城市地下管线综合管理信息系统设计探讨

杨伯钢;张劲松;宣兆新;顾娟;王星杰

【摘 要】本文以北京市地下管线基础信息普查信息系统开发项目为背景,分析了北京市地下管线综合管理信息系统建设的必要性.文章通过对北京市现有数据资源与相关系统进行整合,分析了城市日常管理对管线综合管理信息系统功能的需求.文章提出了地下管线综合管理信息系统应包含从最开始的管线数据采集,到管线成果数据质量检验,再到管线数据入库进行维护管理与最终管线成果数据共享应用等各阶段功能模块,并对各功能模块所包括的功能和使用对象进行了介绍. 【期刊名称】《北京测绘》 【年(卷),期】2018(032)006 【总页数】4页(P666-669)

【关键词】地下管线;信息系统;设计;管理维护;共享 【作 者】杨伯钢;张劲松;宣兆新;顾娟;王星杰

【作者单位】北京市测绘设计研究院,北京100038;城市空间信息工程北京市重点实验室,北京100038;北京市测绘设计研究院,北京100038;城市空间信息工程北京市重点实验室,北京100038;北京市测绘设计研究院,北京100038;城市空间信息工程北京市重点实验室,北京100038;北京市测绘设计研究院,北京100038;城市空间信息工程北京市重点实验室,北京100038;北京市测绘设计研究院,北京100038;城市空间信息工程北京市重点实验室,北京100038 【正文语种】中 文

【中图分类】P208

[通讯作者] 张劲松,E-mail:132****************0 引言

地下管线是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。近年来,随着城市快速发展,地下管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸显出来,导致部分城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件,严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序,影响了群众的生活质量。

国内大中型城市主要道路上一般都包含供水、排水、电力、通信、广播电视、热力、燃气、工业等八大类地下管线及其附属设施,权属部门众多,分别属于各管线行业管理部门,由于种种原因,还有众多管线尚未明确权属,没有一个全市性的综合管线管理信息系统。有的城市部分管线权属公司虽建立了专业地下管线管理系统,但管理水平不一、管线数量不足、数据标准不一致,共享困难,还有大量找不到直接管理者的无主管线。在城市应急管理、规划、设计和建设中需要通过大量物探和测绘才能获取现场情况[1]。因此,建立规范的地下管线综合管理信息系统,对提高地下管线管理的整体效率,实现地下管线数据即时交换、共建共享、动态更新,推进我国各大城市智慧城市的建设具有重要实际意义。 1 现有数据资源与系统功能需求分析

为更好的实现地下管线综合管理能力,提高对地下管线使用深度,需要将地下管线与地形图、POI数据、行政界线数据等多种数据相结合,才能更好的对地下管线进行综合管理[2]。

以北京市为例,作为我国的首都,北京市相关领域工作走在国内前列。截至2015年,北京市已有的基础地理数据包括全市域1∶10000比例尺数字线划图、六环范围内的1∶2000比例尺数字线划图、四环内的1∶500比例尺地形图、全市域0.5 m

分辨率航空影像等。北京市规划委有管线登图数据共10634件,各阶段审批长度总和约60500 km;轨道交通数据加工里程811 km(4、5、6、8、9、10、15号线及规划路线)。市勘设测管办委托测绘院承担新建地下管线项目竣工测量成果保管工作,年均新增竣工管线里程约2000 km。

2015年9月至2016年6月,北京市对全市城六区范围内进行了地下管线基础信息普查工作,普查出40000 km地下管线。大量地下管线信息需要统一集中管理与应用。管线信息主要可分为二维和三维两种类型,其中三维模型还涉及建筑物模型和地面模型,需要开发专门的数据管理子系统进行数据库管理、数据更新、三维建模、数据维护等工作,统一入口和出口,集中管理城六区准确的地下管线基础资料,保持和维护全市地下管线信息的现势性,为地下管线规划、建设、运行和管理各个阶段提供地下管线数据和技术支持,保证地下管线管理工作科学有序[3]。系统功能需求重点需要解决一下几点问题: 1.1 数据集成管理

地下管线综合信息管理系统最基本的需求是各类地下管线成果数据集成管理与数据持续动态更新维护,为此需要在数据库基础上开发对地下管线空间数据和属性数据的资源管理、数据更新维护、集成显示与查询检索等方面功能,具体应包括以下几个方面:

(1)成果数据一体化管理:要求实现地下管线普查成果数据以及收集整理的各专业公司管线数据等的一体化存储和管理。

(2)数据可视化:实现各类地下管线成果数据的分类符号化,与基础地理信息数据的叠加显示等功能。

(3)综合查询检索功能:实现基于地下管线基础信息数据库的综合查询检索功能,包括空间位置与属性信息互查、长度和面积量测、缓冲区查询、元数据查询等多种方式的查询检索功能。

(4)综合统计功能:实现基于地下管线基础信息数据库的综合统计功能,包括空间位置与属性信息统计,按种类、管径、材质、权属单位、运行管理单位、建设时间、改造时间等,统计管点数量和管线长度信息[4]。

(5)三维管线建模功能:实现地下管线普查后期更新数据的三维建模。 1.2 数据库更新维护

为方便数据库更新维护,系统需具备数据入库检查、数据预处理、数据入库、数据交换、历史数据管理维护等方面的功能。

(1)数据入库检查:对数据入库或更新的数据进行必要的入库前检查,内容包括待入库数据的文件与结构一致性、拓扑一致性、逻辑一致性、空间参考及矢量数据接边的正确性,确保数据能够顺利入库和更新。

(2)数据预处理:对入库检查后的成果数据在入库前进行对象化预处理,包括与现状管线库逻辑关系预处理、与现状管线库拓扑关系预处理、与现状管线库关系问题列表等方面的功能。

(3)数据入库:对完成对象化预处理的地下管线数据进行入库或对库中数据进行更新。 (4)历史数据管理:为实现历史数据管理,系统需具备对地下管线普查数据库历史信息的有效管理,建立空间信息和属性信息的历史演变关系,提供历史回溯或多个时点地下管线的功能。其具体的管理功能应包括:数据更新时库中的当前数据转为历史数据、数据查询检索、删除维护、版本数据提取、导出数据等方面的功能[5]。 1.3 地下管线信息共享应用

为更好地发挥地下管线普查成果效用,在将地下管线信息共享给城市管理部门、市政府应急办、市测绘部门的同时,对城市地下管线共享功能进行升级和扩展,增加管线定位、三维应用和管线服务监控等功能,扩展管线查询、管线统计、空间分析和地下服务共享等功能,完善地下管线综合信息服务,系统建成后应向各级政府机关、行业主管单位和各专业管线公司陆续开放共享。

1.4 系统安全管理

为确保系统安全运行,还需具备用户和权限管理、运行监控、数据备份和恢复等方面的功能。

(1)用户和权限管理:能够提供对系统和数据库访问用户和权限管理方面的功能,包括用户新增、修改、删除、修改密码以及查找用户以及对用户权限的增加、修改、删除等,并具备数据库访问的日志管理功能。

(2)系统运行监控:对系统运行状况进行必要的监控,便于发现运行中的安全问题。 (3)数据库备份与恢复:制定地下管线数据库数据备份机制,提供数据库备份与恢复功能,支持地下管线普查数据库的定期或不定期数据备份,包括矢量数据、栅格数据、表格数据、文件数据等备份与恢复[6]。 2 系统功能设计

地下管线综合信息管理系统是一个具有多方面功能的综合体系。在其自身功能上应该具有管线数据采集、数据检验、数据入库和接边、数据管理维护、数据共享与应用等多种功能。同时,应严格按照国家、地方和行业的有关标准与规范,如空间数据地理要素的分类编码与编码标准、空间基础数据标准、数据存储格式和技术标准、数据质量与元数据标准、信息系统技术规范等,并适当考虑与国际接轨。该系统需充分利用现有资源和技术基础,在设计和开发上具有一定的前瞻性,使系统具有较强的可扩展性,确保项目建设的可持续性。通过该系统整合多方资源,提高系统的实用性。

因此,系统除包括基础数据库及网络环境等硬件设施以外,还应包括地下管线数据采集软件、数据质量检验软件、地下管线管理维护软件、地下管线数据共享应用软件等组成部分。其功能分别包括管线相关信息的数据采集,对所采集数据进行质量检验,对地下管线数据和其他相关数据进行后台管理维护,对地下管线和相关数据成果进行共享应用等。

2.1 地下管线数据采集软件

地下管线数据采集软件是地下管线普查和管线竣工测量数据采集的工具,方便持续为普查和数据更新服务。该软件以地下管线数据标准为依据,为地下管线空间和属性数据的录入、编辑、检查和输出等提供工作平台,完成地下管线数据采集和处理任务,统一数据制作流程和标准,规范和辅助地下管线竣工测量生产单位制作地下管线数据成果,提高工作效率,为城市地下管线普查成果数据库更新提供工具[7]。 2.2 地下管线数据质量检验软件

在地下管线数据采集后、入库以前,需要对地下管线普查成果数据进行空间图形及属性信息的质量检查,确保数据拓扑关系、属性以及逻辑一致性和精度等满足要求。为普查成果的检查、验收提供工作平台,提高质量检查效率,方便记录质量问题,起到保证地下管线普查成果的可靠性表达、监督与规范成果质量的作用。软件功能主要包括文件操作、地图操作、图形检查、属性检查、逻辑性检查、人工检查、统计输出等模块,主要检验地下管线普查数据的完整性和正确性,为后续二维成果入库和三维数据创建做准备。软件通过对管线数据结构中需要进行检查对象进行检查规则集的设计,包括:图形检查、属性检查、逻辑性检查等相关规则集的设计,并针对已设计并确认的数据检查规则集进行相关的算法设计与实现[8]。 2.3 地下管线数据管理维护软件

地下管线数据管理维护软件主要为地下管线普查数据的编辑入库、数据备份、管线三维的场景管理、数据输出、数据更新提供工作平台。软件主要实现数据加载、数据编辑、数据备份、三维管线场景管里、数据输出、安全管理等功能。软件的用户为地下管线普查数据管理部门。该软件基于地下管线普查数据成果,整个软件分为基础设施层、数据层、中间件层和系统层四个层次。具体思路如图1所示。 图1 地下管线管理维护软件架构

基础设施层主要包括网络环境、软硬件支撑环境安装部署,主要用于满足系统的运

行的必要环境。数据层包括地下管线普查数据成果数据库,及基于成果库加工的地下管线三维数据库,是系统的工作目标,此外数据层还包括了元数据库、历史数据库、基础地理信息数据库、管线竣工更新数据库等。中间件层包括二维GIS中间件、三维GIS中间件和数据库引擎,一方面支持空间数据库的读写,一方面支持系统的二三维功能开发与运行。系统层主要工作界面与工具,包括与地下管线数据管理、更新、维护相关的功能模块[9]。 2.4 地下管线数据共享应用软件

地下管线数据共享应用软件为城市政府、管线主管部门及专业管线公司提供地下管线应用平台。软件主要实现GIS基本功能、管线定位、管线查询、管线统计、空间分析、管线服务共享、三维应用、辅助功能、系统管理及服务监控等功能。软件的用户为城市各级政府、管线主管部门及专业管线公司。

该软件为用户手中直接获取管线数据信息和对管线信息进行统计分析共享应用的客户端。软件的统计分析和共享应用本身可以从各个角度对数据进行挖掘;和不同的其他数据相结合后又可以进行其它多方面的分析与应用。例如,可以垂直于马路进行切面,分析该马路地下管线的分布是否合理,各种管线之间是否存在安全隐患,如图2所示。

图2 横断面分析结果界面

通过横断面分析可以了解该路段地下管线之间相互位置关系,了解管线之间是否满足安全距离,对规划设计也能提供参考,为安全有效利用地下空间提供数据基础[10]。 另外,还可以使用该软件进行爆管分析,通过模拟某种管线在某个位置发生了破裂,管线内的物质产生了泄漏,对其周边多远范围内、哪些建筑产生了什么影响,如图3所示。

图3 爆管分析条件选择界面 3 结束语

地下管线综合信息管理系统能够很好的管理维护城市地下管线的各种信息,保持管线持续更新,并与其它相关数据结合,为城市规划建设和应急管理提供第一手数据。一个完善的系统将提高城市地下空间利用效率,保障人民生活有序进行,为智慧城市的建设奠定基础。 参考文献

[1] 杨伯钢,张劲松,李金刚,等.地下管线普查100问[M].北京:测绘出版社,2016. [2] 赵庆伟,王天文,张立伟.城市地下管线系统应用平台功能设计[J].测绘与空间地理信息,2014,37(1):158-160.

[3] 董娟,徐泮.城市地下管线缓冲区分析方法研究[J].北京测绘,2017(4):112-116. [4] 孙莎莎.智慧磁县时空云平台服务系统的设计与实现[J].北京测绘,2017(4):28-32. [5] 吴文瑾.3S技术在地下管线探测与管理中的应用[J].管道技术与设备,2009(3):19-20.

[6] 吴思,陈勇,张云,等.城市地下管线共享平台建设模式探讨[J].测绘通报,2015(12):77-80.

[7] 田文革.地下管线数据实时更新模式研究与实践[J].北京测绘,2017(3):135-138. [8] 杨伯钢,王淼,刘博文.面向特大城市的地理国情监测框架体系建设与应用[J].北京测绘,2017(3):31-34.

[9] 杨伯钢,陈廷武,顾娟,等.北京市地下管线基础信息普查及信息化建设关键技术研究[J].北京测绘,2017(6):33-37.

[10] 陈汭新,朱广堂,郑楠.基于WebGIS的佛山市三旧改造管理信息系统研究和实践[J].测绘通报,2014(8):102-104.