面向管線全業務的綜合管理信息系統研究與實現

劉全海，孫雪梅，冉慧敏

(1.武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079；2.常州市測繪院，江蘇 常州 213003；3.常州市地理信息智能技術中心，江蘇 常州 213003)

面向管線全業務的綜合管理信息系統研究與實現

劉全海1，2，3，孫雪梅2，3，冉慧敏2，3

(1.武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079；2.常州市測繪院，江蘇 常州 213003；3.常州市地理信息智能技術中心，江蘇 常州 213003)

針對地下管線管理中動態更新困難、全業務應用復雜等問題，通過對CAD輔助設計系統和ETL專業管線處理工具等關鍵技術的研究，開發了B/S和C/S相融合的地下管線共享交換系統等6大子系統組成的綜合管理信息系統，實現了管線全業務覆蓋，建立了管線信息化、動態化的更新、管理、應用模式。并以武進區為例，驗證了系統的可行性和有效性。

地下管線；動態更新；全業務；共享交換

一、引 言

殖率隨著城市化的快速發展和現代化程度的不斷提高，城市地下管線的建設逐漸向空間密集化、種類復雜化、屬性專業化的趨勢發展，各管線單位對管線業務需求呈多樣化趨勢發展，亟須建立一套現代化、信息化的城市管網管理機制，滿足城市地下管線動態跟蹤管理、管線全業務應用，以解決當前城市地下管線管理困難、繁瑣等現象。

上海、天津等地建立了豐富的地下管線數據體系，但多針對現狀數據庫，對于規劃和歷史資料庫關注不足[1]。徐州、青島等地針對管線竣工、管線應用等業務研發CAD管線作業平臺，優點是在本地數據處理方面功能強大，但未能實現管線數據CAD與SDE圖庫聯動[2]。廣州、杭州等地建有專業煤氣、供水等專業管線系統[3]，但專業系統與綜合管線系統間缺少緊密聯系，難以實現綜合管線、專業管線的統一管理、交互共享。許多城市的管線信息系統多數是針對規劃管理的需求定制相應功能，不能滿足多部門的專業管線業務需要，導致各部門間管線系統重復建設并形成“信息孤島”。

基于上述原因，本文從管線動態更新出發，整合綜合管線、專業管線數據，研究建立滿足管線規劃、審批、竣工、驗線、供圖、共享、交換應用的管線全業務需求的地下管線綜合管理信息系統，建立地下管線信息化、動態化、二三維一體的更新、管理、應用機制，規范和提升管線信息系統的建設，實現管線網絡化動態管理、信息的動態更新以及通過互聯網實現多級部門管網信息的共享交換。

二、建設思路

1.總體架構

地下管線綜合管理信息系統將管理創新、流程優化、資源整合融入管線管理的信息化建設中，搭建以地理信息系統為基礎平臺，形成管線管理部門、設計單位、建設單位、專業管線公司等機構之間的多級管理網絡，分階段、分區域、分內容建立多層次的、實用的、與規劃管理系統業務緊密關聯的管理模式，集不同單位部門管線業務流程于一體，滿足管線全生命周期、全業務管理應用需求。

系統利用Oracle搭建管線數據庫，以地下管線的持續動態更新為重點，整合專業管線、綜合管線、地形、規劃數據等城市建設基礎空間數據，以管線規劃、審批、竣工、驗線、供圖、管理、共享等管線業務為落腳點，采用C/S和B/S的混合模式，實現管線系統的一體化建設和信息資源的集成化管理，建設數據管理系統、CAD輔助設計系統、ETL專業管線處理工具、綜合應用系統、共享交換系統、后臺管理系統6大子系統，創建高效、簡潔、實用、人性化操作的工作環境，系統設計框架如圖1所示。

2.開發平臺選型

考慮到管線系統涉及多種基礎數據(基礎地形、城市框架數據和其他專題數據)、管線以及業務數據，為實現海量數據的快速存儲與靈活調用，系統數據庫平臺采用Oracle 11g與ArcSDE聯合的方式實現空間基礎數據的存儲，采用ArcSDE構成數據管理層，利用.NET與ArcGIS Engine10.1，建立系統數據管理層的應用，通過SDE實現數據的訪問、調用、查詢和統計功能，以及數據動態更新[4]。為配合管線系統GIS框架，降低系統響應時間，采用Arc-GIS Server發布管線、地形、控規等空間數據。

圖1 系統架構圖

選用ArcGIS、WebGIS、AutoCAD等平臺、大型關系數據庫技術和現代網絡通信技術，融合三維Vast3D平臺，采用B/S與C/S相結合的技術，建設集成完備管理應用共享功能、二三維一體化的地下管線綜合管理信息系統。系統對外提供服務時利用XML及Web Service技術，實現數據的共享和異構系統的整合。數據管理系統、ETL專業管線處理工具選用ArcGIS10.1，CAD輔助設計系統選用Auto-CAD2010，應用系統、共享系統、后臺管理系統選用ArcGIS10.1，利用C＃語言進行后臺數據處理、Flex進行前端開發。

3.關鍵技術

(1)管線標準設計

地下管線信息標準和規范，是實現地下管線信息動態管理的基礎，是建立地下管線信息共享的前提。建立全面使用的從探測、建庫到應用的地下管線數據標準體系，需要做到以下幾點：

1)兼顧國家標準與地方特色，在滿足地下管線探測國家相關技術規程的基礎上，充分考慮地方特色。在滿足城市規劃綜合管線數據標準的基礎上，充分考慮專業管線單位的需求，真正做到全面實用。

2)結合普查技術規程，參考系統建設數據要求，實現數據標準的內外業一體化，同時需要考慮數據的歷史版本管理和可追溯要求。

3)實現二三維標準一體化。根據目前地下管線三維可視化建設的經驗，針對目前地下管線探測技術規程在三維方面的不足，有針對性地補充了地下管線三維可視化的需求。

(2)基于CAD的地下管線要素級更新模式

為實現城市地下管線的長效管理，需要建立管線數據的動態更新機制，保障地下管線空間數據的實時性、準確性[5]。基于C＋＋語言開發的CAD輔助設計系統，建立管線竣工測量成果從提交—規整—監理—規整—入庫的動態更新機制，全過程CAD圖面操作實現，符合用戶的實際操作習慣，更新流程如圖2所示。系統采用了實體唯一標記(GUID)匹配的設計思路，實現管線入庫數據在三維平臺聯動更新。該方式不用考慮接邊的約束情況，具有更新效率高、歷史冗余數據小、便于維護和實施的特點。

對于管線普查數據，可以利用數據管線系統實現普查范圍內的數據整體入庫，專業管線數據則可以利用ETL工具實現專業管線庫的更新。管線工程更新模式如圖3所示。

(3)管線數據全生命周期可追蹤管理

系統建立歷史數據管理機制，采用時間戳＋歷史圖層的思路，對管線數據的任何一次變更，包括數據的編輯、普查數據入庫(更新)、竣工測量更新、專業管線入庫(更新)、管線設計等，進行事件跟蹤和歷史數據的轉換存儲[6]。通過系統的歷史數據管理機制，用戶可以實現對任何時刻、任何人對數據操作的跟蹤，包括數據的恢復和歷史數據查看、備份等。

圖2 CAD要素級更新流程

圖3 管線工程更新模式

(4)基于規則定制的CAD管線監理

系統將傳統的管線應用從GIS平臺轉移到CAD平臺，結合用戶的使用習慣和業務需求，開發CAD環境下的管線入庫監理模塊，實現管線監理規則定制、管線數據監理、管線數據成圖、管線數據入庫，如圖4所示。CAD管線監理模塊使得數據生產與數據應用業務結合更緊密，豐富了CAD傳統使用模式，保障竣工入庫數據的正確性、可靠性。監理規則包括數據標準比對、屬性值檢查、屬性邏輯檢查、圖形檢查、拓撲檢查等。

圖4 CAD輔助設計系統管線監理

(5)分布式網絡與數據處理技術

為實現地下管線的共享應用，需要通過政務專線連接管線規劃管理部門與各專業管線權屬單位、區住建局、區公安局以及各廣電、通信相關管線應用部門，實現管線多級應用共享；通過專線連接不同規劃管理部門綜合管線數據庫，實現管線數據庫異地同步更新，在上述二者基礎上構建完整的多源數據分級網絡[7]。

系統將不同平臺、不同格式的空間數據按照統一的方式存儲到空間數據庫中，以通用標準的服務對外在線提供服務。通過專業的ETL管線數據處理工具完成多源數據的統一處理，各個權屬單位再根據各自的權限通過共享交換子系統按照流程的模式完成數據的上傳和下載，共同來維護和管理城市地下管線，如圖5所示。

所謂釋憲機制正式激活，是指法定釋憲機構依據憲法規范和程序實際開啟釋憲實踐，凡遇到能夠通過憲法解釋解決的憲法問題，應該首先通過憲法解釋來處理。進入全面深化改革階段之后，雖然每項重大改革舉措出臺，都會激起理論界討論釋憲問題的熱情，而作為法定釋憲機構，全國人大常委會尚未有過釋憲先例，這不免是釋憲實踐的遺憾。

圖5 地下管線工程網絡示意圖

三、地下管線綜合管理信息建設

地下管線管理信息系統以管線的專業應用為重點，完成6大子系統的建設，集成城市建設相關基礎數據和規劃成果，覆蓋了管線業務管理的全流程，搭建面向管線規劃管理全流程的CAD平臺，建立安全高效的綜合管線和專業管線在線共享交互模式，并實現二三維一體化應用，為管線管理與應用提供快捷高效的決策支持，各子系統關系如圖6所示。

圖6 地下管線綜合管理信息系統框架圖

1.數據管理系統

地下綜合管線數據管理系統采用C/S架構，主要解決管線數據的監理檢查、數據入庫、數據編輯和系統管理綜合分析，主要滿足管線規劃管理部門內部日常管線管理和應用需要，提供決策支持。系統主要功能有系統調圖、地圖操作、數據加載、查詢統計、空間分析、應急分析、數據監理、入庫更新、數據庫管理、地圖輸出等。數據管理系統可與CAD輔助設計系統、ETL工具等其他管線子系統聯動，實現管線業務數據、空間數據的統籌管理。

2.CAD輔助設計系統

考慮規劃管理部門及測繪部門對CAD平臺的依賴性，系統采用跨平臺技術，突破原有孤立功能點，梳理各部門管線業務，集數據生產與數據應用、管理為一體，在CAD平臺下搭建功能串并聯的系統框架，整合管線供圖業務流程及方案輔助審批業務流程，實現管線規劃、審批、竣工、驗線、供圖、管理等各項管線業務的一體化作業管理，系統如圖7所示。

圖7 CAD輔助設計系統

CAD輔助設計系統是打通CAD與GIS數據之間的雙向存取通道，在統一的環境下實現圖屬互動、圖形編輯、查詢統計、空間分析、數據管理等功能，滿足市政科用戶、規劃編制科用戶、規劃設計院用戶、信息中心用戶、窗口辦事員用戶等相關用戶完成規劃設計條件、管線方案設計、管線輔助審批、普查數據展點監理、竣工測量數據展點監理、竣工測量數據規整入庫、業務打圖等。為實現管線數據的持續動態更新，CAD輔助設計系統提供完備的要素級更新監理入庫功能，保障管線數據庫的現勢性、完整性。

3.ETL專業管線處理工具

圖8 ETL專業管線處理工具

4.地下管線綜合應用系統

管線綜合應用系統采用B/S架構，實現地下管線信息快速瀏覽、查詢、統計、管線空間分析以及圖形的輸出，為領導用戶、市政科用戶、規劃編制科室用戶、信息中心用戶、其他相關用戶提供快速的管線管理應用服務，如圖9所示。為方便管線瀏覽應用，提高管線維護、檢測效率[10]，綜合應用系統提供地下管線三維可視化應用功能，實現二三維數據的無縫融合及聯動展示。

圖9 地下管線綜合應用系統

5.地下管線共享交換系統

管線共享交換系統采用B/S架構部署在專線環境下，為各專業管線權屬單位提供各類管線信息的瀏覽、查詢、打印功能。并與ETL工具配合，專業管線權屬單位可在瀏覽器端發起數據上傳或數據下載申請，系統管理員對權屬單位的申請進行審核，審核通過后可進行相應上傳、下載操作，實現各類專業管線數據與綜合管線數據的交換和共享。

6.后臺管理系統

管線后臺管理系統采用B/S架構，提供運行維護支持，包含用戶管理、系統監控、日志管理、安全中心等模塊，如圖10所示。管理員可利用后臺管理系統配置地下管線綜合管理信息系統6大子系統的用戶及功能使用權限，并能對各用戶對系統的使用情況進行日志管理，從用戶、功能、數據三方面全面實現地下管線綜合管理信息系統的管理，保障系統、數據安全。

圖10 后臺管理系統

四、結束語

地下管線綜合管理信息系統6大子系統的建設，覆蓋城市管線全生命周期管理，6大子系統相互補充，建立了地下管線信息化、動態化的更新、管理、應用模式，滿足了管線全業務需求，為當前城市綜合管線、專業管線統籌管理提供了新思路，為城鄉建設局、水務公司、燃氣公司、廣電公司等城市管線單位提供了信息化的管線更新、管理、應用服務，加快了城市的信息化建設，推進智慧城市建設。

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Research and Implementation of the Full Pipeline-service-oriented Underground Pipeline Integrated Management Information System

LIU Quanhai，SUN Xuemei，RAN Huimin

P208

B

0494-0911(2014)11-0092-05

2014-06-02；

2014-06-30

住建部科學技術計劃(2013-S5-4)

劉全海(1972—)，男，甘肅舟曲人，博士生，研究員級高級工程師，主要從事數字城市、三維可視化研究。

劉全海，孫雪梅，冉慧敏.面向管線全業務的綜合管理信息系統研究與實現[J].測繪通報，2014(11)：92-96.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0372