基于ArcGIS for Android的城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳揚(yáng)安

(廈門(mén)精圖信息技術(shù)股份有限公司，福建廈門(mén)361008)

一、引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下管線的日常巡檢和問(wèn)題檢修變得異常復(fù)雜。管網(wǎng)線路巡檢對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和故障，及時(shí)評(píng)估管網(wǎng)系統(tǒng)，有計(jì)劃地安排線路與設(shè)施檢修，提高城市管網(wǎng)的可靠性具有重要的作用。當(dāng)前大多城市的管網(wǎng)線路巡檢手段比較落后，通常是以“一張地圖一支筆一沓記錄表”的外業(yè)模式進(jìn)行管網(wǎng)線路巡查，巡檢人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以手工記錄為主，導(dǎo)致市政管線巡查人員工作效率低下、存儲(chǔ)及檢索管網(wǎng)信息難度大。其次，缺乏信息化管理手段，巡檢人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況檢修井蓋、管道疏通后，信息未能夠及時(shí)反饋，在出現(xiàn)故障事件時(shí)，無(wú)法確定離故障點(diǎn)最近巡檢人員等。最后，對(duì)巡檢人員也缺乏有效的考核機(jī)制，管理者無(wú)法客觀地管理巡檢人員的工作到位率和工作時(shí)間等。城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)旨在為巡檢人員在管網(wǎng)線路巡查時(shí)，按需對(duì)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取、對(duì)比、更新等操作。在設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，巡檢人員可立即接收工單并獲取故障點(diǎn)位置和管線屬性數(shù)據(jù)等;同時(shí)也為管理部門(mén)對(duì)巡檢人員的工作到位率和工作時(shí)間提供了客觀數(shù)據(jù)。

城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)SOA的架構(gòu)，系統(tǒng)后臺(tái)空間數(shù)據(jù)服務(wù)采用Esri的ArcGIS Server平臺(tái)發(fā)布基礎(chǔ)地形服務(wù)和管線服務(wù)，采用ArcGIS Server切片緩存技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)地形服務(wù)進(jìn)行切片，實(shí)現(xiàn)PDA對(duì)空間數(shù)據(jù)的快速訪問(wèn)。客戶(hù)端功能展示采用基于Android平臺(tái)的Java開(kāi)發(fā)技術(shù)，前后臺(tái)數(shù)據(jù)交換及外部數(shù)據(jù)接口的通信采用基于簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議(SOAP)的.NET WCF技術(shù)。系統(tǒng)在保證系統(tǒng)功能的可靠性、實(shí)用性的前提下，為用戶(hù)提供較好的客戶(hù)體驗(yàn)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.建設(shè)目標(biāo)

城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的建設(shè)需要結(jié)合綜合管網(wǎng)的通用業(yè)務(wù)特點(diǎn)，基于GIS技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS技術(shù)、3G和VPN通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)構(gòu)建基于Android平臺(tái)的城市管網(wǎng)巡檢GIS系統(tǒng)，為城市管網(wǎng)巡檢管理工作提供一個(gè)全面的解決方案。具體包括以下幾個(gè)方面:

1)采用信息化手段，提高市政管網(wǎng)巡查人員對(duì)外業(yè)管網(wǎng)信息的檢索、數(shù)據(jù)的更新存儲(chǔ)等，為高效率工作提供技術(shù)支撐。對(duì)巡檢人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況處理故障事件的進(jìn)度跟蹤，保證故障事件處理狀態(tài)的及時(shí)反饋提供環(huán)境。

2)對(duì)接收客戶(hù)報(bào)警或巡檢人員發(fā)現(xiàn)的故障事件進(jìn)行指派，保證在最短時(shí)間內(nèi)檢修人員到達(dá)故障點(diǎn)并根據(jù)上級(jí)指示進(jìn)行處理。

3)提升管理部門(mén)對(duì)外業(yè)工作人員的考核，為管理者對(duì)巡檢人員的工作到位率和工作時(shí)間提供客觀依據(jù)。

4)利用ArcGIS API for Android接口提供特有的空間分析能力，為領(lǐng)導(dǎo)、巡檢人員的各項(xiàng)決策提供技術(shù)支持。

2.數(shù)據(jù)傳輸安全性

眾所周知，管線數(shù)據(jù)是涉密的，很多企事業(yè)單位的數(shù)據(jù)安全都具有高機(jī)密性、保密性、完整性等特點(diǎn)。一旦管線數(shù)據(jù)泄漏，對(duì)國(guó)家產(chǎn)生巨大損害，因此管線數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上安全傳輸變得至關(guān)重要，為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)不泄密，系統(tǒng)從以下5個(gè)方面對(duì)數(shù)據(jù)傳輸安全性進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。

1)手持設(shè)備中只存儲(chǔ)緩存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)退出后將自動(dòng)清空緩存數(shù)據(jù)，而且城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)不支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

2)系統(tǒng)采用電信的企業(yè)級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(定制VPN)，其中無(wú)線傳輸過(guò)程采用硬件加密，訪問(wèn)該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要證書(shū)和安全認(rèn)證，并且證書(shū)和安全認(rèn)證定期更換。

3)采用專(zhuān)門(mén)的無(wú)線路由策略，只能訪問(wèn)指定IP地址服務(wù)器的指定端口，而且存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的服務(wù)和ArcGIS發(fā)布的地圖服務(wù)是存放在不同服務(wù)器上的。

4)存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的服務(wù)器和公網(wǎng)隔離。

5)采用專(zhuān)業(yè)級(jí)的硬件防火墻設(shè)備，保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全。

空間數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

3.系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

在城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用基于分層和面向服務(wù)的SOA設(shè)計(jì)思想，以達(dá)到Android平臺(tái)和.NET、Oracle之間的數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)的總體邏輯結(jié)構(gòu)分為3個(gè)層次，從下至上，依次為支持層、服務(wù)提供層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層。如圖2所示。

(1)支持層

支持層為系統(tǒng)運(yùn)行提供了必備的軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境和數(shù)據(jù)資源;數(shù)據(jù)資源包含基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫(kù)、管線數(shù)據(jù)庫(kù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)?？臻g數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式采用ArcSDE和Oracle相結(jié)合的方式建立空間和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式采用Oracle大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2)服務(wù)提供層

作為系統(tǒng)框架的中間層，承載著服務(wù)端與PDA端之間的交互。其中GIS地圖服務(wù)使用ArcGIS Server平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)中的GIS空間分析、空間數(shù)據(jù)的調(diào)用都是在該層中實(shí)現(xiàn)的，主要功能是接收來(lái)自PDA端的REST請(qǐng)求，并根據(jù)此請(qǐng)求與支撐層進(jìn)行通信，以獲取所需的空間數(shù)據(jù)，最終將處理結(jié)果返回給PDA端。

PDA數(shù)據(jù)交換服務(wù)以.NET平臺(tái)上的WCF技術(shù)為依托，以NT Service為宿主，以JSON作為WCF服務(wù)端與PDA之間的數(shù)據(jù)交換格式。數(shù)據(jù)交換服務(wù)主要為PDA提供用戶(hù)身份驗(yàn)證、區(qū)域內(nèi)管線長(zhǎng)度、管點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)、GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)本地坐標(biāo)、位置上報(bào)及審計(jì)日志等。服務(wù)提供層對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行抽象，以WCF的形式進(jìn)行封裝，為上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供服務(wù)支持。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

(3)業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層中包含了城市管網(wǎng)巡檢子系統(tǒng)和服務(wù)器端管理子系統(tǒng)，城市管網(wǎng)巡檢子系統(tǒng)通過(guò)基于SOAP協(xié)議訪問(wèn)PDA數(shù)據(jù)交換服務(wù)提供的WCF服務(wù)接口。

4.功能設(shè)計(jì)

功能設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 功能設(shè)計(jì)

三、關(guān)鍵模塊實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)是以.NET、ArcGIS Server和Android為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境中，針對(duì)城市管網(wǎng)的業(yè)務(wù)流程，利用Java語(yǔ)言，基于ArcGIS API for Android的接口進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

1.故障點(diǎn)施救

用戶(hù)成功登錄城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前用戶(hù)所在位置的GPS坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換成JSON對(duì)象后上傳至服務(wù)器端，服務(wù)器端通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)成為本地坐標(biāo)，并寫(xiě)入坐標(biāo)信息實(shí)時(shí)庫(kù)。系統(tǒng)管理人員可根據(jù)GPS位置共享查看所有巡檢和檢修人員的當(dāng)前位置，可確定故障點(diǎn)與各巡檢和檢修人員的直線距離，并根據(jù)客戶(hù)報(bào)警實(shí)時(shí)信息分派離故障點(diǎn)最近的檢修人員到指定地點(diǎn)進(jìn)行故障處理;檢修人員及時(shí)反饋具體故障信息及處理進(jìn)度給信息中心。

檢修人員故障點(diǎn)處理信息上報(bào)功能效果如圖3所示。

圖3 功能效果圖

2.爆管分析

由于管線壓力過(guò)大等原因而造成的爆管事件經(jīng)常發(fā)生，利用城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的爆管分析功能可極大地減少搶修時(shí)間。作為系統(tǒng)的核心功能，爆管分析功能采用廣度優(yōu)先搜索算法，當(dāng)管網(wǎng)發(fā)生爆管時(shí)，可及時(shí)生成關(guān)閥方案。

作為系統(tǒng)的核心功能，由于PDA硬件配置、ArcGISfor Android API接口和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的局限性，為解決PDA端的響應(yīng)速度和減輕PDA的負(fù)載壓力。系統(tǒng)通過(guò)在地圖上使用爆管分析工具選擇爆管點(diǎn)的位置和爆管的管類(lèi)，將爆管信息以JSON字符串格式通過(guò)SOAP協(xié)議傳遞到PDA數(shù)據(jù)交換服務(wù)的爆管分析接口，最終由服務(wù)器端進(jìn)行爆管分析，生成關(guān)閥方案，以JSON格式返回給PDA端進(jìn)行展示;在實(shí)現(xiàn)爆管分析接口時(shí)，采用了ArcGIS Engine接口進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。爆管分析的效果圖4所示。

圖4 爆管分析效果圖

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著城市管網(wǎng)規(guī)模日益龐大，各類(lèi)管網(wǎng)錯(cuò)綜相連，急需一種有效的管理方式對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一化管理，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有地圖常用功能、爆管分析、工單指派等功能。系統(tǒng)采用了基于WCF、Arc-GISServer、數(shù)據(jù)庫(kù)和Android技術(shù)相結(jié)合的方式，建設(shè)符合標(biāo)準(zhǔn)的SOA架構(gòu)，為用戶(hù)提供穩(wěn)定、高效的應(yīng)用，并且具有良好的體驗(yàn)效果。同時(shí)系統(tǒng)為管理者提供了便捷的日常管理，也為巡檢人員提供實(shí)時(shí)接收信息中心下達(dá)工單信息和及時(shí)反饋故障點(diǎn)處理進(jìn)度，系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提高巡檢人員的工作效率，為管理部門(mén)的宏觀決策提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的信息。

略)