城市地下管線信息管理平臺構(gòu)建及動態(tài)更新

吳飛宇

(蚌埠市勘測設(shè)計研究院,安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

城市地下管線是一個極其復(fù)雜龐大的系統(tǒng),包括給水、排水(雨水、污水)、燃氣(煤氣、天然氣、液化石油氣)、通信、電力、熱力、工業(yè)管道等幾大類,它就像人體內(nèi)的“神經(jīng)”和“血管”,日夜擔負著傳遞信息、輸送能量和排放污水的工作,是城市賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),被稱為城市的“生命線”[1]。隨著蚌埠市經(jīng)濟的快速發(fā)展、舊城改造及城市規(guī)模的不斷擴大,城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)也越來越龐大。為了查明地下管線狀況,實現(xiàn)管線信息數(shù)字化管理,為經(jīng)濟發(fā)展提供可靠保障,亟須建立一個應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)的,能夠為城市地下管網(wǎng)科學管理、規(guī)劃設(shè)計以及輔助決策等工作服務(wù)的城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng),實現(xiàn)對城市地下管線全面的信息化管理。本文以蚌埠市綜合地下管線信息管理平臺工作實際,基于GIS技術(shù),采用面向服務(wù)的SOA架構(gòu)實現(xiàn)城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的建設(shè),并對數(shù)據(jù)動態(tài)更新進行探討。

1 平臺的總體架構(gòu)

平臺基于GIS技術(shù),以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫進行后臺數(shù)據(jù)管理,使用可視化開發(fā)工具及面向?qū)ο蠛徒M件技術(shù),采用C/S、B/S相結(jié)合的架構(gòu)[2]。其中Client/Server結(jié)構(gòu)采用C#+ArcGIS Engine進行開發(fā)[3],實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的管理與共享,建成一個資源共享、靈活延展的、實用的綜合地下管線信息管理平臺;Browser/Server結(jié)構(gòu)基于“地理信息共享平臺”開發(fā)框架進行開發(fā),實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的發(fā)布。總體框架[4]由運行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層以及安全保障體系、運維管理體系、政策法規(guī)體系、標準規(guī)范體系架構(gòu)而成[5]。平臺采用多層結(jié)構(gòu),可根據(jù)用戶的需求對系統(tǒng)應(yīng)用進行擴充或改版,提高了整體的應(yīng)用穩(wěn)定性,為平臺的開發(fā)提供很好的擴展能力,系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

運行支撐層主要是負責標準規(guī)范體系[6]、平臺運行環(huán)境、平臺安全體系、平臺政策法規(guī)體系等幾個方面,就平臺的運行環(huán)境而言,從云計算中心、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等方面保證平臺的穩(wěn)定性、可用性、可擴展性,為平臺信息資源的共享與應(yīng)用提供支撐。

數(shù)據(jù)層負責對收集到的數(shù)據(jù)按照標準化進行分類、整理、入庫。主要包括基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、各類地下管線數(shù)據(jù)、影像圖數(shù)據(jù)及規(guī)劃路網(wǎng)等。

服務(wù)層由平臺提供的各類業(yè)務(wù)功能接口和數(shù)據(jù)接口組成。通過組合和封裝服務(wù)層提供的各類服務(wù)接口資源,可以實現(xiàn)資源的分布式交換;

應(yīng)用層包括地形圖數(shù)據(jù)管理、管線數(shù)據(jù)檢查與入庫、管線數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計、管線信息的綜合分析、管線數(shù)據(jù)更新與維護、系統(tǒng)管理及對外服務(wù),為平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支撐。

用戶層主要是使用綜合地下管線信息管理平臺的業(yè)務(wù)人員和管理人員,方便對地下管線數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用。

安全體系是保障以上各層次的安全,并建立相應(yīng)的安全支撐環(huán)境和安全管理制度。

標準規(guī)范體系主要是指要建設(shè)和遵循的數(shù)據(jù)的標準規(guī)范和技術(shù)標準規(guī)范[7]。

2 地下管線信息管理平臺的功能設(shè)計與建設(shè)內(nèi)容

蚌埠市地下管線信息管理平臺的建設(shè)[8],采用先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),構(gòu)架集中管理、分散控制的體系結(jié)構(gòu),建立一個實用、安全、綜合、高效的城市地下管線管理信息系統(tǒng)。通過對市區(qū)范圍內(nèi)各類管線相關(guān)數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、綜合地下管線數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)等進行綜合管理,實現(xiàn)對各類管線數(shù)據(jù)的查看、查詢、分析、統(tǒng)計和輸出等功能,為城市地下管網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理工作提供高質(zhì)量的基本管網(wǎng)資料,輔助規(guī)劃部門實現(xiàn)管線的日常審批和綜合管理。蚌埠地下管線信息管理系統(tǒng)主要包括地下管線信息管理子系統(tǒng)、地下管線服務(wù)發(fā)布及共享子系統(tǒng)和地下管線三維模擬子系統(tǒng)。

3 地下管線信息管理平臺

本次工作范圍是在城市總體規(guī)劃確定的城市空間開發(fā)邊界范圍內(nèi),即:北至寧洛高速,西至合徐高速,南到蚌埠市界,東至蚌埠市界,面積約 420 km2。蚌埠市地下管線數(shù)據(jù)包括市政類管線、通訊類管線、電力類管線及其他管線四大類。市政類:供水為管徑 300 mm及以上給水管及水表井(源水、供水);排水為管徑 300 mm及以上排水(含雨水、雨污合流)和 400 mm及以上污水;燃氣為管徑 90 mm及以上燃氣管和調(diào)壓站(箱);熱力為熱力管道及閥門井或換熱站等。通訊類:光纜、電纜查至分支箱或配線柜。包括電信、移動、聯(lián)通、有線電視、交警信號、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等(架空管線、通訊基站定點)。電力類:10 kV及以上電壓等級輸配電線路及開閉所、配電房或變電站(箱)。其他類:主要是各類工業(yè)管線等。此次,蚌埠市地下管線數(shù)據(jù)收集 1∶500綜合地下管線圖 3 204幅,管線點總數(shù) 227 272個(其中明顯點數(shù) 133 669個,隱蔽點數(shù) 93 603個),地下管線總長度 5843.72 km。

3.1 地下管線數(shù)據(jù)展示瀏覽

地下管線信息管理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、規(guī)劃路網(wǎng)、市政類管線、通訊類管線、電力類管線、其他管線及遙感影像等成果的瀏覽查看,如圖2所示。通過選擇不同數(shù)據(jù)的圖層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的疊加顯示,使我們看到不同管線在地下的分布情況,真正達到全面的、結(jié)構(gòu)化、靈活的可視化數(shù)據(jù)瀏覽方式,實現(xiàn)各類管線成果數(shù)據(jù)的展示、查詢、統(tǒng)計和管理等功能。

圖2 地下管線數(shù)據(jù)的展示

3.2 智能分析

系統(tǒng)提供了專業(yè)的橫斷面分析、縱斷面分析、連通分析、排水流向分析、爆管分析、凈距分析、碰撞分析、覆土深度分析和緩沖分析等功能。通過智能分析,在面對管線爆管、檢修以及更換閥門等突發(fā)事件時,平臺可以及時進行預(yù)警分析、關(guān)閥分析、流向分析以及開挖分析等,從而實現(xiàn)在安全事故出現(xiàn)時,準確快速找到并定位到事故點,為管理部門提供科學性、準確性的應(yīng)急處理方案,輔助及時排除故障,將事故影響程度降低到最小。爆管分析如圖3所示,出現(xiàn)爆管問題,平臺可快速檢測與爆管點位置連通的管線,將結(jié)果動態(tài)顯示在地圖上,快速找出該爆管點所在管線的上下游閥門,并分析出爆管停用管網(wǎng)連接的用戶,為城市工程建設(shè)提供信息資源和輔助決策指揮。

圖3 爆管分析

3.3 輔助規(guī)劃審批

以往在管線工程線路審批時,不但需要規(guī)劃部門去現(xiàn)場踏勘,還需要收集現(xiàn)狀各類管線數(shù)據(jù)資料,工作非常煩瑣。目前,通過地下管線信息平臺實現(xiàn)對管線工程設(shè)計圖紙CAD的導入功能,可將設(shè)計數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀管線進行疊加對比分析,輔助提供管線設(shè)計報批數(shù)據(jù)規(guī)整檢查以及設(shè)計合理性分析等功能。將權(quán)屬單位設(shè)計的管線數(shù)據(jù)導入平臺,對報批的管線進行凈距分析,埋深分析以及相關(guān)指標分析,自動生成設(shè)計合理性檢查結(jié)果報告,如圖4所示,審批部門可要求設(shè)計單位針對報告中出現(xiàn)的問題進行整改,確保線路設(shè)計的合理性,出現(xiàn)不確定的問題再去現(xiàn)場踏勘核實,從而極大地提高規(guī)劃審批效率。

3.4 三維仿真輔助規(guī)劃

地下管線信息平臺納入了三維瀏覽模塊,實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的二維平面到三維的立體展示,通過與周邊道路、建筑物與三維管線模型在同一空間框架下的疊加顯示,為城市規(guī)劃提供一個逼真的模擬環(huán)境。平臺實現(xiàn)了三維可視化方式形象展現(xiàn)地下管線的埋深、形狀、走向以及工井結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境。使得分布于地下錯綜復(fù)雜的管線變得更加清晰明了,極大地方便了排管、工井占用情況、位置等信息的查找。幫助用戶快速整合城市地下綜合管線數(shù)據(jù)資源,并提供豐富強大的各類查詢、統(tǒng)計、編輯管線、輔助分析等功能。通過縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等可從不同角度實時、交互觀察各類型管線的空間位置與屬性信息,為地下管線資源的規(guī)劃利用和科學布局等工作提供了準確、直觀、高效的參考,提高了決策的科學性和合理性。如圖5所示。

圖5 地下管線的三維展示

4 數(shù)據(jù)的動態(tài)更新

地下管線現(xiàn)代化管理光有技術(shù)管理體系是不夠的,必須實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的動態(tài)更新,才能實現(xiàn)管線長期的持續(xù)的現(xiàn)代化管理。為了保證管線數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性,在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,需對新建、改建的地下管線數(shù)據(jù)進行實時入庫更新。管線數(shù)據(jù)更新源主要包括兩種:一是小型零星的管線工程實行備案制,后期項目完工后由管線申請備案部門將相關(guān)管線成果數(shù)據(jù)報送至地下管線建設(shè)管理機構(gòu),實現(xiàn)地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新;二是需要辦理規(guī)劃審批手續(xù)的管線工程,具體實施流程如下:

(1)業(yè)主單位對已施工完成的地下管線工程進行竣工測量,并對測量數(shù)據(jù)進行整理,形成竣工核實數(shù)據(jù);

(2)業(yè)主單位將地下管線竣工核實數(shù)據(jù)(含管線數(shù)據(jù)庫(.mdb))提交給蚌埠市自然資源和規(guī)劃局,并申請辦理規(guī)劃核實合格證;所提交數(shù)據(jù)須符合《蚌埠市城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》與《蚌埠市城市地下管線數(shù)據(jù)標準》的要求。

(3)蚌埠市自然資源和規(guī)劃局委托第三方有測繪資質(zhì)的隊伍開展地下管線規(guī)劃核實,并形成地下管線規(guī)劃核實技術(shù)報告,確認數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求后,核發(fā)規(guī)劃核實合格證。

(4)地下管線建設(shè)工程竣工后10個工作日內(nèi),業(yè)主單位應(yīng)當將覆土前的地下管線測量數(shù)據(jù)報送蚌埠市地下管線建設(shè)管理機構(gòu)(簡稱“管線辦”),實現(xiàn)地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新。

以涂山路(解放路-雪華山西路)段為例,道路總長 1.5 km。道路工程管線竣工測繪內(nèi)容包括雨水管道、路燈電纜、交通電纜,查明其平面位置、埋深、材質(zhì)、規(guī)格、走向、連接關(guān)系和所在道路等。編制管線數(shù)據(jù)成果文件和編繪管線竣工圖(.DWG),成果包含地下管線成果表及管線數(shù)據(jù)(.MDB)。管線竣工數(shù)據(jù)格式及字段類型、字段長度滿足《蚌埠市城市地下管線數(shù)據(jù)標準》要求。經(jīng)蚌埠市自然資源和規(guī)劃局竣工規(guī)劃核實滿足規(guī)范要求的,核發(fā)規(guī)劃核實合格證;若不滿足規(guī)范要求,則要求業(yè)主單位對存在問題進行整改或設(shè)計圖紙變更調(diào)整備案。依據(jù)《蚌埠市地下管線管理辦法》,業(yè)主單位在工程竣工后10個工作日內(nèi)將管線測量數(shù)據(jù)成果資料報送至管線辦,管線辦接收數(shù)據(jù)后,利用平臺功能數(shù)據(jù)圖形化實現(xiàn)入庫數(shù)據(jù)(.mdb)的圖形化轉(zhuǎn)換操作。利用數(shù)據(jù)監(jiān)理功能對入庫數(shù)據(jù)(.mdb)進行數(shù)據(jù)的規(guī)范性檢查。規(guī)范性檢查包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性、數(shù)據(jù)拓撲和完整性等內(nèi)容。通過工程范圍界線對數(shù)據(jù)進行裁切,保證入庫數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的邊界吻合,接邊的要求是無縫接邊,相鄰的管線走向和屬性是一致的,利用軟件成圖和切邊后,確保誤差在允許范圍內(nèi),從而實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。如圖6為涂山路(解放路-雪華山西路)段管線數(shù)據(jù)更新前后對比圖。

圖6 管線數(shù)據(jù)更新前后對比圖

5 結(jié) 語

蚌埠市地下管線信息管理平臺已基本建成,實現(xiàn)了蚌埠市中心城區(qū)的排水、供水、供電、燃氣、通訊和路燈等各種管線的數(shù)據(jù)庫建設(shè),累計管線總長度約 5 800 km。地下管線信息管理平臺集成的數(shù)據(jù)量大,涉及各種管線數(shù)據(jù),在平臺使用過程中需建立專業(yè)的信息化保障隊伍,負責地下管線信息平臺的運維及平臺數(shù)據(jù)定期更新管理,保證平臺的順利運行及數(shù)據(jù)的準確性和現(xiàn)勢性。地下管線信息管理平臺動態(tài)更新是一個長期且艱巨的任務(wù),需結(jié)合城市地下管線數(shù)據(jù)更新現(xiàn)狀,分析數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新存在的問題,制定具有針對性的措施,提高地下管線數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢性、完整性和準確性,更好地為城市建設(shè)和規(guī)劃服務(wù)。