“智慧兩江”綜合管網信息系統設計與建設

梁均軍，程宇翔

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

“智慧兩江”綜合管網信息系統設計與建設

梁均軍1，程宇翔1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

根據重慶市兩江新區工業開發區綜合管網建設的實際情況，深入剖析地理實體、三維模型等數據的內容特征及其相互關系，設計了“智慧兩江”綜合管網信息管理系統，并進行了全面建設。提供了方便快捷，實時、可移動的二三維一體化查詢功能和復雜、全面的分析統計功能，能保持穩定、可持續的數據更新，是有普適推廣作用的綜合系統。通過對系統建設成果的展示，充分體現了管線數據資源統一管理在信息化城市建設中的重要性，進一步說明了綜合管網信息系統建設對城市規劃、建設以及社會經濟發展所作出的巨大貢獻。作為“智慧城市”建設中的試點項目，對城市建設的其他內容，以及其他城市的“智慧城市”建設有一定的指導性。

綜合管網；數據庫；信息系統；統計分析；管理；更新機制

綜合管網是城市基礎設施的重要組成部分，被稱為城市的“生命線”。為加強城市管網的規劃、管理，必須在查清城市綜合管網的現狀，獲取準確、完整的管網資料的基礎上，建立一體化的信息管理系統，集中管理，同時完善更新機制。兩江新區作為國內第3個、西南地區第一個國家級開發開放新區，區內經濟建設快速發展，加強新區重要設施，如綜合管網的管理與信息化建設，對加強地下空間的合理開發利用，提高管網的安全防范、保障維護，合理化城市規劃建設，完善城市功能，形成良好的投資環境都有至關重要的作用。因此，兩江新區管委會以水土、龍盛工業開發區為試點，開展綜合管網數據庫普查建庫和信息系統建設。

1 總體框架

目前，管網資料的存儲都是離散化、紙質化的，由不同的建設單位進行申報，資料不全，版本過多，管理不統一，查詢和統計十分不便，對于地區的建設發展和領導決策不能起到很好的輔助作用。因此，在統一的平臺之上，利用先進的GIS技術，構建集中式管理信息系統，既滿足基礎查詢、統計、分析的功能性需求，又滿足輔助城市管理和審批決策的實際需要，是此次“智慧兩江”綜合管網系統設計的重點，如何滿足不同用戶的不同需求，建設簡單、易用、穩定的系統，是此次設計的難點。

綜合管網系統主要分為4個層次：基礎設施層、數據層、功能層和應用層[1-4]，如圖1所示。

1） 基礎設施層：基礎設施層是系統運行的基礎，主要包括網絡環境、硬件環境和軟件環境。

網絡環境：系統基于政府機構專用網絡搭建，不再另外搭建新的網絡。

硬件環境：主要包括Web服務器、GIS服務器、數據庫服務器和災備設備的建設。

軟件環境：主要包括操作系統、數據庫管理軟件、GIS平臺、三維平臺的建設。

2） 數據層：主要是實現對地理空間框架數據、遙感影像數據、三維模型數據、地名地址數據、建設用地數據、規劃報建數據等基礎地理數據以及綜合管網數據的有序存儲和管理。

3） 功能層：介于數據和用戶之間，是二者溝通的橋梁。通過功能層的建設，系統可以充分利用數據為用戶提供各種應用，解決問題，提供支持。主要包括綜合查詢、分類統計、方案導入、安全防范、管網分析、地名查詢、地圖控制、資源瀏覽等功能。

4） 應用層：直接面向用戶，滿足用戶的相關需求，提供不同的應用環境、模式和場景。“智慧兩江”綜合管網系統針對不同用戶提出的輔助決策需求和常規業務需求，分別設計了2種服務模式：移動端和桌面端。系統提供不同的使用模式，不同的數據粒度，滿足不同的需求。

圖1 系統總體框架

2 數據庫設計

2.1 數據庫總體架構

在數據內容上，數據庫主要由包括地理空間框架數據、遙感影像數據、建設用地和規劃報建等的基礎數據庫、綜合管網二維數據庫和綜合管網三維模型庫組成[5-8]，如圖2所示。

圖2 數據庫總體架構圖

1）基礎數據庫：主要存放地理空間框架數據、遙感影像、用地、建筑物以及規劃報建等數據。

地理空間數據：主要包括從1∶500、1∶10 000等基礎數據中提取的行政區劃、道路、水系、建筑物以及地名地址數據等，包括空間位置和基礎屬性信息，作為制作電子地圖的基礎數據，是系統展示的基礎。

遙感影像數據：主要包括分辨率為15 m和0．5 m的衛星遙感影像，滿足用戶查詢和空間定位的需要。

建設用地和規劃報建數據：主要包括兩江新區工業開發區范圍內現狀建設用地、規劃建設用地及規劃報建數據，作為輔助決策的數據參考。

建筑數據：結合建筑物普查和1∶500DLG基礎數據，提取兩江新區范圍內的建筑物數據，滿足用戶分析決策需求。

2）綜合管網二維成果庫：存放市政管線建庫數據。地下管線：主要包括給水管道（上水、消防用水）、排水管道（污水、雨水和雨污合流）、燃氣管道（煤氣、天然氣）、工業管道（氫、氧、石油等）、電力管線（供電）、通訊管線（電信、移動、聯通、網通、有線電視、廣播等）。

地上高壓電力線：地上架空電線、供配電設施（變電站（所）、配電房、開閉所等）、鐵塔、電桿。

3） 綜合管網三維模型庫：存放三維模型成果，包括數字高程模型、三維建筑物和三維管線設施。

2.2 數據庫建設

1）基礎數據建庫。基礎數據建庫流程涉及數據清理、分層、分類、轉換、提取、接邊、拓撲、符號化、質檢、導入等不同的過程，如圖3所示。

圖3 基礎數據建庫流程

2）綜合管網二維數據建庫。按照數據庫設計和建庫規范對市政管網各類數據進行入庫前系列預處理，包括數據清理、數據格式轉換、拓撲關系檢查與處理、屬性完整性檢查與處理、立向空間關系檢查與處理、邏輯一致性檢查與處理、分區數據整合等預處理過程[9]，如圖4所示。

圖4 二維管線建庫流程

3）綜合管網三維模型建庫。市政管線設施在二維管網數據基礎上，通過識別、轉化二維管網數據中帶有的三維坐標信息構建市政管網三維模型庫，建設內容包括三維坐標信息導入、建立網絡數據集、構建市政管網幾何模型、紋理貼圖、構建三維場景、多媒體信息導入、屬性信息導入等，如圖5所示。

圖5 綜合管網三維數據建庫流程

3 應用系統設計

3.1 移動端功能設計

移動端的設計重點主要是為了滿足外出調研、開會、視察工作等戶外活動的情況下，需要可移動的、快捷方便的完成管線統計信息、管線分布、重要管線及其周邊環境情況、安全防范距離等的查閱需求。系統主要通過離線瓦片數據，構建輕量級數據庫sqlite和geodatabase的方式，實現對管線數據的離線、快速瀏覽，如圖6所示。

圖6 兩江綜合管網系統移動端功能分塊圖

1）管網概況。提供兩江新區工業開發區龍盛、水土范圍內建庫的所有地下管網和重要管網的總長度，分區以及分權屬統計的分類管線總長度的查閱功能，如圖7所示。

圖7 管網概況功能示意圖

2）重要管網。重要管網主要提供兩江新區工業開發區龍盛、水土范圍內經過建庫的所有地上高壓管線、地下管線以及重要管線的分布情況以及周邊建筑物、現狀用地、控規用地、規劃報建項目等分布情況的瀏覽，如圖8所示。

圖8 重要管網功能示意圖

安全防范主要是根據國標《GB 50289-98城市工程管線綜合規劃》中“工程管線直接及其與建（構）筑物之間的最小水平凈距”的標準來確定各類管線的安全防護距離，并用不同的顏色在底圖上進行表示，并給出相應的距離標注，使用戶能夠方便快捷地查看管線周邊的安全范圍，預防危險，如圖9所示。

圖9 安全防范功能示意圖

3.2 桌面端功能設計

綜合管線系統桌面端的設計重點是為了滿足日常業務工作中，對管線數據的瀏覽、查詢、統計、分析以及輔助決策等應用需求。針對管線數據特點，桌面端采用大型關系數據庫Oracle進行數據物理存儲，通過ArcSDE空間數據引擎，提供高級的、高性能的管線數據管理接口[10-13]，如圖10所示。

圖10 兩江綜合管網系統桌面端功能分塊圖

1） 資源瀏覽。提供用戶地上管網、地下管網、重要管網、用地、建筑、控規等數據的分層和疊加瀏覽功能，如圖11所示。

2） 綜合查詢。綜合查詢提供多種查詢方式，包括按照功能區進行范圍查詢，按照“類型、管徑、壓力、權屬、位置、埋深”等進行屬性篩選查詢，以及自定義查詢，多種查詢方式適應各種不同用戶的使用習慣，為用戶提供方便快捷的使用方式，如圖12所示。

圖11 三維排水管線局部展示界面

圖12 按功能區查詢界面

3） 分類統計。分類統計提供按照功能區范圍或者用戶自定義范圍內，管線的權屬、管徑、材質、壓力等相關屬性進行分類統計的功能。對于某些用戶感興趣的統計結果，還可以利用表格的形式導出使用，如圖13所示。

圖13 按功能區分屬性統計管線界面

4） 方案導入。方案導入功提供用戶快速疊加各種CAD格式的方案資料，方便用戶進行方案對比，如圖14所示。

圖14 方案導入界面（右側紅色為導入后的管線方案）

5） 安全防范。系統遵從國家標準，提供各種管線的安全防范距離分析功能。用戶使用該功能可以查看任意管線的安全隱患防范區域，為園區管線的安全管理提供輔助。用戶可以使用2種方式查詢安全距離，一種是標準安全距離查詢，一種是自定義安全距離查詢。通過疊加周邊數據，查看安全范圍內是否有需要保護的重要目標。安全防范示意如圖15所示。

圖15 安全防范界面

6） 管網分析。系統提供用戶常用管網分析功能，方便用戶對任意管線進行快速分析。主要包括：水平凈距分析、垂直凈距分析、橫斷面分析[14]、縱斷面分析、覆土深度分析、長度分析幾種不同的方式，可以對任意管線進行全方位的分析。縱斷面分析方式如圖16所示。

圖16 縱斷面分析界面

4 更新策略

兩江管線系統的建設主要采取動靜結合的更新機制，堅持一致性、確定性和現勢性原則，采取版本更新和動態更新相結合的方式開展。

更新數據主要來源為以下幾種：①周期性的外業調繪；②工程項目竣工測量；③遙感影像采集；④項目報建（包括設計方案、施工、竣工測量等）；⑤動態實施的地理調查。如表1所示。

表1 數據資源更新策略

5 結 語

系統遵從用戶習慣，把城市規劃和建設管理緊密結合，通過地理信息的手段將過去零散的管網數據進行系統化管理，直觀、簡單、易操作，用“集中管理”的模式替代“誰建誰管”的傳統模式；其完整的更新策略解決了市政管網資料不全、精度不高、現勢性不足等問題，增強了服務能力，保障了系統的鮮活性；其二三維一體化和強大的分析功能為政府決策、管理提供了強有力的支持，是兩江新區城市規劃建設管理邁向規范化、信息化和精細化的重要工具。整個項目的成功建設為智慧城市的成功建設奠定了堅實的基礎，是智慧城市其他內容建設的重要參考，對其他城市的智慧城市建設具有極其重要的參考意義。

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P208

B

1672-4623（2016）04-0019-05

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.007

梁均軍，工程師，主要從事GIS應用研究、測繪、數據研究等工作。

2015-05-04。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目（2011BAK07B03-4）；重慶市科委科技資助項目（CSTC、2009CB2015）。