基于“装配式”GIS技术架构的柳州地下综合管网信息管理系统的设计与实现

向祎，谭仁春，章青

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

基于“装配式”GIS技术架构的柳州地下综合管网信息管理系统的设计与实现

向祎*，谭仁春，章青

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

地下综合管网信息管理是提高地下管线信息化建设、规范城市规划建设管理和实现智慧城市建设的工作重点之一。本文对“装配式”GIS架构、“图库一体化”和地下三维建模技术进行了研究，设计了地下综合管网信息管理系统，实现了柳州市地下管线的智慧监管，提高了地下管线管理的工作效率。

地下综合管网；“装配式”GIS；地下三维

1 引 言

地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市规划建设管理的重要基础信息，具有种类多、分布广、管线敷设时间跨度大、管线里程日益增加等特点，需要不断更新和维护。为提高地下管线数据的信息化效率，规范地下管线建设的规划和管理，实现地下管线数据信息的实时更新，构建基于GIS技术的地下综合管网信息管理平台，对城市地下综合管网的全程实施动态监管有非常重要的战略意义。

近年来，随着城市建设的速度加快，城市综合管网各类管理问题不断出现，柳州市地下管线信息化工作存在基础薄弱，管理混乱，信息化水平参差不齐，各管线权属单位“各管各线”，缺乏必要的数据更新手段和共享机制。因此，在柳州市公共信息云平台上，结合数字柳州地理空间框架建设柳州地下综合管网信息管理平台，为规范柳州地下管线管理和柳州的智慧城市建设提供重要帮助。

2 系统设计

2.1系统总体架构

柳州市地下综合管网信息管理系统采用C/S和B/S混合架构，以实现对柳州基础地理信息数据和地下管线数据的服务和管理。系统分为地下综合管线管理子系统，地下综合管线应用子系统，城市三维地下综合管线管理子系统和地下综合管线共享服务平台四个子系统。系统采用“装配式”搭建技术，将GIS系统中的“功能模块”、“UI”、“业务流程”和“数据”等构成要素进行“模块化”拆分，通过可视化“零代码”设计及事件绑定，快速搭架系统。系统的总体架构图如图1所示。

图1系统总体架构图

系统采用Oracle 11G数据库管理系统和ArcGIS 10.3软件体系搭建。由于地下管线数据量大，数据安全性要求高，因此采用Oracle 11G管理数据，其中属性和图片数据采用Oracle进行存储和管理，空间数据采用ArcSDE+Oracle的方式进行管理。空间数据发布采用ArcGIS Server10.3实现，客户端采用HTML，Flex和ArcGIS Engine等实现，系统软件结构体系如图2所示。

图2 系统软件结构体系

2.2数据库设计

柳州地下综合管网信息管理系统主要管理地下管线相关的空间数据和属性数据，包括地下管线数据和基础地理信息数据，系统数据库由基础地理信息数据库、管线专题数据库组成，具体如表1所示。

数据总表 表1

系统数据库中的所有数据统一存储在中央数据库，采用集中的管理方式，以保证数据的一致性。数据以类别和要素的主要类型(点、线、注记)为主要依据进行分层，每一个要素对应唯一的ID，每个ID对应空间数据中的具体图元。可以通过ID定位图元的所在空间位置以及与之相关的属性数据。

3 关键技术

3.1采用“装配式”GIS软件开发体系架构开发

针对管线业务部门多，数据种类增加快，数据结构及功能需求变更频繁等特点。系统采用“装配式”GIS软件开发体系架构，用户和软件开发者可以从数据源、数据展示、要素操作、功能拓展、用户权限等方面根据需求自行配置调整，以保障平台的生命力，提高平台的灵活性、可扩展性与通用性，方便平台的扩展维护。

本系统将基础地理信息数据、地下管线专题数据等数据服务资源模块以及GIS应用功能、流程功能等功能服务模块，通过“装配式”GIS框架，以搭积木方式灵活组建柳州地下综合管网信息管理系统下的四个子系统。如图3所示：

3.2 “图库一体化”的管线建库与更新技术

系统采用了“图库一体化”的管线建库与更新技术，能够较好的解决长期困扰行业内管线图、库信息不一致的问题，实现了柳州市管线图与管线库的模型、生产、管理、更新与产品一体化。如图4所示：

图库一体化过程利用并发数据更新技术，允许多个用户同时对数据进行更新，在此过程中，系统监视用户状态，当确认用户最终提交数据后，自动将更新的数据合并到数据库中，并通知所有用户更新情况。

图3 “装配式”GIS软件开发体系架构

图4 “图库一体化”的管线建库与更新

3.3二维驱动三维自动建模与更新技术

三维管线数据是在二维管线数据维度上的扩展延伸，可以在三维地图上进行更加直观的展示。系统通过构造实体几何法、扫描法+格网造型法等多种自动化方式，实现了地下管线及不同类型附属设施ArcGIS管线数据库的精细化自动建模以及实时驱动局部更新，如图5所示。

自动生成的三维管线数据与二维管线数据在基础属性上一致，系统通过对地形图数据和管线数据的三维符号化处理，实现管线的三维动态显示，在保留二维数据的分析功能基础上添加了针对地下管辖数据的三维分析功能。

图5二维驱动三维建模

3.4统一的地理信息服务接口

系统发布的地理信息服务包括动态地图服务，瓦片地图服务和要素地图服务等地图服务以及查询，统计，分析和量算等几何运算服务，由于客户端(C/S和B/S)系统采用的开发语言并不相同(Flex，JavaScript，.NET等)，调用处理数据的方法也各异，因此采用统一的开发接口进行调用。部分接口如表2所示。

接口列表 表2

此外，对服务接口可以进行管理，根据系统的使用环境和用户的不同，对发布的接口进行添加，编辑和删除。

3.5统一用户权限管理服务

系统采用统一用户权限管理服务，保障符合权限标准规定的用户使用1∶500、1∶2 000地形图、影像图和各类地下管线数据等涉密数据。

系统采用基于集中认证模型、Hash加密算法的跨平台、跨系统的统一用户权限管理服务，通过建立包含了柳州市规划局、档案馆及各分局的使用人员数据库，使用统一管理后台可灵活定制各系统的逻辑模块及用户角色，运用Hash加密算法对用户权限信息加密，实现单方向的解密处理，从而保证的数据库数据的安全性，搭建了安全可靠的权限管理服务，同时该权限管理服务基于WebService方式发布实现跨平台、跨系统调用。

3.6地下综合管网的智慧监管模式

系统采用地下综合管网的“智慧监管”模式，实现了各类管线信息的智慧监管。系统把基础地理信息数据，多源三维模型数据和管线专题数据用GIS技术存储，用以网络服务的形式发布；系统中共享的各种数据资料，供不同管理部门不同用户分类使用，并通过分权限、分角色管理，在数据共享的基础上实现了数据的保密。

柳州市地下综合管网信息管理平台针对不同用户的需求，建立科学合理的信息管理机制来强化地下管线的过程管理，为管线规划、设计、报建、审批、竣工、入库和共享服务等业务环节提供了全面、实用的系统功能。

4 系统主要功能模块

4.1数据管理

系统实现了管线数据入库更新管理时的整套流程。即先进行管线数据检查，对满足数据库规范的管线数据导入到临时库中，在数据管理员对临时库的数据审批通过后，对最终的数据实现提交发布。如图6所示。

图6 管线数据管理流程

4.2管线规划审批

系统可辅助用户完成排管布网方案，利用已有的规范库，对新规划管线进行分析判断其是否符合规范，对不满足规范指标的数据采用醒目色标识预警，从而分析管线规划方案、现状管线和已批建的方案之间的关系，并可以对规划管线进行编辑操作。辅助用户完成排管布网规划方案。如图7所示。

图7 规划管线净距分析

4.3管线施工辅助

系统以数据库中的实时数据为数据操作对象，可对指定区域(施工区域)可以进行空间查询，断面分析(如图8所示)和挖方分析(如图9所示)等操作，将施工区域的管线信息全方位的在系统中展现，为管线施工提供图表依据。

图8断面分析

图9 挖方分析

4.4应急处理

系统在针对管线遇到的爆管，洪水等事故时提供了应急处理功能。系统针对燃气和给水等压力管爆管时给出关阀方案，即爆管分析功能(如图10所示)；以及计算洪水水位到达某高程值时指定缓冲区域内的淹没情况，即淹没分析功能(如图11所示)。

图10 爆管分析

图11 淹没分析

5 结 语

现阶段，城市地下管线在多维多角度信息化过程还存在一些技术和流程难点，需要进一步的探索研究。但在当前的地理信息技术结构下，柳州市地下综合管网信息管理系统建立的综合管网空间信息数据库和地理信息空间数据库，科学的对各类基础数据和管线专题数据进行管理，并做到了二三维管线数据同步管理；系统使用的“装配式”GIS架构和三维高效展示技术，也让管线数据以更饱满更高效的形式展示给用户。

系统为管线的管理规划设计提供科学决策支持；为管线建设施工提供客观真实的数据依据；为管线突发事件的影响程度和危害性做出正确估计，从而能有效地进行指挥处置，保障城市安全。

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DesignandImplementationofInformationManagementSystemofLiuzhouUndergroundPipeNetworkBasedonAssemblyGIS

Xiang Yi，Tan Renchun，Zhang Qing

(Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China)

Underground integrated pipeline network information management is one of the key points to improve the construction of underground pipeline information，standardize the management of urban planning and construction，and realize the construction of smart city. This paper research Assembly GIS architecture，graph-database integration and Underground 3D modeling technology，Design the underground integrated pipe network information management system to achieve the Liuzhou underground pipeline intelligent regulation，improve the underground pipeline management efficiency.

underground integrated pipeline network；assembly GIS；underground 3D

1672-8262(2017)05-12-05

P208.2

A

2017—07—14

向祎(1984—)，男，工程师，主要从事GIS开发研究方面的工作。

本论文获得2017年“华正杯”城市勘测优秀论文一等奖。