南水北調配套工程基礎信息管理系統設計與實現

□王志軍　□豆喜朋（河南省水利勘測有限公司）

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南水北調配套工程基礎信息管理系統設計與實現

□王志軍□豆喜朋（河南省水利勘測有限公司）

摘要：南水北調配套工程是南水北調中線工程發揮效益的關鍵,其安全運行直接影響著城市的供水安全，是城市賴以生存和發展的基礎設施。然而對后期運營管理、維修養護等具有重要意義的配套工程基礎信息存在著數據量大、存放形式多樣、位置分散等問題，且配套工程包含大量的地下工程，具有隱蔽性特征。文章旨在建立南水北調配套工程基礎信息管理系統，實現對配套工程基礎信息高效的組織、管理，同時動態的展示在統一的三維空間架構中，實現對輸水管線基礎數據的信息化管理，對配套工程安全運行、維修養護、應急方案的制定等具有非常重要的意義。

關鍵詞：配套工程；基礎信息管理；GIS；三維地下空間

1引言

南水北調配套工程是總干渠沿線分水口門到各城市水廠之間的輸水工程，擔負著承上啟下的輸水任務，是南水北調中線工程發揮效益的關鍵。其安全運行直接影響著城市的供水安全，是城市賴以生存和發展的基礎設施，然而許多工程在建設過程中都比較重視，而忽視工程整個生命周期的運營、維護。同時河南省受水區配套工程有著戰線長、參建單位多、建管單位多等建設特點。目前建設過程中形成的勘測、設計、施工、監理、工程管理等基礎資料數據龐大，且由于配套工程屬于地下工程，具有很強的隱蔽性，這些非常重要的建設資料如果不能集中的信息化管理，將會極大增加配套工程后期運營管理工作的難度和復雜度。

隨著GIS技術的日益成熟，其強大的空間信息管理和分析能力為配套工程基礎信息管理提供了有力的保障。配套工程基礎信息管理工作也因此進入了一個新的信息化、數字化、定量化階段。高效統一的信息管理不僅節省大量人力物力提高了工作效率，避免信息孤島加大信息共享，而且GIS強大的空間數據分析能力使供水管網的維修養護、應急響應工作更具科學性。同時也是對“河南省南水北調受水區供水配套工程自動化調度與運行管理決策支持系統”的支持、補充和完善。

2系統總體架構

系統從結構上分為5層：網絡通信層、數據獲取層、數據庫層、GIS平臺層和應用層，使系統高內聚低耦合，從而在擁有開放式應用接口的基礎上有極強的擴展性。網絡通信層承擔系統中的數據傳輸，主要是Intranet企業內部網內部通信；數據獲取層包括從CAD數據獲取模塊、從文檔數據獲取模塊、從表格數據獲取模塊、從紙質材料獲取模塊，各個模塊不僅有方便實用的數據提取、加工工具，而且對獲取到的數據有質檢功能；數據庫層完成對數據和數據庫的管理。包括對空間地理信息數據庫、基礎信息數據庫、系統管理數據庫的增加記錄、刪除記錄、修改記錄、查詢記錄等操作；GIS平臺層實現基于GIS的基礎數據管理功能。包含基礎信息檢索、專題統計、三維顯示、專題制圖、空間分析等功能；應用層則是實現二三維一體化顯示、查詢統計、管線分析、工程檔案、運行管理等。系統的架構如圖1所示。

圖1　系統架構圖

3系統設計

3.1系統需求分析

系統潛在用戶包含各個作業單位信息管理員、建管單位負責從各作業單位收集數據的信息收集員、信息整理員、信息匯集員以及建管單位決策人員。各級用戶對系統需求概況如下。

第一，建立供水管線多尺度、多類型基礎地理空間數據庫體系，豐富空間信息展現形式，建成包括地形、地貌、地名、交通、城市三維模型等基本地理要素信息的基礎地理信息體系。

第二，根據現有管線設計圖紙和相關資料，實現輸水管線的三維可視化。將原有二維的數據和相關屬性在三維空間中展示，增強管線信息的現實感，用形象逼真的手段實現管線各類信息的顯示。

第三，南水北調配套工程管理信息系統在基礎地理信息數據庫和屬性數據庫的基礎上，提供各種空間分析功能，如斷面分析、開挖分析等，實現管線分析的信息化；同時提供對管線的查詢分析功能，以及統計分析報表的輸出；對于已出現問題的管線，系統予以登記，并對事故原因進行初步分析，記錄相關信息。

系統的信息流如圖2所示。

圖2　系統信息流圖

3.2數據庫設計

地理信息數據庫、基礎信息數據庫、系統管理數據庫是數據庫設計的主要組成部分。地理信息數據庫包含影像、DEM、行政地名、行政界線、交通設施等。具體描述見表1。

表1　地理信息數據庫表

配套工程基礎信息數據庫包括對勘測、設計、施工、監理、工程管理等基礎數據的管理，具體描述見表2。

表2　配套工程基礎信息數據庫表

系統管理數據庫實現對用戶、權限、系統日志、系統字典的管理。用戶實現對用戶的增刪改查等操作；權限為每個用戶分配不同權限，省級用戶：可查省內全部線路的信息及資料；市級用戶：只可查看本市線路的信息及資料；一般人員：只可查看自己所在線路的信息及資料；日志記錄了系統的使用日志和系統使用過程中發生錯誤的日志等信息；系統字典記錄了系統中使用的字典，方便用戶修改。具體描述見表3。

表3系統管理數據庫表

4系統主要功能模塊及實現

4.1系統功能模塊

4.1.1三維瀏覽控制模塊

提供了多種方式、多種內容的可視化效果，可以從不同角度查看多種比例尺下三維場景的各個要素，從而快速的、可視化的了解工程整體情況。如模擬開挖可根據用戶需求自行設置開挖位置、形狀、深度，實現模擬開挖，虛擬現實，展示局部的地下配套管網三維空間分布。同時可查詢各管線的相關信息。也可通過“沿線開挖”模擬整體地下管線開挖情況，查看整體管道地下空間分布；二三維一體化顯示，實現傳統二維管線與三維地下管線的位置聯動。二維管線表現簡潔，適用工程應用，三維管線場景表現逼真，適用立體展現，二三維管線相互增強，可以滿足不同用戶的使用需求。

4.1.2查詢統計模塊

提供了多種方式查詢、統計工具，可以快速查詢到目標實體概要、詳細信息；同時可以對某個興趣字段進行統計，找出所有同類實體，并快速三維定位；根據不同用戶權限可以對查詢、統計到的結果進行導出、打印操作。

4.1.3管線分析模塊

提供了基本的、專業的分析工具，可以有效地進行各類基于三維空間的分析。如斷面分析，任意繪制一條橫斷面線，系統可計算出該斷面下管線的相對空間位置，并按國家規范的樣式以圖形方式展示相關地質信息，同時可切換真實紋理和專業圖例兩種顯示方式；地下管線位置通過上下對照分析功能，可以定位到對應的地面點位置，同時顯示坐標和埋深信息，方便在地表快速、準確的定位。

4.1.4工程檔案模塊

不僅提供了工程概況、工程通訊錄查閱、參建單位信息查詢和導出，而且系統還提供與其他管理系統的接口，通過調閱工程檔案管理系統，可以查閱工程建設各個階段的設計文件、批復報告、設計變更、合同變更及竣工驗收資料等。

4.1.5運行管理模塊

對運行管理過程中涉及運行安全的相關問題進行登記、查詢和統計。通過對生產廠家、施工單位等維護信息的統計，可以快速找到經常發生維修養護的管斷對應的生產廠家或施工單位，進而找出該生產廠家或施工單位參與的其他管段是否存在

用戶權限系統日志系統字典

用戶名密碼省級用戶市級用戶一般人員系統日志錯誤日志系統字典業務字典風險，從而達到風險預判的目的。

4.2系統實現與部署

以實現基于三維地理場景的南水北調配套工程基礎信息管理及運營維護為目標，以數據流走向及數據之間邏輯關系為主線，分析系統的業務流程。系統基于Intranet局域網的環境運行，網絡拓撲圖見圖3。

圖3　局域網網絡拓撲圖

系統采用C/S架構，基于Supermap搭建，數據庫采用SQL Server 2008，Web服務器采用MicroSoft IIS，影像服務器采用Supermap iServer。圖4和圖5分別展示了系統地上和地下三維情況。

圖4　地上三維展示圖

圖5　地下三維展示圖

5結語

系統集地上三維與地下三維于一體，是以三維輸水管線基礎信息管理為主題的綜合系統，可直觀的、真實的展現配套管線的三維特征及空間分布，具有配套工程輸水管線基礎信息的管理、存儲、查詢、分析等功能；可廣泛應用于配套工程管理、綜合展示、風險預測、應急搶險等領域。

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（責任編輯：趙鑫）

中圖分類號：TV7

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853(2016)01-0027-03