“智慧管網”建設的實現與技術探討

鄭建功

(西安市勘察測繪院，陜西 西安 710054)

1 引 言

隨著計算機技術、網絡技術、空間數據庫技術、導航、遙感技術的飛速發展，地理信息技術的發展和應用已經進入一個嶄新的時代。云計算、大數據、移動端等新興技術亦廣泛應用在城市地下綜合管網的生產、更新、管理和應用中，極大地推動智慧地下管網的落地和實現，管線已經進入智能管線時代、大管線時代和管線后普查時代。

近年來，各大、中、小城市都在城市管理、市政基礎設施管理、城市安全管理等日常事務下，愈加重視地下綜合管網的普查和管理。西安市勘察測繪院承擔著西安市地理信息中心的職責，在“數字西安、智慧西安”建設的推動下，西安市勘察測繪院建設了智慧西安地理空間信息公共服務平臺，包括一個體系(依托導航定位、遙感衛星、機載激光、傾斜攝影、低空無人機、車載移動測量系統、探地雷達等多種技術，形成天、空、地一體化地理空間數據獲取體系)、一個倉庫(是指基于統一西安市空間基準和多源數據建成的城市地理空間信息數據倉庫。目前，已建成七大類、192層空間數據集，數據總量超過150TB。主要包括全市9區4縣 10 108 km2的基礎地理信息數據、高分辨衛星影像數據； 5 500 km2三維地形數據；全市主要地區3600余平方千米(主城區100%覆蓋)的大比例尺地形圖數據和 0.2 m高分辨率航空影像數據；全市建成區內 430 km2三維模型數據；地名數據庫等等)，該平臺可滿足不同層次、不同部門、不同行業對地理空間信息的需求，為城市的信息共享、統籌管理、科學決策提供了統一的空間參考，為智慧西安建設打下了堅實的基礎。

2015年開始，西安積極響應國家相關部委的號召，將地下管線建設和管理提高到國家級戰略高度。到2018年年底，大西安的地下綜合管線普查基本完成，管線里程超過 30 000 km，項目總投資將近1億元。那么進入管線后普查時代如何更好地利用、管理普查數據和建立地下綜合管線的更新機制顯得尤為重要，如何更好利用“管理”和“技術”這兩駕馬車驅動地下綜合管網進入一體化智慧管網時代，是我們首當其沖要考慮的問題。

2 智慧管網總體目標

“智慧管網”的建設需要綜合從業務一體化、數據一體化、應用一體化、技術一體化、城鄉一體化等多個方面統籌考慮，結合西安當前實際，依據規劃法規體系、行政體系和運作體系，以空間信息為核心，搭建基礎開發框架和數據中心框架，最終建立集效能、質量、服務保障為一體的網絡化、集成化、智能化的“智慧管網”體系。可以將整個西安“智慧管網”信息平臺的總體建設需求具體概括抽象為“七個一”的目標，即：一套標準、一套數據、一套平臺、一套應用、一套網絡、一套機制、一支隊伍。

2.1 標準規范體系一體化

面向“智慧管網”的可持續推進和可持續利用要求，嚴格執行開放性策略，遵守標準化、規范化要求，制定并不斷完善“智慧管網”的標準規范體系，指導“智慧管網”工程對于數據資源整合、系統設計開發、數據管理與共享交換、運營維護等方面的要求，形成統一標準的可執行參考依據，有力保障建設成果的應用前景、后續拓展以及兼容性。

2.2 數據倉庫體系一體化

充分結合“智慧西安”建設的統一西安市空間基準和多源數據建成的城市地理空間信息數據倉庫和地下空間資源數據庫(包括地下綜合管網數據庫)，形成信息門類比較齊全、內容豐富的地上地下一體化、時空一體化、多維信息一體化的綜合數據庫，為“智慧管網”的應用、管理、更新提供全方位的服務支持。數據倉庫中心框架如圖1所示。

圖1數據倉庫中心框架

2.3 平臺一體化

在廣泛采用IT主流技術，遵循IT/GIS開放性標準的前提下，引入面向服務架構理念和應用集成技術，建成信息化基礎框架，形成一體化的應用開發與集成環境，有效集成包括管網移動端平臺、地理信息應用平臺、CAD應用平臺、空間數據管理平臺、綜合信息發布服務平臺的一體化框架，從而最大限度地為智慧管網一體化提供全方位保障。一體化公共服務平臺體系架構如圖2所示。

圖2 一體化公共服務平臺體系架構

2.4 應用一體化

在一體化應用開發與集成環境的支撐下，開發或升級完善滿足地下管網全過程信息化管理要求的綜合應用系統或平臺，最終建立一個全業務領域的數字化、一體化、智慧化管網應用體系，建立涵蓋圖文審批一體化、多部門業務協同化、多元信息資源共享化，實現二、三維融合的智慧管網管理輔助支持，提供科學精確的決策參考，實現信息化手段在全市管網管理和管網服務領域的全覆蓋。并能夠為公眾(小區等)、企業(天然氣、市政、通訊、自來水、熱力等企業)以及政府(市政局、規劃局、建委等部門)提供全天候、全方位的應用一體化服務。一體化應用總體框架如圖3所示。

圖3 一體化應用總體框架

2.5 更新、管理、共享一體化

為保證信息化建設成果得到充分的利用，必須建立起各類成果的使用、維護和管理的機制，及其相關的技術和管理保障機制；要培養一支專業技術能力強，能夠對信息化工作進行協調組織管理，運營和維護的專業隊伍。西安市管線普查之后，西安市初步構建了城市綜合管線的多手段動態更新、多途徑共同維護、多部門協同合作、多渠道信息共享的開放、智慧運營模式。

3 關鍵節點和關鍵技術

智慧地下管網一體化的主線應該是一個循環良好的閉合環：生產→更新→管理→應用→生產。要使每個環節高標準、高質量、高效率地運行，離不開信息化手段和技術的支撐，因此我院在智慧地下管網各個環節都研發了相應的平臺軟件，從而有力驅動地下管線的生產、管理和應用走向智慧之路。智慧管網綜合一體化平臺總體框架如圖4所示。

圖4智慧管網綜合一體化平臺總體框架

3.1 智能采集終端和智能應用終端(生產和應用階段)

充分利用移動端等技術，建立智能采集終端和智能應用終端。生產人員可以利用移動終端設備實現現場調用基礎數據、現場信息智能采集，從而大大提高作業人員的生產效率、數據共享和數據質量。應用客戶可以利用智能終端實時調用現場管線及基礎數據、實時查詢各類屬性，為現場施工提供支持。

3.2 智能管線生產和檢查軟件(生產階段)

綜合管線的數據處理是一項煩瑣、復雜的工作。為了更好地進行管線生產，我院智慧管網著重打造綜合管線采編和檢查系統，功能覆蓋管線建庫、數據輸入輸出、管線圖編輯、智能出圖、數據檢查、查詢統計等一體化的采編、檢查、更新系統。該軟件自成體系，許多功能都比較智能和自動化，極大提高了作業人員的作業效率。智慧管網采編生產系統如圖5所示。

圖5智慧管網采編生產系統

3.3 智慧管網信息平臺(更新、管理和應用階段)

智慧管網發布平臺的建設應采用三層結構，以桌面和瀏覽器方式(Client/Server、Browser/Server)建立客戶端，以Esri系列軟件搭建GIS軟件平臺，以Skyline軟件搭建三維平臺，以Oracle大型的數據庫進行后臺數據管理。構建聯結各相關部門和權屬單位的數據管理中心，形成覆蓋專用網絡的分布式應用和集中管理的管線信息系統。系統建設采用企業總體架構EA來實現。在實現層面，采用面向服務的SOA架構。西安市地下綜合管網信息平臺如圖6所示。

本系統的建設分為七個層次，即基礎設施、數據層、應用支撐層、服務層、應用層、與本項目建設直接相關的外部系統和相關法規、標準規范七個部分。

本系統主要包括數據管理平臺、用戶服務平臺及運維平臺。其中數據管理平臺(C/S模式)主要提供給數據維護單位使用，主要功能包括：數據顯示、數據查詢、數據統計、管網輔助設計、管網分析、制圖打印、數據入庫、數據編輯、數據審批、歷史數據管理、數據導出、數據轉換、用戶管理與權限配置、數據庫管理、日志管理、系統配置管理、圖層配置管理以及幫助等功能。

用戶服務平臺(B/S模式)提供給包括政府有關管理部門和管線權屬單位使用，主要功能包括：地圖瀏覽、視圖管理、查詢統計、管線分析、管線規劃業務審批、以及幫助等功能。提供給市政府相關部門以及權屬單位數據服務和功能服務，主要功能包括服務組管理、服務信息管理、授權管理、ArcGIS服務控制模塊等。

門戶網站提供給包括政府有關管理部門和管線權屬單位使用，主要提供給用戶一個瀏覽信息、交流的平臺。

圖6西安市地下綜合管網信息平臺

三維展示提供三維視圖下管線瀏覽與直觀的三維管線分析功能，主要功能包括：地圖瀏覽、地圖測量、視圖管理、分析以及三維建模等功能。

3.4 智慧管網的智慧運營

“智慧管網”體系考慮到了整個管網從“采集—生產—管理—更新—應用”閉合環，采用了當前最成熟的技術，在各個節點都建立了相對應的應用平臺支撐，從而保障了“智慧管網”整個流程的無縫銜接和流程模塊的智能配置。采集端作業人員可以在現場通過手持終端適時調用后臺的管網數據，現場做出科學分析和決策。生產和更新層面能通過“智慧管網”體系快速獲取和精準生產、更新服務。管理層面能夠掌控全局、科學調動、快速應急處理。應用層面能全天候、全方位、智能化應用。從而將“智慧管網”駛入智能、智慧的車道。

4 結 語

規范的工作流程、科學的管理制度以及信息化手段在各關鍵節點的廣泛應用，使得城市地下管線的生產、管理、應用進入智能時代。以此為基礎，我們要加大大數據分析在“智慧管網”中的應用，力爭做到“誰動我的管網，系統能知道；哪里有安全隱患，系統能預警；哪里有事故，系統能關閥”，從而更好地為城市發展服務。

“智慧管網”以科技手段為支撐，逐步構建安全、高校、科學、共享的智慧管網體系，打造了“城市地下資源一張圖、一本賬”的基礎設施網絡，實現了城市地下綜合管網精細化管理、綜合化的安全監管、高效化的應急處置、智能化的規劃分析、全面化的信息共享，讓信息技術與城市管理充分融合，為城市發展提供強大的安全保障。