昆明市地下管線信息化建設歷程及思考

周京春，侯至群，尚劍紅

(1.昆明市城市地下管線探測管理辦公室，云南昆明650041;2.沈陽金建數字城市軟件有限公司，遼寧沈陽110179)

一、引 言

近年來，隨著城市建設的快速發展和自然災害的頻繁發生，城市基礎設施的狀況已慢慢進入了公眾的視線，而城市地下管網作為城市基礎設施的重要組成部分之一，也已引起了國家、各級政府和社會大眾的廣泛關注。

城市的地下管線信息屬于城市的基礎地理信息，具有著統一性、精確性、完整性和基礎性等特點，是城市規劃設計、建設、地下空間開發利用、城市管理和應急搶險等工作的必要信息支撐，因此一個城市地下管線的信息化建設就變得十分重要和必要。城市地下管線信息化建設的主要任務［1］有:①建立城市綜合地下管線現狀數據庫;②建立和完善地下管線信息共享平臺基礎網絡;③建立和完善地下管線共享法規標準體系和技術體系;④地下管線數據動態更新管理體系建設。

昆明市于2007—2010年開展了主城區市政通車道路上綜合地下管線和小區庭院排水管線的普查探測工程，共采集了20 000余千米的城市地下管線信息，并同步開展了昆明市最權威的、統一的地下管線信息應用與共享平臺的開發工作，法規、標準體系和地下管線數據動態更新管理機制的建立工作，邊建設邊實踐。至今為止。昆明市地下管線信息化建設已經走過了7年的歷程，變得日趨穩定并進入了良性循環階段。

二、昆明市地下管線信息化的建設歷程

目前，我國約有250個城市已經或正在開展綜合地下管線信息化的建設工作，更多城市地下管線權屬單位也已建設了專業的地下管線信息管理系統，但由于缺少統一規劃、協調，大部分的地下管線信息管理系統是各自為政，系統之間信息不能交換、共享，或者只是有限的信息交換、共享，已經建設的系統成為信息孤島，使系統建設的投資成本高、時間長、作用有限［2］。昆明市的地下管線信息化建設可以追溯到1999年，但也是因為存在上述的問題而夭折。2007年，隨著新一輪的城市綜合地下管線普查探測工作的開展，昆明市地下管線信息化建設掀開了新的一頁，此次建設工作充分借鑒了其他城市和以前的經驗教訓，大膽啟用新技術和新構思，從地下管線信息化建設的四大主要任務同步抓起，下面就介紹一下自2007年以來，昆明市地下管線信息化建設的主要歷程。

1.地下管線信息應用與共享平臺的建設歷程

昆明市地下管線信息應用與共享平臺的建設經歷了3個關鍵階段，包括:①城市綜合地下管線現狀數據庫的建立階段;②客戶端/服務器模式(C/S模式)的獨立運行的二維GIS地下管線信息管理平臺的建設階段;③基于Web的、瀏覽器/服務器模式(B/S模式)的融入主流IT系統的二三維聯動的GIS數據管理系統的建設階段。

通過3個階段的建設，首次對昆明市330 km2范圍內20 000余千米的市政、小區、庭院的地下管線信息進行了集中統一管理，實現了數據的批量處理、維護及地下管線三維空間信息的更新和動態管理，提供了各種輔助地下管線規劃、建設與管理決策分析的模型和工具，建立了與其他信息系統之間數據共享、交換與服務的途徑，與應急指揮中心、信息中心等各級管理部門之間信息互聯的通道，以優秀的Web用戶體驗打造了一種二三維聯動的、多層面的、新型有效的工作環境，面向政府部門、管線權屬單位和社會公眾使用，為其提供詳實可靠的，具有空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化的綜合地下管線信息服務，提高了整個昆明市地下管線管理水平和地下管線資料的應用技術水平，為滇池治理、城市規劃、建設和管理、城市應急防災等方面提供科學的決策依據。圖1展示了昆明市地下管線信息應用與共享平臺的整體架構。

圖1 昆明市地下管線信息應用與共享平臺的整體架構

昆明市地下管線信息應用與共享平臺主要包含以下幾個相輔相成的核心信息系統:

1)地下管線數據批量處理系統:是以AutoCAD為軟件平臺，Microsoft Office Access為數據庫二次開發的，主要用于批量導入外業探測和竣工測量成果數據、各管線權屬單位管線數據和基礎地形數據，并根據制定的數據標準進行數據完整性和一致性檢查，實現內外業一體化的工作流程和圖庫聯動機制，完成地形圖和管線圖圖形生成、著色與符號標準化、管線對象定義、圖形與屬性關聯、半自動化接邊、輔助數據更新等功能，以獲得滿足制圖與管理要求的地下管線外業探測成果數據。

2)地下管線動態管理系統:是以 ArcEditor、ArcGISServer為軟件平臺，以Oracle為數據庫二次開發的。它基于SOA(面向服務)架構，建立了基于元數據的靈活可配置的擴展機制，著眼整個昆明市地下管線綜合信息的管理與控制功能。

3)地下管線三維規劃審批系統:是以詳細、準確的昆明市地下管線數據為基礎，采用SOA技術、微軟Silver Light技術、Sweep+Mesh造型法的三維管線動態建模技術等，建立的一個真實、二三維聯動的輔助規劃管理的基于Web的、B/S結構的系統，與昆明市規劃局現有的規劃業務審批信息系統和地下管線動態管理系統無縫融合，提供多種類、多角度的輔助管線工程規劃審批、批后管理的工具和決策分析方法，以優秀的用戶體驗展現規劃要素、規劃資料、規劃過程、規劃管理和規劃成果，采用統一的工作流程、統一的數據基礎來塑造一個規范新型的規劃管理工作環境(如圖2所示)，為數字規劃奠定了基礎。圖3展示了地下管線三維規劃審批系統與其他兩個系統之間的關系。

4)昆明市地下管線公開信息發布門戶網站:提供一個公開化的城市地下管線信息傳遞與管線建設工程跟蹤監管的平臺，以公開、透明的方式向社會發布地下管線元數據信息、城市管線工程建設信息、便民服務信息和宣傳城市管線的科普知識、標準規范、法律法規等，使城市規劃、建設部門能夠根據工程建設進度信息積極落實地下管線建設的批后核實及建設監管工作，使城市管線信息管理部門能夠及時落實跟蹤測量、竣工測量及數據匯交等信息更新工作，使社會大眾能夠積極參與到城市的管線建設管理中來，有效地促進城市地下管線建設的規范化和信息更新工作，降低管線建設、維護、搶修、管養等工作對社會正常生活的干擾程度，加快管線單位事故反應速度，提升整個城市地下管線的應急防災水平。圖4展示了昆明市地下管線公開信息發布門戶網站的服務頁面。

圖2 二三維聯動的地下管線三維規劃審批工作環境

圖3 地下管線三維規劃審批系統與其他系統之間的關系

2.技術標準體系的建設歷程

在2007年昆明市管線普查實施之前，昆明市城市地下管線探測管理辦公室會同各管線權屬單位制定了嚴格、統一的地下管線普查技術標準:《昆明市地下管線普查探測技術規程》(KGX-2007)和《昆明市地下管線普查探測數據標準》(KGX-2007)，技術規程和數據標準的制定兼顧了政府及專業管線單位對地下管線管理的雙重要求，實現數據的一次性采集，多方面提供利用的目標。在2009年，上述兩個標準被合并和完善為《昆明市城市管線探測技術規程》(KDX-2009)，由昆明市規劃局正式下發，成為報批的管線工程項目竣工測量必須要遵循的技術標準，2012年此標準又被立項批準為《云南省城市管線探測技術規程》，成為了云南省地方行業標準。

圖4 昆明市地下管線公開信息發布門戶網站的服務頁面

昆明市地下管線普查技術標準從一開始建立時，就考慮了管線信息系統的發展方向，不僅規范了管線數據的采集要求，還綜合考慮了管線GIS空間數據庫的建設要求，建立的是一個圖庫全數字化存儲的數據標準，即所有數據采集實現全要素數字化存儲方式，區別于傳統的管線普查數據僅存儲點、線文件，此標準要求采用Microsoft Access數據庫模型將管線圖上的符號、注記角度、管道邊界線、井室等附屬建(構)物的邊界線、接邊點、接邊線等一并進行數字化存儲管理，可以實現從數據庫中直接有效地還原管線圖，精確化、標準化和規范化管線探測成果數據的采集整理和提交方式，如圖5所示。標準的建立和全市、全省統一、持續地執行，為昆明市地下管線信息化建設提供了堅實的技術保障。

圖5 圖庫全數字存儲方式的數據標準

3.數據動態更新機制的建設歷程

通過上述各種技術標準和法律法規體系的建立，為昆明市地下管線數據動態更新機制提供了行政上的保障手段，形成了一個良好的地下管線數據動態更新管理的閉合環，如圖6所示。

圖6 行政手段下的地下管線數據動態更新流程

通過各種信息系統的建設，為昆明市地下管線數據動態更新機制提供了技術上的保障手段，形成了一個完整的計算機輔助地下管線數據庫更新的流程［3］，如圖7所示。

三、昆明市地下管線信息化建設的思考

至今為止，昆明市的地下管線信息化建設已經開始走向平穩發展的階段，但是城市綜合管線權屬單位多、綜合應用部門多的特點，決定了地下管線信息化建設仍然是一件長期和困難的事情。因此，思考昆明市地下管線信息化建設的發展方向，有下面兩方面的考慮:

1.打造昆明市私有的“管線云”

隨著“云技術”概念的提出及發展，對于最終用戶來講，他們不會關心讀取的數據是存放在哪里，也不會關心調用的服務部署在哪里，他們只會關心應用系統的功能是否能夠滿足其需求［4］。基于“云技術”的綜合管線系統與傳統系統在表現層上基本一致，而在系統架構上卻有著天壤之別。

昆明市已經開始著手打造“私有管線云”的系統架構，建立其最底層的技術支撐—基礎設施即服務(infrastructure as a service，IaaS)，如圖8 所示。

計劃打造了一個獨立的數據管理功能層，根據已有數據不冗余存儲，采用云GIS技術進行數據抽取與融合的建設原則，將云計算的各種特征用于支撐地理空間信息的各要素，將來源于不同服務器，具有不同尺度、不同格式數據的加工、處理、三維建模和管理作為一種服務融入到系統的整個工作流程中，形成了數據與軟件的一體化，從而改變用戶傳統的GIS應用方法和建設模式，以一種更加友好的方式，高效率、低成本地使用“數字城市”中的各種地理信息資源。

2.與城市地下空間信息進行整體的規劃建設

目前，國內在城市地下空間信息化建設方面的工作還不多，而且，現有的工作熱點主要集中在對地層、地下管線、地下水等方面，并沒有將已有城市地下空間信息作為一個整體加以規劃建設［5］。

圖7 技術手段下的地下管線數據庫更新流程

圖8 IaaS的實現機制

城市地下空間信息按其類型可劃分為4類:地層信息、地質信息、地下管線信息和地下構筑物信息，這些信息分屬不同的單位建設和管理，如果能將地下管線信息與分布在城市不同單位、不同類型、不同形式的其他地下空間資料進行整合，建立分布式的城市地下空間數據庫，這將是昆明市地下管線信息化建設的終極目標。

四、結束語

昆明市地下管線信息化建設經過7年的摸索和研究，取得了不少成績，但是仍然還有很長的一段路需要探索前進。因為我國對于地下管線信息化建設工作還缺少相應的法律法規保障，現有法規涉及地下管線方面的內容缺少，也比較簡單，法規中缺少對城市地下管線管理的城市政府行政主管部門的規定，關于地下管線監管、探測、竣工測量、運行管理、信息管理與共享應用及城市應急管理等環節的法規內容更是真空;對于三維地下管線信息管理系統的建設也缺乏有關數據內容、細節程度、定位精度和生產工藝等的技術標準;另外，城市涉及地下管線信息管理與應用的各種相關部門的信息化建設不均衡，做到相互之間的互聯互通還很困難，導致管線數據的更新渠道狹窄。這些問題已經成為制約地下管線信息化快速發展的關鍵問題，但是無論如何，地下管線的信息化建設工作已經越來越受到社會各界的關注，雖然任重而道遠，但勢在必行!

［1］王秋印，江貽芳.我國城市地下管線行業現狀與發展趨勢［R］.北京:中國城市規劃協會地下管線專業委員會，2007.

［2］江貽芳，王勇.城市地下空間信息化建設探討［J］.河南理工大學學報，2006，25(5):377-382.

［3］解智強，王貴武，高忠等.頻繁市政工程建設背景下的地下管線GIS數據更新方法［J］.城市勘測，2010(5):78-82.

［4］喬志勇.數字城市中的“管線云”［J］.城市勘測，2011(S1):37-40.

［5］朱合華，鄭國平，張芳.城市地下空間信息系統及其關鍵技術研究［J］.地下空間，2004，24(5):589-595.