、接边、拓扑、符号化、质检、导入等不同的过程，如图3所示。

图3 基础数据建库流程

2）综合管网二维数据建库。按照数据库设计和建库规范对市政管网各类数据进行入库前系列预处理，包括数据清理、数据格式转换、拓扑关系检查与处理、属性完整性检查与处理、立向空间关系检查与处理、逻辑一致性检查与处理、分区数据整合等预处理过程[9]，如图4所示。

图4 二维管线建库流程

3）综合管网三维模型建库。市政管线设施在二维管网数据基础上，通过识别、转化二维管网数据中带有的三维坐标信息构建市政管网三维模型库，建设内容包括三维坐标信息导入、建立网络数据集、构建市政管网几何模型、纹理贴图、构建三维场景、多媒体信息导入、属性信息导入等，如图5所示。

图5 综合管网三维数据建库流程

3 应用系统设计

3.1 移动端功能设计

移动端的设计重点主要是为了满足外出调研、开会、视察工作等户外活动的情况下，需要可移动的、快捷方便的完成管线统计信息、管线分布、重要管线及其周边环境情况、安全防范距离等的查阅需求。系统主要通过离线瓦片数据，构建轻量级数据库sqlite和geodatabase的方式，实现对管线数据的离线、快速浏览，如图6所示。

图6 两江综合管网系统移动端功能分块图

1）管网概况。提供两江新区工业开发区龙盛、水土范围内建库的所有地下管网和重要管网的总长度，分区以及分权属统计的分类管线总长度的查阅功能，如图7所示。

图7 管网概况功能示意图

2）重要管网。重要管网主要提供两江新区工业开发区龙盛、水土范围内经过建库的所有地上高压管线、地下管线以及重要管线的分布情况以及周边建筑物、现状用地、控规用地、规划报建项目等分布情况的浏览，如图8所示。

图8 重要管网功能示意图

安全防范主要是根据国标《GB 50289-98城市工程管线综合规划》中“工程管线直接及其与建（构）筑物之间的最小水平净距”的标准来确定各类管线的安全防护距离，并用不同的颜色在底图上进行表示，并给出相应的距离标注，使用户能够方便快捷地查看管线周边的安全范围，预防危险，如图9所示。

图9 安全防范功能示意图

3.2 桌面端功能设计

综合管线系统桌面端的设计重点是为了满足日常业务工作中，对管线数据的浏览、查询、统计、分析以及辅助决策等应用需求。针对管线数据特点，桌面端采用大型关系数据库Oracle进行数据物理存储，通过ArcSDE空间数据引擎，提供高级的、高性能的管线数据管理接口[10-13]，如图10所示。

图10 两江综合管网系统桌面端功能分块图

1） 资源浏览。提供用户地上管网、地下管网、重要管网、用地、建筑、控规等数据的分层和叠加浏览功能，如图11所示。

2） 综合查询。综合查询提供多种查询方式，包括按照功能区进行范围查询，按照“类型、管径、压力、权属、位置、埋深”等进行属性筛选查询，以及自定义查询，多种查询方式适应各种不同用户的使用习惯，为用户提供方便快捷的使用方式，如图12所示。

图11 三维排水管线局部展示界面

图12 按功能区查询界面

3） 分类统计。分类统计提供按照功能区范围或者用户自定义范围内，管线的权属、管径、材质、压力等相关属性进行分类统计的功能。对于某些用户感兴趣的统计结果，还可以利用表格的形式导出使用，如图13所示。

图13 按功能区分属性统计管线界面

4） 方案导入。方案导入功提供用户快速叠加各种CAD格式的方案资料，方便用户进行方案对比，如图14所示。

图14 方案导入界面（右侧红色为导入后的管线方案）

5） 安全防范。系统遵从国家标准，提供各种管线的安全防范距离分析功能。用户使用该功能可以查看任意管线的安全隐患防范区域，为园区管线的安全管理提供辅助。用户可以使用2种方式查询安全距离，一种是标准安全距离查询，一种是自定义安全距离查询。通过叠加周边数据，查看安全范围内是否有需要保护的重要目标。安全防范示意如图15所示。

图15 安全防范界面

6） 管网分析。系统提供用户常用管网分析功能，方便用户对任意管线进行快速分析。主要包括：水平净距分析、垂直净距分析、横断面分析[14]、纵断面分析、覆土深度分析、长度分析几种不同的方式，可以对任意管线进行全方位的分析。纵断面分析方式如图16所示。

图16 纵断面分析界面

4 更新策略

两江管线系统的建设主要采取动静结合的更新机制，坚持一致性、确定性和现势性原则，采取版本更新和动态更新相结合的方式开展。

更新数据主要来源为以下几种：①周期性的外业调绘；②工程项目竣工测量；③遥感影像采集；④项目报建（包括设计方案、施工、竣工测量等）；⑤动态实施的地理调查。如表1所示。

表1 数据资源更新策略

5 结 语

系统遵从用户习惯，把城市规划和建设管理紧密结合，通过地理信息的手段将过去零散的管网数据进行系统化管理，直观、简单、易操作，用“集中管理”的模式替代“谁建谁管”的传统模式；其完整的更新策略解决了市政管网资料不全、精度不高、现势性不足等问题，增强了服务能力，保障了系统的鲜活性；其二三维一体化和强大的分析功能为政府决策、管理提供了强有力的支持，是两江新区城市规划建设管理迈向规范化、信息化和精细化的重要工具。整个项目的成功建设为智慧城市的成功建设奠定了坚实的基础，是智慧城市其他内容建设的重要参考，对其他城市的智慧城市建设具有极其重要的参考意义。

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P208

B

1672-4623（2016）04-0019-05

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.007

梁均军，工程师，主要从事GIS应用研究、测绘、数据研究等工作。

2015-05-04。

项目来源：国家科技支撑计划资助项目（2011BAK07B03-4）；重庆市科委科技资助项目（CSTC、2009CB2015）。