基于WebGIS 的管網排查工程監管平臺設計與實現

周治祥，周文輝

（浙江華東測繪地理信息有限公司，浙江 杭州 310014）

2018 年下半年生態環境部對沿長江的11 個省市的40 多個地市進行暗訪，發現了160 多個嚴重的污染問題。2016 年1 月習近平總書記在重慶推動長江經濟帶發展座談會上指出：“長江病了，而且病得還不輕。”提出要把修復長江生態環境擺在壓倒性位置，共抓大保護，不搞大開發。城市排水系統是處理和排除城市污水和雨水的工程設施系統，是城市基礎公用設施的一個重要的組成部分[1]。其與城市道路、供電、供氣、供水等基礎設施共同組成了城市生存網絡，是支持和保證城市經濟發展及人民生活的重要基礎設施之一。但目前雨水管道和污水管道混接嚴重，部分需要處理后才能排放的污水直接排入周圍水系，最后進入長江，而無需處理的雨水卻進入了污水處理場，浪費污水處理資源；很多管道因年久失修而造成破損、堵塞。要修復長江生態，首要工作就是對管網進行排查，只有弄清了管網的各種狀況，才能有效地對管網進行修復。

城市排水系統縱橫交錯、分布廣泛，為確保排查無盲區、無死角，管網排查工作必須是全區域、地毯式的，涉及城市的各個角落，排查工作量非常大[2]。管網排查的安全隱患是比較大的，存在中毒、窒息、觸電、淹溺、交通事故、高溫中暑、機械傷害、高處等安全隱患。管網排查項目的進度管理、人員管理、安全管理難度非常大。實現對管網排查工作進行更有效、準確、直接地監管也是一個不小的挑戰。目前采用B/S 架構和WebGIS體系的管網管理平臺應用已有很多，許多學者已經進行過這方面的研究。韓俊華[3]基于WebGIS 設計研發了數字排水綜合信息管理系統，實現了排水數據的查詢、統計分析等功能；李力[4]應用GIS 技術和空間數據庫技術，針對城市排水管理部門的業務需求，研究、設計和開發了城市排水綜合信息平臺；馬真東[5]以蘭州新區為研究區域，采用ArcGIS Server 平臺，開發了蘭州新區地下水信息化管理系統，實現了該區域地下水資源的數據管理、空間分析和共享功能。上述研究都偏向于管網信息的管理對查詢，對管網排查工作的監管還鮮有研究。本文基于WebGIS 技術，綜合空間數據可視化、空間數據庫和計算機網絡等技術，針對蕪湖市管網排查工程實時、準確的監管需求，研發了“蕪湖市管網排查工程監管平臺”系統，實現了管道的項目生產管理和安全督查工作，為蕪湖市雨污管網監察提供了有力的平臺支撐和輔助決策支持。

1 系統設計

1.1 系統總體架構

系統采用Browser/Server 架構，主要有數據層、服務層和應用層三個部分。系統的總體架構如圖1 所示。用戶通過終端發送請求，并通過Web 服務器進行處理后，通過與數據庫的交互調用所需數據，完成請求任務，并將處理結果返回給用戶。（1）數據層。數據層是平臺的數據支撐，用于數據的存儲、管理。該平臺數據層由空間數據庫與屬性數據庫構成，為平臺提供空間數據以及元數據服務。（2）服務層。該層也稱為應用組件層，是數據層和服務層之間的連接，通過構建與系統各功能相關服務，對平臺的業務邏輯進行處理，為應用層提供服務支撐。本平臺采用NodeJS 技術實現了后臺服務層的搭建。（3）應用層。該層作為平臺的功能實現層，對接三類不同類型的用戶，面向各類用戶的不同應用需求，并提供用戶界面，來實現請求、交互以及結果獲取等功能。

圖1 平臺總體架構

1.2 系統功能設計

根據平臺的需求和研發目標，文章將平臺功能設計為五大模塊，各個模塊在最終的平臺界面中形成一個整體。（1）項目進度管理模塊。用戶可以通過平臺界面進行項目進度上報、工作量統計、項目進度查看、進度查詢等功能。（2）人員現場位置管理模塊。用戶可以在手機終端進行工作位置上傳，指揮端平臺可以進行外業人員位置查看、查詢等功能。（3）項目現場視頻管理模塊。該模塊主要包含視頻發起、視頻存檔、視頻查詢等功能。（4）用戶管理模塊。平臺用戶角色主要分為三類：管理員、巡查人員以及外業人員。不同用戶角色有不同的平臺使用權限。用戶管理模塊主要分為角色管理、權限管理等功能。（5）后臺管理模塊。平臺的后臺管理是整個平臺運維管理的重要基礎。該模塊包括資源（存儲資源、計算資源、網絡資源等）管理、系統運行情況管理等功能。

2 系統關鍵技術

2.1 WebGIS 技術

WebGIS，即Web 瀏覽器上的GIS 系統，支持用戶在瀏覽器上進行GIS 數據處理操作、數據檢索、空間分析、可視化展示等。WebGIS 使得以前在GIS 軟件中才能實現的功能可以在瀏覽器端實現。WebGIS 體系采用B/S 架構，如圖2 所示，該體系主要由空間數據庫、WebGIS 服務器和客戶端組成。該體系運行過程如下：用戶首先通過界面操作向服務端發起請求，該請求通過HTTP 協議被轉移到WebGIS 服務器，并在服務器中分析該操作請求，并執行請求，執行請求時根據需求訪問相應的空間數據庫。最后，服務器將分析結果通過HTTP 響應返回到客戶端。相較于C/S 端的GIS 軟件，基于WebGIS 的平臺無需安裝任何軟件，具有分布性強、維護方便、開發簡單且共享性強的優勢。因此本平臺采用B/S 框架進行平臺搭建。

圖2 WebGIS 體系架構

2.2 REST 架構風格

REST（Representational State Transfer）即表象化狀態轉移，由Roy Fielding[6]在其博士論文中提出，是一種軟件的架構風格。目前REST 架構已經成了最主要的Web 應用開發模式，許多大型網站也采用了REST風格進行設計。在REST 的架構中，Web 應用程序可以通過一個URI 來訪問服務器暴露的所有資源，如圖片、地圖服務等等。REST 在HTTP 協議中使用GET、POST、PUT 和DELETE 來實現資源的獲取、創建、更新和刪除。REST 架構有以下四個特點：（1）資源標識。通過URI 進行Web 資源的標識，用戶通過URI 獲得標識的資源。（2）無狀態性。客戶端向服務器的請求不依賴以前的任何信息。（3）統一接口。客戶端和服務器之間通信的方法是統一的，對資源的操作通過表述和 HTTP 標準方法實現，包括獲取、創建、更新、刪除，對應的HTTP 四種方法的分別是：GET、POST、PUT和DELETE。（4）超媒體。REST 可作為Web 應用程序狀態引擎的超媒體，通過REST 可將應用程序改變到不同的鏈接。因此，本平臺采用基于REST 架構風格的WebGIS 服務，用戶在客戶端通過URL 訪問服務器的空間數據、屬性數據等資源，提高了平臺的表現力和用戶體驗。

3 系統實現

文章在研究了管網排查工程監管平臺的總體框架后，根據需求設計并實現了相應的功能。完成了由WebGIS技術、數據庫基礎結合的監管平臺構建，實現了項目進度管理、人員位置管理、現場視頻連線等功能。文章的研究區域為安徽省蕪湖市，蕪湖市位于安徽省東南部，地處長江中下游，城市污水系統以長江為界，分為江北和江南片區。“項目進度”模塊不僅可以實時上報項目進度，同時還可以根據不同的需求進行工作量統計，現場工作人員檢測完成一段管線，就可以上傳至指揮部服務器，平臺即可自動將目標管段以不同的顏色展示在系統中來反應項目進度。“人員現場位置管理”模塊可以配合智能移動終端以及指揮部屏幕，實現現場人員位置的實時管理。現場人員到達位置后登陸平臺移動端，自動上傳工作位置，便可同步顯示在指揮部的監控地圖中。

4 結束語

在城市數字化穩健發展的今天，對市政排水管網的排查工作進行有效、準確的管理與發布是城市數字化、科學化的必然趨勢。文章基于B/S 架構和WebGIS 實現了管網排查工程監管平臺的設計與搭建，該平臺為不同角色的用戶提供了良好的交互界面，使其不僅可以參與管線項目生產管理，還可側面發揮出安全督查的作用。實踐證明，該平臺對市政管網的安全排查與設計規劃具有較大的實際應用價值。