基于ArcGIS for Android的城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

吳揚安

(廈門精圖信息技術(shù)股份有限公司，福建廈門361008)

一、引 言

隨著社會經(jīng)濟和城市建設的不斷發(fā)展，地下管線的日常巡檢和問題檢修變得異常復雜。管網(wǎng)線路巡檢對于及時發(fā)現(xiàn)缺陷和故障，及時評估管網(wǎng)系統(tǒng)，有計劃地安排線路與設施檢修，提高城市管網(wǎng)的可靠性具有重要的作用。當前大多城市的管網(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)模式進行管網(wǎng)線路巡查，巡檢人員發(fā)現(xiàn)問題以手工記錄為主，導致市政管線巡查人員工作效率低下、存儲及檢索管網(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)場實際情況檢修井蓋、管道疏通后，信息未能夠及時反饋，在出現(xiàn)故障事件時，無法確定離故障點最近巡檢人員等。最后，對巡檢人員也缺乏有效的考核機制，管理者無法客觀地管理巡檢人員的工作到位率和工作時間等。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，按需對管網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取、對比、更新等操作。在設施發(fā)生故障時，巡檢人員可立即接收工單并獲取故障點位置和管線屬性數(shù)據(jù)等;同時也為管理部門對巡檢人員的工作到位率和工作時間提供了客觀數(shù)據(jù)。

城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)符合標準SOA的架構(gòu)，系統(tǒng)后臺空間數(shù)據(jù)服務采用Esri的ArcGIS Server平臺發(fā)布基礎(chǔ)地形服務和管線服務，采用ArcGIS Server切片緩存技術(shù)對基礎(chǔ)地形服務進行切片，實現(xiàn)PDA對空間數(shù)據(jù)的快速訪問。客戶端功能展示采用基于Android平臺的Java開發(fā)技術(shù)，前后臺數(shù)據(jù)交換及外部數(shù)據(jù)接口的通信采用基于簡單對象訪問協(xié)議(SOAP)的.NET WCF技術(shù)。系統(tǒng)在保證系統(tǒng)功能的可靠性、實用性的前提下，為用戶提供較好的客戶體驗。

二、系統(tǒng)設計

1.建設目標

城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的建設需要結(jié)合綜合管網(wǎng)的通用業(yè)務特點，基于GIS技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、GPS技術(shù)、3G和VPN通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)構(gòu)建基于Android平臺的城市管網(wǎng)巡檢GIS系統(tǒng)，為城市管網(wǎng)巡檢管理工作提供一個全面的解決方案。具體包括以下幾個方面:

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

2)對接收客戶報警或巡檢人員發(fā)現(xiàn)的故障事件進行指派，保證在最短時間內(nèi)檢修人員到達故障點并根據(jù)上級指示進行處理。

3)提升管理部門對外業(yè)工作人員的考核，為管理者對巡檢人員的工作到位率和工作時間提供客觀依據(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、巡檢人員的各項決策提供技術(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)安全都具有高機密性、保密性、完整性等特點。一旦管線數(shù)據(jù)泄漏，對國家產(chǎn)生巨大損害，因此管線數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡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個方面對數(shù)據(jù)傳輸安全性進行了嚴格的控制。

1)手持設備中只存儲緩存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)退出后將自動清空緩存數(shù)據(jù)，而且城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)不支持數(shù)據(jù)導出功能。

2)系統(tǒng)采用電信的企業(yè)級無線網(wǎng)絡(定制VPN)，其中無線傳輸過程采用硬件加密，訪問該無線網(wǎng)絡需要證書和安全認證，并且證書和安全認證定期更換。

3)采用專門的無線路由策略，只能訪問指定IP地址服務器的指定端口，而且存儲空間數(shù)據(jù)的服務和ArcGIS發(fā)布的地圖服務是存放在不同服務器上的。

4)存儲空間數(shù)據(jù)的服務器和公網(wǎng)隔離。

5)采用專業(yè)級的硬件防火墻設備，保證整個網(wǎng)絡安全。

空間數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中傳輸?shù)木W(wǎng)絡拓撲架構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡拓撲架構(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)的設計上采用基于分層和面向服務的SOA設計思想，以達到Android平臺和.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個層次，從下至上，依次為支持層、服務提供層、業(yè)務應用層。如圖2所示。

(1)支持層

支持層為系統(tǒng)運行提供了必備的軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境、運行環(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、管線數(shù)據(jù)庫及業(yè)務數(shù)據(jù)庫。空間數(shù)據(jù)的存儲方式采用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，業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲方式采用Oracle大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

(2)服務提供層

作為系統(tǒng)框架的中間層，承載著服務端與PDA端之間的交互。其中GIS地圖服務使用ArcGIS Server平臺進行開發(fā)，系統(tǒng)中的GIS空間分析、空間數(shù)據(jù)的調(diào)用都是在該層中實現(xiàn)的，主要功能是接收來自PDA端的REST請求，并根據(jù)此請求與支撐層進行通信，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)交換服務以.NET平臺上的WCF技術(shù)為依托，以NT Service為宿主，以JSON作為WCF服務端與PDA之間的數(shù)據(jù)交換格式。數(shù)據(jù)交換服務主要為PDA提供用戶身份驗證、區(qū)域內(nèi)管線長度、管點個數(shù)統(tǒng)計、GPS坐標轉(zhuǎn)本地坐標、位置上報及審計日志等。服務提供層對業(yè)務進行抽象，以WCF的形式進行封裝，為上層的業(yè)務應用提供服務支持。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

(3)業(yè)務應用層

業(yè)務應用層中包含了城市管網(wǎng)巡檢子系統(tǒng)和服務器端管理子系統(tǒng)，城市管網(wǎng)巡檢子系統(tǒng)通過基于SOAP協(xié)議訪問PDA數(shù)據(jù)交換服務提供的WCF服務接口。

4.功能設計

功能設計見表1。

表1 功能設計

三、關(guān)鍵模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)是以.NET、ArcGIS Server和Android為開發(fā)平臺，在Eclipse開發(fā)環(huán)境中，針對城市管網(wǎng)的業(yè)務流程，利用Java語言，基于ArcGIS API for Android的接口進行開發(fā)。

1.故障點施救

用戶成功登錄城市管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動將當前用戶所在位置的GPS坐標信息轉(zhuǎn)換成JSON對象后上傳至服務器端，服務器端通過坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)將GPS坐標轉(zhuǎn)成為本地坐標，并寫入坐標信息實時庫。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前位置，可確定故障點與各巡檢和檢修人員的直線距離，并根據(jù)客戶報警實時信息分派離故障點最近的檢修人員到指定地點進行故障處理;檢修人員及時反饋具體故障信息及處理進度給信息中心。

檢修人員故障點處理信息上報功能效果如圖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)所設計的爆管分析功能可極大地減少搶修時間。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，當管網(wǎng)發(fā)生爆管時，可及時生成關(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)絡傳輸速度的局限性，為解決PDA端的響應速度和減輕PDA的負載壓力。系統(tǒng)通過在地圖上使用爆管分析工具選擇爆管點的位置和爆管的管類，將爆管信息以JSON字符串格式通過SOAP協(xié)議傳遞到PDA數(shù)據(jù)交換服務的爆管分析接口，最終由服務器端進行爆管分析，生成關(guān)閥方案，以JSON格式返回給PDA端進行展示;在實現(xiàn)爆管分析接口時，采用了ArcGIS Engine接口進行開發(fā)實現(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

隨著城市管網(wǎng)規(guī)模日益龐大，各類管網(wǎng)錯綜相連，急需一種有效的管理方式對其進行統(tǒng)一化管理，本文所設計的系統(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)庫和Android技術(shù)相結(jié)合的方式，建設符合標準的SOA架構(gòu)，為用戶提供穩(wěn)定、高效的應用，并且具有良好的體驗效果。同時系統(tǒng)為管理者提供了便捷的日常管理，也為巡檢人員提供實時接收信息中心下達工單信息和及時反饋故障點處理進度，系統(tǒng)的應用可以大大提高巡檢人員的工作效率，為管理部門的宏觀決策提供準確、實時的信息。

略)