城市管線空間數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法的設(shè)計與實現(xiàn)

周 靜，嚴建國，鄧曉紅

(南京市城市地下管線數(shù)字化管理中心，江蘇 南京 210000)

0 引 言

地下管線作為重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，隨著智慧城市、韌性城市等理念的普及，其信息化管理水平發(fā)展迅速。根據(jù)國家、省、市對于管線信息普查和信息化建設(shè)工作的指導意見和要求，新一輪的管線普查和建庫工作方興未艾[1-3]。為確保管線數(shù)據(jù)的準確性、現(xiàn)勢性和應用價值，各城市均建立了各具特色的管線動態(tài)更新機制。通過調(diào)研分析，目前國內(nèi)管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新主要有2種模式：① 以管線權(quán)屬單位或建設(shè)單位為主導，通過地下管線竣工測量與數(shù)據(jù)匯交實現(xiàn)動態(tài)更新[4-5]；② 以綜合管線信息管理部門為主導，通過政府采購測繪服務進行跟蹤測量的方式實現(xiàn)動態(tài)更新[6-7]。模式1依賴于管理制度的保障和數(shù)據(jù)匯交單位的主動性，在缺乏完善的制度約束下，難以保證長效性和時效性，同時由于數(shù)據(jù)采集的主體較多，數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊；而模式2由政府主導，在財政資金的保障下，能夠建立穩(wěn)定的動態(tài)維護機制，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，然而該更新方式的時效性依賴于管線變化信息的及時獲取，且經(jīng)費投入較大，與管線權(quán)屬單位信息共享程度較低或缺乏，屬于單向維護的模式。

本文通過制定統(tǒng)一語義的管線數(shù)據(jù)標準，提出以管線動態(tài)變化信息交換為核心的管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法，打通綜合管線數(shù)據(jù)與專業(yè)管線數(shù)據(jù)之間的管理閉環(huán)，形成共享融合、協(xié)同更新的管線數(shù)據(jù)更新管理模式。在該模式下，通過研究綜合管線與專業(yè)管線的數(shù)據(jù)模型差異和屬性差異，建立兩類數(shù)據(jù)之間的語義映射關(guān)系，為綜合管線與專業(yè)管線的數(shù)據(jù)共享交換提供理論依據(jù)。結(jié)合管線管理模式的差異，探索性地提出了“分庫管理、協(xié)同更新、差異應用”的管線數(shù)據(jù)管理方法，將綜合管線信息管理模式和專業(yè)管線信息管理模式有機結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和資源共享。在該方法體系下，綜合管線信息管理部門承擔數(shù)據(jù)接收、審核、探測和更新等工作，而管線權(quán)屬單位和主管單位主要完成變化信息的及時上傳和更新數(shù)據(jù)的接收利用，通過變化信息與更新信息的雙向交換，提升管線數(shù)據(jù)更新的效率和質(zhì)量，也為綜合管線與專業(yè)管線數(shù)據(jù)的融合奠定基礎(chǔ)。

1 管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法

區(qū)別于傳統(tǒng)的管線數(shù)據(jù)更新方法，協(xié)同更新方法主要是通過不同部門之間的信息共享交換、系統(tǒng)互聯(lián)互通實現(xiàn)管線變化信息的實時獲取，由綜合管線信息管理部門根據(jù)變化信息開展統(tǒng)一的數(shù)據(jù)探測。同時，基于綜合管線和專業(yè)管線數(shù)據(jù)標準融合構(gòu)建共享交換數(shù)據(jù)庫，搭建共享交換平臺，完成兩類數(shù)據(jù)的協(xié)同更新，減少重復探測，實現(xiàn)高效集約管理，推進管線“一張圖”建設(shè)。

協(xié)同更新方法體系主要包括標準規(guī)范、管理機制、安全保障、數(shù)據(jù)體系、管理系統(tǒng)和工藝流程，其框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法框架圖

標準規(guī)范是實現(xiàn)綜合管線數(shù)據(jù)和專業(yè)管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新的指導和依據(jù)，包括協(xié)同更新的數(shù)據(jù)標準、探測技術(shù)規(guī)程、其他技術(shù)規(guī)范等，其核心是數(shù)據(jù)標準。數(shù)據(jù)標準提出了綜合管線數(shù)據(jù)和專業(yè)管線數(shù)據(jù)在屬性結(jié)構(gòu)和語義表達上的映射關(guān)系，根據(jù)映射關(guān)系能夠便捷地實現(xiàn)變化數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)的抽取和轉(zhuǎn)換。

管理機制包括數(shù)據(jù)管理、更新、共享的工作機制和管理辦法等，規(guī)定了不同單位和部門在協(xié)同更新過程中的職責，明確組織管理方式、流程、時間規(guī)定等內(nèi)容，為各項業(yè)務開展提供制度保障。

安全保障主要包括支持系統(tǒng)運行所需的硬件設(shè)施、軟件設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和機房保障。基于相關(guān)安全管理規(guī)定，將數(shù)據(jù)安全、信息安全、機房安全、網(wǎng)絡(luò)安全的先進技術(shù)與管理方法納入保障體系。

數(shù)據(jù)體系包括綜合管線數(shù)據(jù)庫、專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、共享交換數(shù)據(jù)庫，其中綜合管線數(shù)據(jù)庫和專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫主要指支撐綜合管線業(yè)務系統(tǒng)和專業(yè)管線業(yè)務系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

管理系統(tǒng)是實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新的軟件平臺，包含數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應用、共享交換等功能模塊。平臺通過權(quán)限管理實現(xiàn)了不同類型管線數(shù)據(jù)的共享交換和協(xié)同更新，基于共享用戶需求，提供差異化的功能服務、數(shù)據(jù)服務與產(chǎn)品服務，構(gòu)建集數(shù)據(jù)更新管理、共享交換、應用分析于一體的綜合性平臺。

工藝流程主要是指協(xié)同更新的流程設(shè)計，是協(xié)同更新方法的核心。通過打通綜合管線數(shù)據(jù)與專業(yè)管線數(shù)據(jù)的管理流程，實現(xiàn)信息的雙向流通與更新，提高更新效率與質(zhì)量，提升管線數(shù)據(jù)管理水平。

2 關(guān)鍵技術(shù)與組成部分

2.1 標準規(guī)范

管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新的標準規(guī)范體系主要包括統(tǒng)一語義的管線數(shù)據(jù)標準、管線探測規(guī)程及管線數(shù)據(jù)共享交換技術(shù)規(guī)范等。統(tǒng)一語義的數(shù)據(jù)標準是通過管線數(shù)據(jù)差異分析、屬性對比、語義分析等，提出綜合管線和專業(yè)管線設(shè)施設(shè)備的映射規(guī)則，并以兩類管線數(shù)據(jù)的相同屬性為基礎(chǔ)要素，構(gòu)建共享管線數(shù)據(jù)模型，形成共享交換數(shù)據(jù)庫。管線數(shù)據(jù)探測規(guī)程主要規(guī)定了管線探測的技術(shù)準備、管線測量、竣工測量、數(shù)據(jù)處理、工程監(jiān)理、管線探測成果檢查和驗收等內(nèi)容和要求，保障了管線數(shù)據(jù)成果質(zhì)量。共享交換技術(shù)規(guī)范規(guī)定了管線數(shù)據(jù)共享交換管理的流程、內(nèi)容和方式等相關(guān)要求，為共享交換平臺建設(shè)提供支撐，確保數(shù)據(jù)管理與應用的規(guī)范化和科學化。

2.2 數(shù)據(jù)體系

本文的數(shù)據(jù)體系主要包括綜合管線數(shù)據(jù)庫、專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫、共享交換數(shù)據(jù)庫和業(yè)務數(shù)據(jù)庫。綜合管線數(shù)據(jù)庫和專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫主要存儲綜合管線和專業(yè)管線基礎(chǔ)空間信息。基于統(tǒng)一語義的管線數(shù)據(jù)標準，提取兩類數(shù)據(jù)的屬性映射關(guān)系，構(gòu)建共享交換庫，如表1所示。共享交換庫作為管線協(xié)同更新的中間庫，是以綜合管線數(shù)據(jù)和專業(yè)管線數(shù)據(jù)相同屬性為基礎(chǔ)進行構(gòu)建，確保管線變化信息能夠被有效識別。在管線數(shù)據(jù)更新時，首先將綜合管線屬性項的信息賦值到共享交換庫的屬性字段中，再同步到專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫，對映射的專業(yè)管線屬性項進行賦值，完成兩類數(shù)據(jù)庫的協(xié)同更新。業(yè)務庫存儲了服務申請、案件管理、信息反饋等信息。

表1 綜合管線與專業(yè)管線屬性關(guān)系映射表

2.3 流程設(shè)計

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集管理方式中，綜合管線數(shù)據(jù)管理流程與專業(yè)管線數(shù)據(jù)管理流程相互獨立，兩者均依據(jù)各自的數(shù)據(jù)標準和管理需求進行信息更新和維護，信息共享也停留在“初級階段”，即線下數(shù)據(jù)拷貝或線上服務共享[8-9]，鮮有涉及兩類數(shù)據(jù)融合或者管理流程的交互，信息壁壘和管理壁壘長期存在。一般而言，綜合管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新的主要流程與環(huán)節(jié)包括：外業(yè)巡查(供圖申請)、現(xiàn)場核實、管線修補測、動態(tài)更新。專業(yè)管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新主要依賴于工程建設(shè)、施工改造后產(chǎn)生管線信息變化，通過委托測繪單位或自行開展跟蹤測量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。本文所提出的管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法，流程如圖2所示，利用專業(yè)管線信息管理部門對管線動態(tài)變化信息掌握的及時性和綜合管線信息管理部門在數(shù)據(jù)探測成果質(zhì)量管理上的權(quán)威性，以統(tǒng)一語義的數(shù)據(jù)標準為指導，建立兩類數(shù)據(jù)動態(tài)交互的通道，在管線變化信息產(chǎn)生后，由專業(yè)管線信息管理部門將該信息共享給綜合管線信息管理部門，然后由其根據(jù)變化信息組織管線探測，探測成果數(shù)據(jù)以共享交換數(shù)據(jù)庫為紐帶，實現(xiàn)綜合管線數(shù)據(jù)庫和專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫的協(xié)同更新，將不同類型的數(shù)據(jù)管理流程相聯(lián)通，打破各自獨立的業(yè)務閉環(huán)，實現(xiàn)信息共享。

圖2 管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新流程設(shè)計圖

2.4 軟件支撐

根據(jù)管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新與共享應用需求，構(gòu)建管線信息共享交換平臺體系，包括資源門戶、管線應用系統(tǒng)、交換管理系統(tǒng)、運維管理系統(tǒng)。資源門戶提供資源展示、信息反饋、共享交換、變化信息上傳、更新數(shù)據(jù)下載等功能，通過權(quán)限管理，可對不同管線單位的管理范圍、管理內(nèi)容等進行差異化配置。管線應用系統(tǒng)為用戶提供了資源申請、服務瀏覽、查詢統(tǒng)計、空間分析等功能。交換管理系統(tǒng)通過變化信息自動捕捉與實時上傳，實現(xiàn)專業(yè)管線變化更新信息的即時交換，該系統(tǒng)主要用于專業(yè)管線信息管理部門，實現(xiàn)了雙方管理系統(tǒng)的深度互聯(lián)互通。運維管理系統(tǒng)主要提供服務管理、用戶管理、日志管理、配置管理等功能。

2.5 機制保障

管線數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法的機制保障主要包括組織管理、流程規(guī)范、質(zhì)量管理、時間保障、安全管理、保密管理等制度內(nèi)容。為確保數(shù)據(jù)更新的時效性和準確性，建立規(guī)范機制，綜合管線信息管理部門與專業(yè)管線信息管理部門通過制定共建共享協(xié)議規(guī)定，明確信息共享交換的時間、格式、類型和屬性要求。針對管線權(quán)屬單位和主管部門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織、更新方式、平臺基礎(chǔ)，制定個性化管線信息共享應用方案，形成長效管理機制。由于管線數(shù)據(jù)的涉密性，共享單位間需通過簽署保密協(xié)議、明確信息系統(tǒng)等級保護要求、采購安全保密產(chǎn)品等方式加強安全管理，建立安全防護屏障。

3 原型系統(tǒng)

本文基于城市管線空間數(shù)據(jù)協(xié)同更新方法，設(shè)計實現(xiàn)了管線地理空間信息共享交換平臺，系統(tǒng)采用面向服務的架構(gòu)，實現(xiàn)了管線變化數(shù)據(jù)的共享交換、數(shù)據(jù)動態(tài)更新、服務共享、二三維一體化、輔助分析等功能，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)界面圖

通過系統(tǒng)，施工改造、新建、廢棄等管線項目信息以案件流的形式進行共享與更新，管線項目覆蓋的空間范圍可在系統(tǒng)底圖上進行標注和疊加顯示，提供給用戶直觀的信息瀏覽與查詢方式。同時，系統(tǒng)為用戶提供豐富便捷的通信功能，促進不同部門間的業(yè)務交流，也提高了數(shù)據(jù)協(xié)同更新的效率。為進一步拓展數(shù)據(jù)應用范圍，系統(tǒng)提供了多元化的綜合信息服務資源與專業(yè)信息服務資源，用戶既可以使用系統(tǒng)所共享的服務進行瀏覽、查詢、統(tǒng)計與分析，也可將共享服務與本單位的業(yè)務數(shù)據(jù)疊加開展數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等工作，拓展管線數(shù)據(jù)應用領(lǐng)域，使管線數(shù)據(jù)的協(xié)同更新更具現(xiàn)實意義。

4 結(jié) 語

管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新是共享應用的基礎(chǔ)，高效集約的數(shù)據(jù)更新方法一直是該領(lǐng)域的研究熱點和難點。本文通過研究和分析綜合管線數(shù)據(jù)和專業(yè)管線數(shù)據(jù)更新的傳統(tǒng)方法和流程，以管線工程規(guī)劃、建設(shè)等項目建設(shè)為切入點，通過項目變化信息的共享交換打通不同部門間的管理閉環(huán)，形成城市管線空間數(shù)據(jù)的協(xié)同更新方法。以統(tǒng)一語義的管線數(shù)據(jù)標準為基礎(chǔ)，實現(xiàn)兩類數(shù)據(jù)的屬性結(jié)構(gòu)映射，構(gòu)建共享交換數(shù)據(jù)庫，并完成系統(tǒng)研發(fā)，為管線動態(tài)變化信息的共享交換、協(xié)同更新、分析應用提供了平臺保障，有效提升管線數(shù)據(jù)管理和應用水平。