市政工程施工管線信息管理移動終端系統的設計與實現

向祎，李黎，林磊，張歡，劉琳

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

目前，我國絕大多數城市都已經完成了城市地下管線普查建庫和信息系統開發建設工作，城市地下管線相關工作進入了數據更新管理和系統運行維護階段。但是由于城市建設的飛速發展，涉及地下管線的市政工程施工也愈發頻繁，因為城市地下管線數據庫和管線信息系統數據共享閉塞，應用推廣緩慢和管理效率低下等問題而造成的管線施工事故仍時有發生。城市地下管線信息如何科學先進地管理及安全高效地共享，是管線行業管理部門及管線數據庫和信息系統平臺運維單位亟待解決的問題。

本文利用微信小程序，圖像識別和跨網段查詢等技術，在移動終端上設計了一款操作簡單、使用便利的市政工程施工管線信息管理系統，可以增加管線施工現場信息的傳遞速度，保障工程各參與方的信息互聯互通，解決在施工過程中現場出現的一系列問題，從而提高市政工程的管線施工管理效率。

2 關鍵技術

2.1 二維碼標識項目信息

市政管線施工工程在施工時經常出現施工人員變動頻繁，相關各部門對項目的信息溝通不通暢等問題，因此，系統設計時使用二維碼圖像識別技術(圖1)，將二維碼與具體的工程信息相對應，直接放置在工地現場，項目參與人員通過掃描二維碼可直接識別施工工程的工程編號，施工時間，施工人員等信息，并通過工程編號，可通過系統后臺的查詢服務關聯查詢到項目的計劃，責任單位，報建時間和報建資料等詳細信息，大大簡化了信息獲取中的交互過程。

圖1 項目二維碼

2.2 使用微信小程序進行項目管理

微信小程序是近年來新興的一種與微信綁定的不用額外下載就能使用的應用，其在騰訊公司全新定義的技術規范和架構進行開發。微信用戶通過掃描二維碼或者在微信中搜索即可打開小程序進行使用，無須額外對移動端應用進行安裝，也避免了針對不同移動設備操作系統進行分類開發和部署的不便。與傳統Web前端開發一樣，小程序用JavaScript、JSON、CSS等語言規范進行程序代碼的開發，便于程序員進行開發，保證了小程序的開發效率；而小程序頁面基于本地進行加載，不需要通過頻繁的請求服務端來實現，減少了交互的次數，提高了小程序的執行效率。

市政工程施工管線信息管理系統采用微信小程序進行開發，以具體的施工工程項目為管理單位，無論是施工工程項目的管理人員、施工人員、監理還是運維保護人員，均只需使用微信掃描項目二維碼，即可進入該項目的管理流程，并利用小程序的通信接口，隨時隨地聯系項目的有關人員，方便地進行該工程項目管理。

2.3 跨網段查詢管線空間信息

城市地下管線數據庫因為數據安全原因不能直接將管線空間信息數據或地理信息服務發布在互聯網上，同時因為投影坐標系的原因也不能位置一致地疊加在微信小程序所使用的公開地圖上。因此，針對查詢工程項目范圍線內管線信息的要求，市政工程施工管線信息管理系統設計時在政務外網服務器上部署一套數據加密傳輸處理服務，用以對互聯網和內網的數據進行傳輸中轉，即在移動終端請求發送項目的范圍線坐標，發送到政務外網服務器，經過加密傳輸后由VPN發送到內網服務器進行坐標轉換和空間查詢，整個坐標轉換和空間查詢的過程全部在內網完成，完成后將脫密的管線信息結果以表格的形式傳輸給政務外網服務器，進而讀取到移動客戶端上，實現跨網段信息查詢。具體的查詢方式如圖2所示：

圖2 管線信息查詢方式圖

3 系統設計

3.1 架構設計

市政工程施工管線信息管理系統的總體技術架構圖如圖1所示，整體分為三層：

圖3 系統架構圖

(1)數據層：是由各類市政工程數據的業務關系數據庫和GIS地理信息空間數據庫構成，包括各類市政工程項目數據和地下管線數據，主要有基礎地理空間數據、綜合管線專題數據、項目工程業務數據、系統管理數據和元數據等。

(2)服務層：負責各類數據的業務邏輯實現，包括空間數據服務接口和業務功能服務接口，空間數據服務接口通過空間數據引擎進行空間數據的存取、交換、表現和操作等；業務功能服務接口則處理各類業務管理流程，包括管線項目信息的共享和互連。

(3)應用層：主要為市政工程施工管線信息管理系統小程序，在移動終端上通過微信平臺運行。

考慮到地理空間信息的數據特性，系統所涉及的后臺運算分為公開業務功能服務讀取和專業空間數據服務運算兩塊。市政工程中的公開信息服務在互聯網環境下通過微信小程序直接進行讀取。專業服務運算由于涉及專業GIS服務和復雜的地理信息數據庫，采用獨立后臺加密傳輸的方式進行，小程序只做發送數據請求和接收數據服務結果信息。系統數據請求采用公開服務讀取和專業服務運算進行分離的設計，既保留了微信小程序請求后臺快捷輕量的特點，又避免了小程序無法進行專業GIS數據運算的缺陷。

3.2 數據庫設計

市政工程施工管線信息管理系統數據庫的設計遵循自頂向下，逐步求精的原則，為系統的功能實現提供數據支持，主要管理綜合地下管線相關的空間數據和屬性數據，和工程業務數據的項目信息和用戶信息，具體數據的分類如表1所示。

數據總表 表1

系統數據庫結構如圖4所示，用戶數據庫與工程項目數據庫為多對多的關系，即一個工程項目可以對應多個用戶，而一個用戶也可以對應多個項目，而工程項目數據庫和地理空間數據庫為一對多關系，一個工程項目對應多個地理信息子類。

圖4 系統數據庫結構圖

系統數據庫中的地理空間數據庫主要以GIS矢量數據的形式進行存儲，便于進行空間關系的運算和分析，而市政工程項目的業務數據采用關系型數據庫的形式進行存儲。

3.3 主要功能模塊實現

(1)項目應急聯絡

系統通過微信小程序掃描具體施工工程項目對應的二維碼，根據注冊時填入的用戶信息調用微信相應的接口進行登錄用戶信息的獲取，自動形成項目的通訊錄(圖5)，在遇到項目出現工程事故，安全問題等緊急情況時，施工各方可通過微信小程序自帶的消息和通話接口進行通訊聯系。

圖5 項目應急聯絡

(2)綜合信息展示

系統可以對項目的位置信息和屬性信息進行展示(圖6)，施工各方可以通過系統讀取到市政工程項目的全方位信息，包括項目的總體計劃、施工計劃、施工單位、開工時間、管線保護記錄和施工過程時間等重要工程節點信息，以及工程范圍內的管線分類統計等管線空間信息，從而更加深入地了解項目實施的具體情況和地下管線分布的綜合概況。

圖6 綜合信息展示

(3)施工過程管理

系統對市政工程中的各個環節進行了過程管理，包括記錄了施工各方在開工、交底等重要環節的信息以及項目管理部門的會議和巡查情況，做到施工、檢查信息的溯源管理。主要管理功能包括：

①指定人交底

項目的參與人員對管線建設施工和運維保護操作指定對象進行交底，在系統中告知，并要求交底對象對重要事件進行反饋，從而保證項目施工過程中施工單位與管線運維單位對施工行為相互明確，保證施工時的管線安全。

②會議交底

項目建設單位和監理單位在工程項目在實施過程中對召開的各種會議進行交底，記錄會議的內容以及公開的附件資料，供管線施工單位和運維保護單位進行查看，保證項目施工過程中信息的全方位記錄。

③工作記錄

項目各單位在日常的施工過程中進行工作記錄(圖7)，對施工管理、施工進度、施工中發現的問題及安全隱患進行記錄上報，從而能做到施工信息的溯源。

圖7 項目施工過程管理

4 應用狀況

市政工程施工管線信息管理系統在實際的應用過程中，具備應用推廣快速，溝通渠道靈活，空間分析智能化，信息記錄全方位等特點。

在市政工程項目的施工過程中，一般由建設單位主導項目建設，施工單位進行項目的開挖施工，管線權屬單位負責項目施工區域下的其所屬管線進行保護，相關監管部門進行項目的管理。由于人員變動頻繁，工作職責獨立，很難建立全面立體的聯系機制。而通過在施工現場進行二維碼的放置，項目所涉及的各類用戶可以跳過復雜的應用APP的安裝過程，直接在微信上掃描二維碼進行系統小程序的安裝。系統自動歸集用戶通信信息，形成項目通訊錄供各類用戶日常工作聯系使用。建設單位，施工單位，管線權屬單位的開工記錄，管線交底信息，也會通過系統進行全方位的記錄，方便監管部門的管理人員進行應急響應和事故溯源，同時管理人員通過系統完成距離最近項目的獲取和項目范圍內的管線類別長度情況等空間分析統計。

5 結 語

現階段，城市地下管線如何在現有的管線數據和信息平臺上進行深層次的管理，還需要做進一步的探索和研究。本文介紹的市政工程施工管線信息管理移動終端系統，把現有的管線平臺與具體的業務管理領域相結合，通過二維碼，微信小程序和移動GIS技術，增強了市政工程管線項目參與各方的溝通和交流，加快了信息的傳遞，提高了施工管理的效率，為城市地下管線的保護起到了積極有效的作用，在實際項目的應用過程中得到了各類參與用戶的良好反饋。為地下管線的施工管理提供了一個新穎實用的思路。