西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

馬錦山，張福存，韓尚林，張文超，蔣玉祥

(西寧市測繪院，青海 西寧 810000)

西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

馬錦山*，張福存，韓尚林，張文超，蔣玉祥

(西寧市測繪院，青海 西寧 810000)

西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)是在管線探測技術(shù)、數(shù)字測繪技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的支撐下，遵循地下管線相關(guān)標準和規(guī)范，通過建立現(xiàn)狀城市地下管線信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)地下管線數(shù)據(jù)的信息化和可視化的管理，為政府決策、管線管理部門和建設單位提供了準確完整、直觀的地下管線信息，同時也為城市地下管線規(guī)劃，建設和管理提供了科學依據(jù)。

地下管線；GIS；信息管理系統(tǒng)

1 引 言

近年來我國隨著經(jīng)濟發(fā)展，各城市規(guī)模不斷擴大，作為城市生命線的地下管網(wǎng)，也越來越龐大、密集。由于各類管線建設管理涉及多個管理部門和產(chǎn)權(quán)單位，造成目前管線資料分散于多個部門和單位，地下管線管理水平不高等問題。一些城市相繼發(fā)生大雨內(nèi)澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件，嚴重影響了人民群眾生命財產(chǎn)安全和城市運行秩序。為此，國務院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強城市地下管線建設管理的指導意見》，要求全國各個省會城市開展地下管線普查工作。

西寧市從2013年7月開始管線普查試點，積累經(jīng)驗，于2014年5月底正式開始歷經(jīng)210天至2014年12月底完成了西寧市主城區(qū)面積 120 km2、198條市政道路、總長 5 172.5 km的地下管線普查任務，管線種類涉及給水、排水、燃氣、熱力、電力、通訊6個大類和16個小類。西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)的建設，為政府決策、管線管理部門和建設單位提供了準確完整、直觀的地下管線信息，并為地下管線規(guī)劃建設、管理等提供了科學依據(jù)。

2 系統(tǒng)建設總體思路

2.1 設計思想

(1)面向資源整合、信息共享服務

由于各方面原因，部門之間長期以來缺乏有效的信息資源共享機制，部門之間“各自為政”(相對獨立的硬件平臺、軟件系統(tǒng)和行業(yè)數(shù)據(jù)格式)。在處理突發(fā)事故時，主管行業(yè)部門缺乏其他相關(guān)部門的協(xié)作與支持，很難做到及時、有效地處理事故。本系統(tǒng)基于統(tǒng)一的應用框架，綜合考慮系統(tǒng)在將來與其他各類信息集成整合的可能性，為系統(tǒng)的開放與共享奠定基礎。

(2)使用統(tǒng)一的基礎平臺和應用框架

系統(tǒng)建成后，需要充分保證數(shù)據(jù)的共享和功能互操作。同時，還要具備良好的可維護性和擴展性。因此，系統(tǒng)建設應該盡量采用統(tǒng)一的基礎平臺。包括操作系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)庫平臺、地理信息系統(tǒng)平臺和應用平臺。

采用統(tǒng)一平臺，可避免不必要的系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、功能的接口以及系統(tǒng)升級擴展時大量的維護工作量，保證系統(tǒng)的一致性和穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)建設的總體成本。

(3)以管理為中心、業(yè)務為導向、數(shù)據(jù)為基礎

系統(tǒng)建設的出發(fā)點和歸宿應該是解決實際的業(yè)務管理問題，數(shù)據(jù)是業(yè)務管理過程所需要和產(chǎn)生的信息。因此，本系統(tǒng)的建設應按照“以管理為中心、以業(yè)務為導向、以數(shù)據(jù)為基礎”的理念來進行設計與開發(fā)。

系統(tǒng)的建設應以臨港地下管線管理的核心業(yè)務為主線，以相關(guān)政策法規(guī)為準則，面向管理的日常工作和業(yè)務職能，劃分定義各類不同的業(yè)務活動，并以此為線索組織數(shù)據(jù)和實現(xiàn)其相應的計算機化管理模式。

(4)貫徹面向?qū)ο蟮脑O計思想

系統(tǒng)的建設與開發(fā)將采用面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒?，包括面向?qū)ο蟮姆治龇椒ā⒚嫦驅(qū)ο蟮慕＜夹g(shù)、面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，嚴格按照軟件工程的思想和技術(shù)要求進行項目需求分析、系統(tǒng)設計、編碼、測試和維護、質(zhì)量控制和項目的管理與監(jiān)控，項目進行的各個階段都能夠提供完備翔實的文檔資料。同時嚴格按照軟件工程的要求進行系統(tǒng)建設的規(guī)劃、管理、開發(fā)、風險跟進及規(guī)避。

(5)以高可復用性和二次開發(fā)能力為目標

在整個軟件體系設計的過程中將遵守MVC的設計模式，采用組件技術(shù)實現(xiàn)基礎模塊的可復用性，采用組件技術(shù)實現(xiàn)共享應用開發(fā)接口和服務請求調(diào)用。

同時，在設計和開發(fā)過程中，所有的功能開發(fā)將基于組件式的開發(fā)方式，不但可以實現(xiàn)本系統(tǒng)內(nèi)各應用程序間的功能共享，也為以后其他應用系統(tǒng)的開發(fā)提供二次開發(fā)和功能拼裝組合的能力。

2.2 系統(tǒng)設計總體框架

系統(tǒng)總體框架主要由基礎設施層、數(shù)據(jù)層、應用層、管線技術(shù)規(guī)范標準層和安全體系五部分組成(如圖1所示)。其中，基礎設施層由網(wǎng)絡設備、主機設備、存儲設備、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、GIS軟件等組成，是系統(tǒng)運行、數(shù)據(jù)管理和存儲的載體。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層設計了西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，負責管理西寧市地下管線普查數(shù)據(jù)、展示管線數(shù)據(jù)時所需的綜合管線數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、遙感影像和元數(shù)據(jù)等。綜合管線數(shù)據(jù)包括管線對象的空間、屬性和管線專題空間數(shù)據(jù)，管線專題空間數(shù)據(jù)包括各種類型的管線的歷史、現(xiàn)狀、規(guī)劃數(shù)據(jù)，為了滿足3D的空間分析功能，所有需要入庫的空間節(jié)點必須提供三維空間信息。應用層是直接與用戶交互的系統(tǒng)功能層，根據(jù)用戶需求的不同構(gòu)建和開發(fā)不同的交互界面。應用層的各功能將主要根據(jù)需求內(nèi)容實現(xiàn)用戶界面設計和完成界面元素驅(qū)動下層功能組件的邏輯，旨在為系統(tǒng)提供基本的操作功能，解決系統(tǒng)中常用功能如數(shù)據(jù)管理、地圖輸出、開挖分析、爆管分析、斷面分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等的需要。

圖1 西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)框架

3 關(guān)鍵技術(shù)

(1)圖文一體

在系統(tǒng)建設的過程中，通過開發(fā)系統(tǒng)接口，將業(yè)務系統(tǒng)與GIS圖形系統(tǒng)無縫集成，在業(yè)務辦理的過程中，業(yè)務人員可以查看圖形及相關(guān)信息，利用GIS分析工具、統(tǒng)計功能輔助業(yè)務的辦理，還可以通過疊加影像、設計圖、專題圖等以輔助決策，提高辦公效率，使用戶真正實現(xiàn)圖文一體化辦公。

(2)二三維一體

盡管三維GIS有二維GIS不可比擬的優(yōu)勢，但是在相當長時間內(nèi)還無法完全取代二維GIS。用戶對二維GIS和三維GIS都有較強的應用需求。二三維一體化包括兩個方面，一方面是綜合管線數(shù)據(jù)的二三維一體化存儲，也就是說存儲的綜合管線數(shù)據(jù)即能滿足二維GIS應用需求，又能滿足三維GIS應用需求；另一方面是二三維一體化應用，也就是在三維場景中需要支持二維GIS數(shù)據(jù)的應用。

(3)時空一體

從“地上、地面、地下，過去、現(xiàn)狀、未來”六個層面對綜合管線數(shù)據(jù)進行一體化的管理?！暗厣稀敝饕附ㄖ弧暗孛妗敝饕赣玫?；“地下”主要指地下構(gòu)筑物和管線?！斑^去”主要指歷史數(shù)據(jù)資料，如不同時期航拍影像、建設用地、地上建筑、核定用地等；“現(xiàn)在”主要指地形圖和正射影像；“未來”主要指規(guī)劃成果數(shù)據(jù)。

(4)多元數(shù)據(jù)管理

按照圖文一體化、二三維一體化、時空一體化的指導思想，對用戶多年發(fā)展積累起來的“地上、地面和地下”進行科學、系統(tǒng)的整理或集成，建立一個結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫，在邏輯上形成數(shù)據(jù)資源中心，將各專業(yè)數(shù)據(jù)高效的整合、集成和管理起來，產(chǎn)生數(shù)據(jù)綜合應用效果。

(5)基于應用集成框架的組件開發(fā)

組件開發(fā)不僅提高了開發(fā)效率，同時還增強了系統(tǒng)的開放性和互操作性。開放性表現(xiàn)在各個層面上遵守IT工業(yè)標準，允許不同開發(fā)商在遵照工業(yè)標準進行開發(fā)時，就能夠?qū)⑵涑晒蛇M來，同時為自身的擴展和持續(xù)發(fā)展留有廣大的空間?；ゲ僮餍员憩F(xiàn)在對不同技術(shù)體系之間的兼容性、集成性和處理成果的傳遞性。系統(tǒng)采用三維GIS平臺STARGIS EARTH提供的統(tǒng)一集成框架，在各個功能模塊(插件)完成后，通過注冊工具，可將功能模塊(DLL)注冊到系統(tǒng)框架中，并能自動加載到主框架中。因此，各功能模塊可以看成是即插即用的插件，而主框架則可看成是插件的載體，模塊開發(fā)完成后，只需提交相關(guān)的DLL文件即可，其他工作由主框架來完成。對于系統(tǒng)中已考慮要做，但現(xiàn)階段還無法完成的功能，在系統(tǒng)建設下一階段，只需遵循STARGIS EARTH集成框架開發(fā)標準進行開發(fā)，再通過簡單的注冊，即可將其注冊到現(xiàn)有的系統(tǒng)中。

(6)元數(shù)據(jù)庫建設

元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)中，元數(shù)據(jù)是說明數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其他有關(guān)特征的背景信息，可用于包括數(shù)據(jù)文檔建立、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。根據(jù)地理空間信息系統(tǒng)應用特點，元數(shù)據(jù)庫建設應針對綜合管線庫包含的空間信息基礎資料，建立詳細的數(shù)據(jù)背景、內(nèi)容、質(zhì)量、狀態(tài)等檔案資料，元數(shù)據(jù)的動態(tài)維護與綜合管線數(shù)據(jù)的動態(tài)維護保持同步。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)的設計過程遵守MVC的設計模式，采用面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ǎ褂肕icrosoft Visual C++和Microsoft Visual C#軟件開發(fā)平臺進行系統(tǒng)軟件的開發(fā)，二維、三維地理信息系統(tǒng)的開發(fā)使用STARGIS EARTH和ArcGIS平臺(ArcGIS Engine和ArcGIS SDE)，數(shù)據(jù)管理平臺使用Oracle11g。在系統(tǒng)設計和開發(fā)過程中，所有的功能開發(fā)將基于組件式的開發(fā)方式，不但可以實現(xiàn)本系統(tǒng)內(nèi)各應用程序間的功能共享，也為以后其他應用系統(tǒng)的開發(fā)提供二次開發(fā)和功能拼裝組合的能力。如圖2所示為系統(tǒng)的運行界面：

圖2 二三維系統(tǒng)操作界面

5 系統(tǒng)應用

西寧市中心城區(qū)地下管線信息管理系統(tǒng)建設完成之后，地下管線數(shù)據(jù)庫發(fā)揮了很大作用。我院已應用地下管線信息管理系統(tǒng)為西寧市中心廣場北擴、南繞城高速公路、海湖新區(qū)萬達廣場、城市道路建設、輕軌一號線等重點項目建設提供現(xiàn)勢性較強的地下管線成果資料，并為天然氣公司等管線權(quán)屬單位共享更為詳細、更為精準的專業(yè)管線信息，產(chǎn)生了良好的社會經(jīng)濟效益。管線系統(tǒng)還可以直接按照標準圖幅輸和任意圖幅輸出所需要范圍的圖，實現(xiàn)了一個系統(tǒng)一套標準。出圖樣式如圖3所示：

圖3 出圖樣式

6 結(jié) 語

西寧市地下管線信息管理系統(tǒng)采用規(guī)劃、建設共同模式，在國內(nèi)尚屬少例，不僅能高效地聯(lián)接各有關(guān)單位實施工作，同時便于監(jiān)管并普及其下屬的各管線權(quán)屬單位對成果的應用。在管線普查、管線標準建設、信息系統(tǒng)研發(fā)、管理機制建立等方面具有較好的示范意義，可為城市地下管線普查、管線信息化建設、工程精細化管理等方面提供借鑒，取得了良好的社會經(jīng)濟效益，具有較高的推廣價值和良好的應用前景。

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Design and Implementation of Underground Pipeline Information Management System in Xining

Ma Jinshan，Zhang Fucun，Han Shanglin，Zhang Wenchao，Jiang Yuxiang

(Xining Institute of Surveying and Mapping，Xining 810001，China)

the underground pipeline information management system in xining city is in the pipeline detection technology，digital mapping technology，computer technology，network technology，GIS technology，under the support of data storage technology，follow the standards and norms related to the underground pipeline，through the establishment of the status quo of urban underground pipeline information management system，to implement the data visualization and information of underground pipeline management and decision-making for the government，pipeline management and the construction unit provides a complete and accurate intuitive underground pipeline information，as well as urban underground pipeline planning，construction and management provides a scientific basis.

underground pipeline；GIS；information management system

1672-8262(2017)01-51-04

P208.2

B

2016—08—21 作者簡介：馬錦山(1992—)，男，助理工程師，主要從事GIS系統(tǒng)開發(fā)等技術(shù)工作。