基于三維GIS的數(shù)字化小區(qū)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

肖長(zhǎng)偉，曲國(guó)鵬，劉家興，閆高原

（1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.建筑工業(yè)化與信息化應(yīng)用技術(shù)研究所，江蘇 徐州 221116）

1 引言

近十年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化的規(guī)模越來(lái)越大，大量的人口走向城市，對(duì)社區(qū)的管理和服務(wù)水平提出了更高的要求，因而出現(xiàn)了大量的數(shù)字化小區(qū)，但由于經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)的限制，數(shù)字化小區(qū)發(fā)展并不完善；當(dāng)下，隨著社會(huì)的進(jìn)步、測(cè)繪科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)已逐漸成熟并成為時(shí)代發(fā)展的熱點(diǎn)，2020年疫情的爆發(fā)對(duì)我們小區(qū)的管理和服務(wù)水平提出了更高的要求，因此數(shù)字化小區(qū)與三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合成為必然。

基于三維地理信息系統(tǒng)的數(shù)字化小區(qū)是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，它是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)繪科學(xué)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的完美結(jié)合，其主要包括小區(qū)基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)、地上空間信息數(shù)據(jù)和地下各種管線數(shù)據(jù)，其中小區(qū)基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)包括樓房屬性數(shù)據(jù)、道路屬性數(shù)據(jù)、居民信息數(shù)據(jù)、車輛信息數(shù)據(jù)和綠化信息數(shù)據(jù)等，地上空間信息數(shù)據(jù)主要包括小區(qū)內(nèi)所有的建筑物的三維模型數(shù)據(jù)，地下各種管線數(shù)據(jù)包括給排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)（給水和排水）、電力管線數(shù)據(jù)、通信管線數(shù)據(jù)、暖氣管線數(shù)據(jù)以及其他管線數(shù)據(jù)等等，它們是小區(qū)建設(shè)、管理和服務(wù)的生命線。在小區(qū)的日常管理過(guò)程中，小區(qū)的人員數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)以及各種地下管線數(shù)據(jù)非常多，并且變動(dòng)非常的頻繁使得小區(qū)的管理非常的困難，傳統(tǒng)的方法不能夠?qū)π^(qū)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，因此，如何開(kāi)發(fā)一個(gè)小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)，更好地對(duì)小區(qū)進(jìn)行管理和服務(wù)成為當(dāng)下迫切解決的重要課題。

三維GIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)字化和可視化功能，可以用于小區(qū)的管理，隨著三維GIS技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)在數(shù)字化小區(qū)中的應(yīng)用正在成為一種趨勢(shì)。基于GIS的數(shù)字化小區(qū)管理系統(tǒng)不僅能夠管理基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，還可以定義空間實(shí)體并可以進(jìn)行空間查詢、空間分析和三維可視化，三維GIS可以對(duì)小區(qū)內(nèi)各種地物立體化表達(dá)出來(lái)，更接近人的真實(shí)感受，可以把不同地物的屬性信息和空間信息相關(guān)聯(lián)起來(lái)，這樣我們就能夠利用該系統(tǒng)進(jìn)行屬性查詢、統(tǒng)計(jì)分析、空間定位、空間查詢、空間分析和三維可視化，從而能夠大大提高小區(qū)物業(yè)和社區(qū)工作者的管理和服務(wù)水平，有助于他們的管理、分析與決策，使小區(qū)的管理服務(wù)更加的高效。

2 三維GIS數(shù)字化小區(qū)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1為三維GIS數(shù)字化小區(qū)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)小區(qū)數(shù)字化信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，拓展面向小區(qū)的三維GIS的應(yīng)用，為小區(qū)物業(yè)和社區(qū)工作管理者精細(xì)化的管理和服務(wù)提供一個(gè)三維可視化的技術(shù)平臺(tái)。小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)采用分層體系結(jié)構(gòu)，以基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)、地上空間數(shù)據(jù)和地下的管網(wǎng)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)層，基于Arc-GIS10.2平臺(tái)，利用其強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，綜合考慮小區(qū)物業(yè)對(duì)地下各類管線的維修需求，該小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，這樣該小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)既能滿足小區(qū)物業(yè)和社區(qū)工作管理者對(duì)小區(qū)的日常管理和維修需求，又可以快速實(shí)現(xiàn)該小區(qū)各種基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的快速更新。

圖1 三維GIS數(shù)字化小區(qū)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的組織與設(shè)計(jì)

圖2為三維GIS小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)圖，其采用GeoDatabase地理數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是一種面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)，每一個(gè)對(duì)象既包括空間數(shù)據(jù)又包括屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)又分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和小區(qū)空間數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要包括綠化帶、道路、休閑運(yùn)動(dòng)區(qū)等等，小區(qū)空間數(shù)據(jù)包括樓房、停車位以及地下的各種管線數(shù)據(jù)等等，屬性數(shù)據(jù)包括居民樓屬性數(shù)據(jù)、居民信息數(shù)據(jù)以及公共設(shè)施屬性數(shù)據(jù)等等，該系統(tǒng)采用的GeoDatabase地理數(shù)據(jù)庫(kù)可以使各種空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)完美結(jié)合在一起。

圖2 三維GIS小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)

基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括小區(qū)內(nèi)居民樓屬性數(shù)據(jù)、小區(qū)內(nèi)公共設(shè)施的屬性數(shù)據(jù)、居民信息數(shù)據(jù)、安防信息數(shù)據(jù)以及物業(yè)和社區(qū)工作管理人員的數(shù)據(jù)信息，居民樓屬性數(shù)據(jù)包括居民樓編號(hào)、單元編號(hào)、樓層等等，居民信息數(shù)據(jù)包括戶主姓名、家庭成員、聯(lián)系方式等等，物業(yè)和社區(qū)工作管理人員的數(shù)據(jù)信息包括姓名、家庭住址、性別、年齡、聯(lián)系方式等等。

3.2 地上空間數(shù)據(jù)庫(kù)

小區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)中地上空間數(shù)據(jù)庫(kù)小區(qū)內(nèi)地上所有地物的三維模型，其中包括居民樓、道路、增加泵房、配電室、草地以及籃球場(chǎng)等等三維模型數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 小區(qū)居民樓三維模型

3.3 各類管線數(shù)據(jù)庫(kù)

小區(qū)地下各種管線數(shù)據(jù)包括給排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)（給水和排水）、電力管線數(shù)據(jù)、通信管線數(shù)據(jù)、暖氣管線數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的不同類型的管井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)等等。小區(qū)內(nèi)每種類型的管網(wǎng)和管井都需要形成一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且每種管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)都至少包含兩張數(shù)據(jù)表格：管線點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)表和管線段屬性數(shù)據(jù)表。每種管井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)包含一張管井屬性數(shù)據(jù)表，管線點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)表包括點(diǎn)號(hào)、代碼、X、Y、高程H等字段，管線段屬性數(shù)據(jù)表包括起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、起點(diǎn)高程、終點(diǎn)高程、材質(zhì)、管徑、日期、壓力值等字段，管井屬性數(shù)據(jù)表包括點(diǎn)號(hào)、代碼、X、Y、井深、類型等字段，小區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其屬性數(shù)據(jù)自動(dòng)生成各類管線和管井的三維模型，如圖4所示。

圖4 小區(qū)管線和管井三維模型

4 三維小區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

基于GIS的小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)將小區(qū)的基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)完美結(jié)合，并通過(guò)GIS強(qiáng)大的三維可視化技術(shù)將小區(qū)內(nèi)所有地上建筑物以及各類管網(wǎng)管井的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行直觀的展示。從信息管理模塊和GIS功能模塊兩方面對(duì)小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)信息管理模塊主要包括居民信息管理、車輛信息管理、小區(qū)公共信息管理、安防信息管理、物業(yè)員工信息管理、各類管線管井?dāng)?shù)據(jù)管理以及維修信息管理等，小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)GIS功能模塊主要包括空間定位查詢、屬性查詢、屬性數(shù)據(jù)編輯、三維模型的編輯，統(tǒng)計(jì)功能，空間查詢等功能，同時(shí)還有強(qiáng)大的分析功能，可以進(jìn)行管線統(tǒng)計(jì)分析、管線流向分析、開(kāi)挖分析、拓?fù)浞治觥㈤y門控制分析等，這樣可以為小區(qū)的管理者提供三維可視化的數(shù)據(jù)信息，為小區(qū)的管理、服務(wù)和維修提供依據(jù)。

4.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)查詢、編輯

系統(tǒng)中加載了小區(qū)居民信息、車輛信息、小區(qū)公共信息、安防信息、物業(yè)員工信息、各類管線管井信息以及維修信息等大量的數(shù)據(jù)，小區(qū)管理服務(wù)人員可以快速地在該系統(tǒng)中進(jìn)行信息查詢和編輯，如圖5所示。

圖5 熱力管線查詢

4.2 系統(tǒng)GIS基礎(chǔ)功能

小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)GIS基礎(chǔ)功能模塊主要包括地圖的放大、縮小、漫游、點(diǎn)選、框選、空間定位查詢、屬性查詢、屬性數(shù)據(jù)編輯、三維模型的編輯，統(tǒng)計(jì)功能，空間查詢、距離測(cè)量、高度測(cè)量以及面積測(cè)量等功能，在系統(tǒng)中既可以查看小區(qū)各對(duì)象的信息，也可以對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各對(duì)象信息進(jìn)行操作。

4.3 系統(tǒng)GIS空間分析功能

小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)還有強(qiáng)大的空間分析功能，可以進(jìn)行管線統(tǒng)計(jì)分析、管線流向分析、開(kāi)挖分析、拓?fù)浞治觥⑦B通性分析、閥門控制分析等，管線統(tǒng)計(jì)分析可以根據(jù)范圍和管線的類型對(duì)管線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；閥門分析可以判斷某條管線是由哪個(gè)閥門進(jìn)行控制的，同時(shí)還可以判斷某個(gè)閥門可以控制哪些管線；連通性分析可以通過(guò)選中任意兩條管線，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地判斷這兩條管線是否聯(lián)通以及與這兩條管線相連通的所有其他管線，因此就可以利用該功能判斷出管線之間的聯(lián)通情況，這樣大大方便了小區(qū)物業(yè)和管理者對(duì)管線的維修和維護(hù)。在小區(qū)維修和綠化過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)對(duì)小區(qū)地面進(jìn)行開(kāi)挖，在維修或者綠化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)把小區(qū)內(nèi)各種地下管線挖斷的情況，為了避免這種情況，小區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)具有地面開(kāi)挖模擬功能，如圖6所示。此外，該小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)還有關(guān)閉閥門分析、爆管分析和區(qū)域分析等功能，為小區(qū)的管理和維修提供決策支持。

圖6 數(shù)字化小區(qū)管理系統(tǒng)開(kāi)挖分析效果圖

5 總結(jié)

疫情的爆發(fā)對(duì)小區(qū)的管理和服務(wù)水平提出了更高的要求，傳統(tǒng)的二維圖檔式小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足小區(qū)物業(yè)和社區(qū)管理者的日常需要，數(shù)字化小區(qū)與三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合成為必然。本文基于三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)，在傳統(tǒng)小區(qū)數(shù)字化管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了強(qiáng)大的GIS功能，可以進(jìn)行管線統(tǒng)計(jì)分析、管線流向分析、開(kāi)挖分析、拓?fù)浞治觥⑦B通性分析，閥門控制分析等，并可以進(jìn)行三維可視化。本文開(kāi)發(fā)的三維GIS小區(qū)管理系統(tǒng)在一定程度上解決了目前小區(qū)管理、維修中的實(shí)際問(wèn)題，極大地提高了小區(qū)物業(yè)和社區(qū)工作者的工作效率。