陳相,花葉,黃厚(．上海市測繪院,上海 00063; ．上海市浦東新區(qū)測繪管理辦公室,上海 000)

綜合地下管線信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

陳相1?,花葉1,黃厚2
(1．上海市測繪院,上海 200063; 2．上海市浦東新區(qū)測繪管理辦公室,上海 200120)

摘 要:地下管線事故的頻發(fā)對綜合地下管線的管理與應用提出了更高的要求。上海浦東新區(qū)通過管線普查,結(jié)合自身特點以及業(yè)務需求,采用行業(yè)領(lǐng)先的WebGIS技術(shù),搭建綜合管線數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建綜合地下管線信息系統(tǒng),實現(xiàn)了地下管線從檢測、入庫、管理到共享應用的全生命周期管理,為管線管理單位、職能單位、權(quán)屬單位提供了豐富實用的服務。

關(guān)鍵詞:浦東新區(qū);地下管線;信息系統(tǒng);WebGIS;N層架構(gòu)

1 引 言

城市地下管線負擔著城市的信息傳遞、能源輸送、排澇減災、廢物排棄等功能,是城市基礎(chǔ)設施的重要組成部分,被稱為城市的“生命線”[1]。同樣,城市地下綜合管線數(shù)據(jù)是城市規(guī)劃、建設和管理的重要基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),也是城市發(fā)展和政策決策的基礎(chǔ)依據(jù),擁有巨大的實用價值。

近年來,由于城市建設的快速發(fā)展,地下管線亂埋亂鋪現(xiàn)象橫生。再加上各管線權(quán)屬單位相互之間缺乏溝通,各自為政,不愿共享自己的專業(yè)管線數(shù)據(jù),整個社會缺乏一套完整、權(quán)威的綜合地下管線數(shù)據(jù),缺少對管線數(shù)據(jù)的綜合管理,從而導致社會上管線事故頻發(fā),嚴重威脅到城市的公共安全。因此,亟須對地下管線進行全面的普查,并在此基礎(chǔ)上建立統(tǒng)一的管線數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng),實現(xiàn)對地下管線的統(tǒng)一管理。

隨著地理信息技術(shù)(GIS)的發(fā)展,其被廣泛地應用于各個領(lǐng)域,也給城市地下管線信息系統(tǒng)的建設提供了新的方向[2]。利用GIS進行城市地下管線的管理,不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)信息的存儲、查詢、檢索等,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)常規(guī)的查詢、統(tǒng)計、標注、量測等基礎(chǔ)功能,更重要的內(nèi)容在于還能利用GIS的空間分析功能,實現(xiàn)對地下管線的分析、預測和模擬,為管理和應用部門的規(guī)劃提供技術(shù)支持[4]。

近年來,在城市地下管線信息系統(tǒng)建設方面,許多城市也有很多成功的案例。2012年,江陰市搭建了地下管線信息系統(tǒng),實現(xiàn)了從報建、審批到批后管理及更新和地下管線共享與應用;2013年,常州市武進區(qū)啟動建設地下管線綜合管理系統(tǒng),意圖搭建一套集管理應用一體的綜合應用系統(tǒng)。而在美國,20世紀90年代就提出數(shù)字化管道的概念,通過管道信息系統(tǒng),為管道管理部門和生產(chǎn)部門人員提供各類與管道相關(guān)的圖形和屬性信息,之后又建立了“811熱線”、“一呼通”等管線共享查詢機制,有效地減少了管線事故的發(fā)生[3]。

上海市浦東新區(qū)秉著“先行先試”的原則,為了掌握地下管線的第一手資料數(shù)據(jù),在2014年全面開展了浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)道路以內(nèi)區(qū)域地下管線的普查,徹底查清浦東內(nèi)環(huán)區(qū)域內(nèi)的綜合管線數(shù)據(jù)。同時在總結(jié)和反思以往失敗案例,廣泛借鑒和學習成功項目的基礎(chǔ)上,結(jié)合浦東新區(qū)實際的建設需求,大膽嘗試和探索新的管線信息系統(tǒng)技術(shù)方案,搭建綜合地下管線數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建地下管線信息系統(tǒng),以實現(xiàn)對綜合地下管線數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理以及共享應用。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設計

本系統(tǒng)基于目前IT技術(shù)中流行而比較成熟的“N”層結(jié)構(gòu)方案[5,6]。系統(tǒng)的架構(gòu)體系如圖1所示:

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)設計圖

系統(tǒng)架構(gòu)總共分為四層,分別是基礎(chǔ)設施層、數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務邏輯服務層、功能表現(xiàn)層。

基礎(chǔ)設施層:基礎(chǔ)設施層主要包括服務器主機、存儲(一般為4GB或8GB光纖通道磁盤陣列)、網(wǎng)絡、安全設備、路由設備及其他外圍設備,還包括服務器虛擬化軟件平臺、操作系統(tǒng)、GIS平臺(如ArcGIS)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)資源層:主要包括綜合管線數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫。綜合管線數(shù)據(jù)庫涵蓋綜合管線數(shù)據(jù)、地下管線三維數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、用戶信息數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)等;基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫包括矢量地圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)據(jù)、三維城市模型數(shù)據(jù)等。

服務層:系統(tǒng)設計將主要以WEB服務為中心、以分布式數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)、以XML為橋梁來搭建。基礎(chǔ)服務選用ArcGIS server 10．2平臺,提供切片地圖、動態(tài)地圖、幾何要素等服務;應用服務則基于．NET的Web Service提供,實現(xiàn)與數(shù)據(jù)資源層的交互。

應用層:包括數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)、監(jiān)理入庫系統(tǒng)、綜合管理系統(tǒng)、二三維共享發(fā)布系統(tǒng)、綜合管線共享發(fā)布系統(tǒng),涵蓋地下管線普查(跟測)數(shù)據(jù)成果檢查、入庫、管理、共享發(fā)布、輔助規(guī)劃整個業(yè)務流程,提供兩種類型的客戶端運行平臺,以B/ S和C/ S相結(jié)合的方式開發(fā),實現(xiàn)具體的應用要求。應用層利用Ajax技術(shù)調(diào)取應用服務,利用ArcGIS API for javascript調(diào)取基礎(chǔ)服務,從而通過服務層實現(xiàn)與數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)。

3 系統(tǒng)模塊設計

根據(jù)需求調(diào)研和需求分析,最終確立系統(tǒng)的總體架構(gòu),信息系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)綜合管理與數(shù)據(jù)共享應用兩個部分。數(shù)據(jù)綜合管理主要面向數(shù)據(jù)管理部門,分為管線數(shù)據(jù)檢測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)理入庫子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)綜合管理子系統(tǒng)三大部分,主要負責地下管線數(shù)據(jù)的檢測、入庫以及管理運維等管理工作;數(shù)據(jù)共享發(fā)布則主要面向管線應用單位——政府部門和管線權(quán)屬單位,分為二三維共享發(fā)布子系統(tǒng)和綜合管線共享發(fā)布子系統(tǒng)。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示:

圖2　地下管線信息系統(tǒng)體系架構(gòu)

數(shù)據(jù)檢測子系統(tǒng)主要是對上交給管線管理部門的外業(yè)普查、跟測或是匯交成果數(shù)據(jù)進行檢查,檢查數(shù)據(jù)是否符合技術(shù)標準,是否符合入庫規(guī)范。數(shù)據(jù)檢測子系統(tǒng)類似于數(shù)據(jù)檢測的一個工具,直接運行打包的exe文件便可執(zhí)行。該子系統(tǒng)主要提供給管理部門使用,檢查合格后方可提交平臺的監(jiān)理入庫子系統(tǒng)。也可將該子系統(tǒng)分發(fā)給管線數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位,數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位可使用該子系統(tǒng)加強自檢,以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

數(shù)據(jù)監(jiān)理入庫子系統(tǒng)主要實現(xiàn)跟測數(shù)據(jù)與現(xiàn)有地下管線數(shù)據(jù)庫的融合,確保地下管線數(shù)據(jù)庫的實時更新,主要功能包括業(yè)務受理、數(shù)據(jù)監(jiān)理、數(shù)據(jù)編輯、入庫更新、系統(tǒng)管理等。系統(tǒng)采用C/ S架構(gòu),主要為管理部門數(shù)據(jù)操作員、數(shù)據(jù)管理員使用。

綜合管理子系統(tǒng)是整個信息系統(tǒng)的核心樞紐,采用B/ S架構(gòu)進行開發(fā),實現(xiàn)對綜合地下管線的查詢、統(tǒng)計、標注、管網(wǎng)分析、圖形管理、權(quán)限管理和系統(tǒng)管理等功能。系統(tǒng)以網(wǎng)頁方式為不同層面的管理人員提供綜合管線管理的各類服務,為管線管理部門實現(xiàn)綜合管線的科學、高效、自動化管理奠定基礎(chǔ)。

二三維共享發(fā)布子系統(tǒng)主要實現(xiàn)地下管線數(shù)據(jù)在二維三維模式下的瀏覽發(fā)布,用戶可在此基礎(chǔ)上進行地下管線的檢索、統(tǒng)計、標注、量測、分析以及相關(guān)的業(yè)務功能。系統(tǒng)部署在上海市政務外網(wǎng)上,其中基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)調(diào)用上海市地理信息公共服務平臺上的資源,管線數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)采用前置形式部署在系統(tǒng)服務器上,該系統(tǒng)主要為政府部門服務。

綜合管線共享發(fā)布子系統(tǒng)實現(xiàn)綜合地下管線數(shù)據(jù)在管線權(quán)屬單位之間的共享和交換,為權(quán)屬單位在管線設計和施工時提供決策依據(jù)。系統(tǒng)考慮采用B/ S架構(gòu),以專線網(wǎng)絡形式部署,為權(quán)屬單位提供地形圖瓦片服務、管線元數(shù)據(jù)服務、綜合管線數(shù)據(jù)服務以及專業(yè)管線數(shù)據(jù)服務,使權(quán)屬單位通過該系統(tǒng)不僅僅可以瀏覽查詢管線數(shù)據(jù),也能通過該系統(tǒng)進行管線數(shù)據(jù)的申請、上傳與下載。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

整個系統(tǒng)依托ArcGIS平臺進行開發(fā)搭建,其中C/ S架構(gòu)系統(tǒng)基于ArcMap Editor開發(fā),B/ S架構(gòu)系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)服務采用ArcGIS Server發(fā)布,前端使用Arc-GIS API for Javascript開發(fā)實現(xiàn)。綜合管線數(shù)據(jù)采用Oracle Spatial存儲,利用ArcSDE進行連接調(diào)用。

系統(tǒng)的最終實現(xiàn)效果如圖3、圖4所示:

圖3　監(jiān)理入庫子系統(tǒng)效果圖

圖4　二三維共享發(fā)布子系統(tǒng)效果圖

5 系統(tǒng)核心技術(shù)

本管線系統(tǒng)由于覆蓋地下管線管理應用的全生命周期,涉及內(nèi)容多,在整個系統(tǒng)中使用了許多不同類型的技術(shù)來保證系統(tǒng)的正常運行。系統(tǒng)使用的核心技術(shù)主要包括:①海量數(shù)據(jù)存儲與管理技術(shù),系統(tǒng)運用Oracle空間數(shù)據(jù)庫來存儲系統(tǒng)所需的矢量、影像、基礎(chǔ)地形、管線、三維模型等海量數(shù)據(jù),同時通過空間數(shù)據(jù)引擎,實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的高效率訪問[7];②B/ S、C/ S相結(jié)合的分布式技術(shù),B/ S以滿足大量用戶對系統(tǒng)的信息訪問的要求,利用WebGIS技術(shù)發(fā)布空間信息,滿足眾多用戶對空間信息的訪問需求,而對于復雜的、專業(yè)的操作功能采用C/ S結(jié)構(gòu)實現(xiàn),以滿足少量專業(yè)用戶的要求[8,9];③二三維一體化技術(shù),系統(tǒng)采用二維、三維平臺結(jié)合一體化的方式來構(gòu)建地下管線的共享發(fā)布系統(tǒng),使用戶能夠同在瀏覽逼真的三維管線的同時也能實現(xiàn)復雜的統(tǒng)計分析功能,實現(xiàn)“二維三維一體化”、“地上地下一體化”、“專業(yè)綜合一體化”的總體框架[10]。

6 結(jié) 語

浦東新區(qū)地下管線信息系統(tǒng)在充分考慮用戶需求的基礎(chǔ)上,將管理與應用有機分離,利用行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的Web-GIS開發(fā)技術(shù),搭建了服務于管線管理部門、政府職能單位、管線權(quán)屬單位的一整套服務系統(tǒng),實現(xiàn)了地下管線從檢測、入庫、管理到共享應用的全生命周期管理機制。

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Design and Implementation of Integrated Underground Pipeline Information System

Chen Xiang1,Hua Ye1,Huang Hou2
(1．Shanghai Municipal Institute of Surveying and Mapping,Shanghai 200063,China; 2．Surveying and Mapping Office of Pudong,Shanghai 200120,China)

Abstract:The frequent occurrence of underground pipeline accidents put forward higher requirements for the management and application of integrated underground pipelines．Pudong New Area Shanghai through the pipeline survey, combined with its own characteristics and business needs,the use of industry leading WebGIS technology,build a comprehensive pipeline database,build a comprehensive underground pipeline information system,to achieve the full life cycle management of underground pipelines from detection,storage,management,management to the pipeline management unit,functional units,ownership units to provide a rich and practical service．

Key words:pudong;underground pipeline;information system;WebGIS;N-tiers structure

文章編號:1672-8262(2015)06-25-03中圖分類號:P208．2

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—08—25

作者簡介:陳相(1989—),男,碩士,助理工程師,主要從事WebGIS開發(fā)與應用等技術(shù)工作。