“智慧管網(wǎng)”建設(shè)的實(shí)現(xiàn)與技術(shù)探討

鄭建功

(西安市勘察測繪院，陜西 西安 710054)

1 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、導(dǎo)航、遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)端等新興技術(shù)亦廣泛應(yīng)用在城市地下綜合管網(wǎng)的生產(chǎn)、更新、管理和應(yīng)用中，極大地推動(dòng)智慧地下管網(wǎng)的落地和實(shí)現(xiàn)，管線已經(jīng)進(jìn)入智能管線時(shí)代、大管線時(shí)代和管線后普查時(shí)代。

近年來，各大、中、小城市都在城市管理、市政基礎(chǔ)設(shè)施管理、城市安全管理等日常事務(wù)下，愈加重視地下綜合管網(wǎng)的普查和管理。西安市勘察測繪院承擔(dān)著西安市地理信息中心的職責(zé)，在“數(shù)字西安、智慧西安”建設(shè)的推動(dòng)下，西安市勘察測繪院建設(shè)了智慧西安地理空間信息公共服務(wù)平臺(tái)，包括一個(gè)體系(依托導(dǎo)航定位、遙感衛(wèi)星、機(jī)載激光、傾斜攝影、低空無人機(jī)、車載移動(dòng)測量系統(tǒng)、探地雷達(dá)等多種技術(shù)，形成天、空、地一體化地理空間數(shù)據(jù)獲取體系)、一個(gè)倉庫(是指基于統(tǒng)一西安市空間基準(zhǔn)和多源數(shù)據(jù)建成的城市地理空間信息數(shù)據(jù)倉庫。目前，已建成七大類、192層空間數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)總量超過150TB。主要包括全市9區(qū)4縣 10 108 km2的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、高分辨衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)； 5 500 km2三維地形數(shù)據(jù)；全市主要地區(qū)3600余平方千米(主城區(qū)100%覆蓋)的大比例尺地形圖數(shù)據(jù)和 0.2 m高分辨率航空影像數(shù)據(jù)；全市建成區(qū)內(nèi) 430 km2三維模型數(shù)據(jù)；地名數(shù)據(jù)庫等等)，該平臺(tái)可滿足不同層次、不同部門、不同行業(yè)對(duì)地理空間信息的需求，為城市的信息共享、統(tǒng)籌管理、科學(xué)決策提供了統(tǒng)一的空間參考，為智慧西安建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2015年開始，西安積極響應(yīng)國家相關(guān)部委的號(hào)召，將地下管線建設(shè)和管理提高到國家級(jí)戰(zhàn)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(xiàng)目總投資將近1億元。那么進(jìn)入管線后普查時(shí)代如何更好地利用、管理普查數(shù)據(jù)和建立地下綜合管線的更新機(jī)制顯得尤為重要，如何更好利用“管理”和“技術(shù)”這兩駕馬車驅(qū)動(dòng)地下綜合管網(wǎng)進(jìn)入一體化智慧管網(wǎng)時(shí)代，是我們首當(dāng)其沖要考慮的問題。

2 智慧管網(wǎng)總體目標(biāo)

“智慧管網(wǎng)”的建設(shè)需要綜合從業(yè)務(wù)一體化、數(shù)據(jù)一體化、應(yīng)用一體化、技術(shù)一體化、城鄉(xiāng)一體化等多個(gè)方面統(tǒng)籌考慮，結(jié)合西安當(dāng)前實(shí)際，依據(jù)規(guī)劃法規(guī)體系、行政體系和運(yùn)作體系，以空間信息為核心，搭建基礎(chǔ)開發(fā)框架和數(shù)據(jù)中心框架，最終建立集效能、質(zhì)量、服務(wù)保障為一體的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的“智慧管網(wǎng)”體系。可以將整個(gè)西安“智慧管網(wǎng)”信息平臺(tái)的總體建設(shè)需求具體概括抽象為“七個(gè)一”的目標(biāo)，即：一套標(biāo)準(zhǔn)、一套數(shù)據(jù)、一套平臺(tái)、一套應(yīng)用、一套網(wǎng)絡(luò)、一套機(jī)制、一支隊(duì)伍。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系一體化

面向“智慧管網(wǎng)”的可持續(xù)推進(jìn)和可持續(xù)利用要求，嚴(yán)格執(zhí)行開放性策略，遵守標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化要求，制定并不斷完善“智慧管網(wǎng)”的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，指導(dǎo)“智慧管網(wǎng)”工程對(duì)于數(shù)據(jù)資源整合、系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)、數(shù)據(jù)管理與共享交換、運(yùn)營維護(hù)等方面的要求，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的可執(zhí)行參考依據(jù)，有力保障建設(shè)成果的應(yīng)用前景、后續(xù)拓展以及兼容性。

2.2 數(shù)據(jù)倉庫體系一體化

充分結(jié)合“智慧西安”建設(shè)的統(tǒng)一西安市空間基準(zhǔn)和多源數(shù)據(jù)建成的城市地理空間信息數(shù)據(jù)倉庫和地下空間資源數(shù)據(jù)庫(包括地下綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫)，形成信息門類比較齊全、內(nèi)容豐富的地上地下一體化、時(shí)空一體化、多維信息一體化的綜合數(shù)據(jù)庫，為“智慧管網(wǎng)”的應(yīng)用、管理、更新提供全方位的服務(wù)支持。數(shù)據(jù)倉庫中心框架如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)倉庫中心框架

2.3 平臺(tái)一體化

在廣泛采用IT主流技術(shù)，遵循IT/GIS開放性標(biāo)準(zhǔn)的前提下，引入面向服務(wù)架構(gòu)理念和應(yīng)用集成技術(shù)，建成信息化基礎(chǔ)框架，形成一體化的應(yīng)用開發(fā)與集成環(huán)境，有效集成包括管網(wǎng)移動(dòng)端平臺(tái)、地理信息應(yīng)用平臺(tái)、CAD應(yīng)用平臺(tái)、空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、綜合信息發(fā)布服務(wù)平臺(tái)的一體化框架，從而最大限度地為智慧管網(wǎng)一體化提供全方位保障。一體化公共服務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)如圖2所示。

圖2 一體化公共服務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)

2.4 應(yīng)用一體化

在一體化應(yīng)用開發(fā)與集成環(huán)境的支撐下，開發(fā)或升級(jí)完善滿足地下管網(wǎng)全過程信息化管理要求的綜合應(yīng)用系統(tǒng)或平臺(tái)，最終建立一個(gè)全業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化、一體化、智慧化管網(wǎng)應(yīng)用體系，建立涵蓋圖文審批一體化、多部門業(yè)務(wù)協(xié)同化、多元信息資源共享化，實(shí)現(xiàn)二、三維融合的智慧管網(wǎng)管理輔助支持，提供科學(xué)精確的決策參考，實(shí)現(xiàn)信息化手段在全市管網(wǎng)管理和管網(wǎng)服務(wù)領(lǐng)域的全覆蓋。并能夠?yàn)楣?小區(qū)等)、企業(yè)(天然氣、市政、通訊、自來水、熱力等企業(yè))以及政府(市政局、規(guī)劃局、建委等部門)提供全天候、全方位的應(yīng)用一體化服務(wù)。一體化應(yīng)用總體框架如圖3所示。

圖3 一體化應(yīng)用總體框架

2.5 更新、管理、共享一體化

為保證信息化建設(shè)成果得到充分的利用，必須建立起各類成果的使用、維護(hù)和管理的機(jī)制，及其相關(guān)的技術(shù)和管理保障機(jī)制；要培養(yǎng)一支專業(yè)技術(shù)能力強(qiáng)，能夠?qū)π畔⒒ぷ鬟M(jìn)行協(xié)調(diào)組織管理，運(yùn)營和維護(hù)的專業(yè)隊(duì)伍。西安市管線普查之后，西安市初步構(gòu)建了城市綜合管線的多手段動(dòng)態(tài)更新、多途徑共同維護(hù)、多部門協(xié)同合作、多渠道信息共享的開放、智慧運(yùn)營模式。

3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

智慧地下管網(wǎng)一體化的主線應(yīng)該是一個(gè)循環(huán)良好的閉合環(huán)：生產(chǎn)→更新→管理→應(yīng)用→生產(chǎn)。要使每個(gè)環(huán)節(jié)高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高效率地運(yùn)行，離不開信息化手段和技術(shù)的支撐，因此我院在智慧地下管網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)都研發(fā)了相應(yīng)的平臺(tái)軟件，從而有力驅(qū)動(dòng)地下管線的生產(chǎn)、管理和應(yīng)用走向智慧之路。智慧管網(wǎng)綜合一體化平臺(tái)總體框架如圖4所示。

圖4智慧管網(wǎng)綜合一體化平臺(tái)總體框架

3.1 智能采集終端和智能應(yīng)用終端(生產(chǎn)和應(yīng)用階段)

充分利用移動(dòng)端等技術(shù)，建立智能采集終端和智能應(yīng)用終端。生產(chǎn)人員可以利用移動(dòng)終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場信息智能采集，從而大大提高作業(yè)人員的生產(chǎn)效率、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)質(zhì)量。應(yīng)用客戶可以利用智能終端實(shí)時(shí)調(diào)用現(xiàn)場管線及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)查詢各類屬性，為現(xiàn)場施工提供支持。

3.2 智能管線生產(chǎn)和檢查軟件(生產(chǎn)階段)

綜合管線的數(shù)據(jù)處理是一項(xiàng)煩瑣、復(fù)雜的工作。為了更好地進(jìn)行管線生產(chǎn)，我院智慧管網(wǎng)著重打造綜合管線采編和檢查系統(tǒng)，功能覆蓋管線建庫、數(shù)據(jù)輸入輸出、管線圖編輯、智能出圖、數(shù)據(jù)檢查、查詢統(tǒng)計(jì)等一體化的采編、檢查、更新系統(tǒng)。該軟件自成體系，許多功能都比較智能和自動(dòng)化，極大提高了作業(yè)人員的作業(yè)效率。智慧管網(wǎng)采編生產(chǎn)系統(tǒng)如圖5所示。

圖5智慧管網(wǎng)采編生產(chǎn)系統(tǒng)

3.3 智慧管網(wǎng)信息平臺(tái)(更新、管理和應(yīng)用階段)

智慧管網(wǎng)發(fā)布平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)采用三層結(jié)構(gòu)，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(tái)，以Skyline軟件搭建三維平臺(tái)，以O(shè)racle大型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)管理。構(gòu)建聯(lián)結(jié)各相關(guān)部門和權(quán)屬單位的數(shù)據(jù)管理中心，形成覆蓋專用網(wǎng)絡(luò)的分布式應(yīng)用和集中管理的管線信息系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)采用企業(yè)總體架構(gòu)EA來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)層面，采用面向服務(wù)的SOA架構(gòu)。西安市地下綜合管網(wǎng)信息平臺(tái)如圖6所示。

本系統(tǒng)的建設(shè)分為七個(gè)層次，即基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、服務(wù)層、應(yīng)用層、與本項(xiàng)目建設(shè)直接相關(guān)的外部系統(tǒng)和相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范七個(gè)部分。

本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、用戶服務(wù)平臺(tái)及運(yùn)維平臺(tái)。其中數(shù)據(jù)管理平臺(tái)(C/S模式)主要提供給數(shù)據(jù)維護(hù)單位使用，主要功能包括：數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、管網(wǎng)輔助設(shè)計(jì)、管網(wǎng)分析、制圖打印、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)審批、歷史數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、用戶管理與權(quán)限配置、數(shù)據(jù)庫管理、日志管理、系統(tǒng)配置管理、圖層配置管理以及幫助等功能。

用戶服務(wù)平臺(tái)(B/S模式)提供給包括政府有關(guān)管理部門和管線權(quán)屬單位使用，主要功能包括：地圖瀏覽、視圖管理、查詢統(tǒng)計(jì)、管線分析、管線規(guī)劃業(yè)務(wù)審批、以及幫助等功能。提供給市政府相關(guān)部門以及權(quán)屬單位數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)，主要功能包括服務(wù)組管理、服務(wù)信息管理、授權(quán)管理、ArcGIS服務(wù)控制模塊等。

門戶網(wǎng)站提供給包括政府有關(guān)管理部門和管線權(quán)屬單位使用，主要提供給用戶一個(gè)瀏覽信息、交流的平臺(tái)。

圖6西安市地下綜合管網(wǎng)信息平臺(tái)

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(wǎng)的智慧運(yùn)營

“智慧管網(wǎng)”體系考慮到了整個(gè)管網(wǎng)從“采集—生產(chǎn)—管理—更新—應(yīng)用”閉合環(huán)，采用了當(dāng)前最成熟的技術(shù)，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)都建立了相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用平臺(tái)支撐，從而保障了“智慧管網(wǎng)”整個(gè)流程的無縫銜接和流程模塊的智能配置。采集端作業(yè)人員可以在現(xiàn)場通過手持終端適時(shí)調(diào)用后臺(tái)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場做出科學(xué)分析和決策。生產(chǎn)和更新層面能通過“智慧管網(wǎng)”體系快速獲取和精準(zhǔn)生產(chǎn)、更新服務(wù)。管理層面能夠掌控全局、科學(xué)調(diào)動(dòng)、快速應(yīng)急處理。應(yīng)用層面能全天候、全方位、智能化應(yīng)用。從而將“智慧管網(wǎng)”駛?cè)胫悄堋⒅腔鄣能嚨馈?/p>

4 結(jié) 語

規(guī)范的工作流程、科學(xué)的管理制度以及信息化手段在各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的廣泛應(yīng)用，使得城市地下管線的生產(chǎn)、管理、應(yīng)用進(jìn)入智能時(shí)代。以此為基礎(chǔ)，我們要加大大數(shù)據(jù)分析在“智慧管網(wǎng)”中的應(yīng)用，力爭做到“誰動(dòng)我的管網(wǎng)，系統(tǒng)能知道；哪里有安全隱患，系統(tǒng)能預(yù)警；哪里有事故，系統(tǒng)能關(guān)閥”，從而更好地為城市發(fā)展服務(wù)。

“智慧管網(wǎng)”以科技手段為支撐，逐步構(gòu)建安全、高校、科學(xué)、共享的智慧管網(wǎng)體系，打造了“城市地下資源一張圖、一本賬”的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了城市地下綜合管網(wǎng)精細(xì)化管理、綜合化的安全監(jiān)管、高效化的應(yīng)急處置、智能化的規(guī)劃分析、全面化的信息共享，讓信息技術(shù)與城市管理充分融合，為城市發(fā)展提供強(qiáng)大的安全保障。