城市地下管线信息管理系统的研究

王帮元

摘要：随着城市发展规模的扩大，作为城市重要基础设施的地下管线也越来越庞大、密集，现行地下管线管理方式不能适应城市升级与旧城改造的需要。为此，本文通过对城市地下管线开展普查监理，采用面向服务架构的SOA技术，建立了基于ORACLE、ESRI和AutoCAD应用模式的地下管线信息管理系统，给出了关键处理流程和技术设计路线，为城市的规划、建设和管理提供了数据依据。

关键词：地下管线；GIS；AutoCAD；信息管理系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）14-0104-03

Abstract：With the accelerating urban development， the underground pipelines， as an important part of city infrastructure， are expanding quickly and become more and more dense. The existing underground pipelines can no longer adapt to the improvement of the cities or the reconstruction of old towns. In this case， this article employed the Service - Oriented Architecture （SOA） technology and established the information management system for the underground pipelines based on ORACLE、ESRI and AutoCAD application model through a general investigation and supervision on urban underground pipelines. Moreover， it rendered the key operating procedures and technical design itinerary， which also provided the data supports for urban planning， construction and management.

Key works：underground pipelines； GIS； AutoCAD ； Information Management System

近年来，随着城市规模迅速扩大，作为城市重要基础设施的地下管线也越来越庞大、密集，特别是在城市面临城市升级，旧城改造时期，城市的精细化管理势在必行，现在的管线管理方式已经不能满足城市快速发展的要求。针对这些问题，本文通过对城区进行地下管线普查，同时开展全过程普查监理和建立城市地下综合管线信息管理系统，为县级城市管线规划、建设和管理提供依据，为政府决策和紧急事故处理提供依据，推进城市地下管线信息资源共享和数字城市建设，具有重要意义。

1 系统建设目标

城市地下综合管线信息管理系统是在全面普查建成区地下管线空间分布和属性情况的基础上，结合城市规划，建立具有高度全面性、现势性的地下管线综合数据库。该系统将地下管线信息以数字形式存储在数据库中，从而实现对全市各类管线数据的管理、审批、分析、查询、输出和实时更新等。

系统建设实现以下目标：

（1）以探测规程和普查流程为依据，建立探测成果的计算机监理机制与实施规定。

（2）采用目前GIS最新的利用关系数据库管理空间数据（地理数据）的技术，提供支持“外业勘测---内业成图---建立管理信息系统”的一体化建库模式，建立地下管线和数字地形图基础地理数据库，在数据库的基础上建立地下管线信息系统。

（3）实现城市地下管线信息计算机化、网络化管理，实现对地下管线信息的综合管理、动态更新；

（4）为城市规划、建设、管理提供信息资源和技术平台；

（5）为政府、管线权属单位领导提供决策、指挥、管理的科学依据。并为社会提供多元化的服务，为县级城市可持续发展及减灾防灾提供决策支持。

2 系统建设内容

依据城区地下管线数据标准，进行监理入库建立地下管线数据库，并通过地下综合管线信息管理系统建设，更好地为规划提供决策依据。建设内容主要包括以下几个方面：

1）标准体系建设：主要包括数据标准建设，即管线数据建库标准、管线数据入库标准等标准体系的建设；法规建设包括管线工程信息动态管理办法等。技术规范建设包括代码编写规范、元数据规范、界面设计标准和数据库设计规范以及系统测试规范等。

2）空间数据库建设：将城区内管线普查成果、基础地形图、管线模型等数据进行整合，依据数据规范建立空间数据库，支撑信息平台的使用。

3）系统平台建设：包括地下管线数据监理成图子系统、地下管线数据管理子系统、CAD综合应用子系统、系统管理子系统建设。其规划建设如图1所示。

3 系统总体设计

综合地下管线信息系统主要提供对各类管线（供水、热力、煤气、雨水、污水、电力、电讯等）的集中可视化管理。该系统是建立在地下管线数据库（包括地下管线数据库、基础地理数据库和属性数据库、规划成果库、规划审批库）基础上，通过共享方式利用信息中心的地下管线数据，采用全关系型数据库同时管理空间和属性数据，基于GIS的一种综合技术系统。该系统是跨平台、跨应用领域的综合的应用系统，可实现整个区域内管线信息的图形显示与管理、查询和统计分析、动态维护与更新、提供决策支持和分析等功能。

3.1 系统的技术路线和关键技术

系统采用商业数据库Oracle11g结合ArcSDE存储和管理各类空间数据，并利用ESRI所提出的GeoDataBase模型对这些数据进行组织，对具备空间关联关系的数据进行关联，利用ESRI的ArcEngine进行二次开发。在开发层面所涉及到的控制信息、消息信息就均采用XML统一传递。

3.1.1 基于ORACLE、ESRI和AutoCAD的应用模式

空间数据层采用Oracle 11g+ ArcSDE实现基础数据的存储。采用ArcSDE作为数据服务器构成数据管理层，利用.NET开发语言与ArcEngine的结合，建立系统数据管理层的应用，其中通过SDE实现数据的访问，实现数据库的调用和查询和统计功能，实现数据的更新，同时利用AutoCAD实现电子报建功能开发。

3.1.2 跨越CAD与GIS平台技术

采用跨平台技术，在规划业务审批时，融入AutoCAD技术，打通CAD与GIS数据之间的双向存取通道。在统一的环境下实现切实的图属互动，图形及属性查询环境下都具备业务案卷查询、汇总统计、综合分析、业务办理等能力。

3.1.3 面向服务架构的SOA技术

面向服务的架构是一个架构方法，能够创建松耦合、互操作的业务服务，这些服务能够容易的在企业内部和外部共享。面向服务体系结构特征：自包含和模块化、互操作性、松散耦合、位置透明可组合性、明确定义的接口。

SOA是一种体系结构风格，它将应用程序的不同功能单元——服务（service），通过服务间定义良好的接口和契约（contract）联系起来。接口采用中立的方式定义，独立于具体实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得构建的系统中的服务可以使用统一和标准的方式进行通信。这种具有中立的接口定义的特征称为服务之间的松耦合。

4 关键处理流程

本项目包含多个关联程度不一的子系统，而一些实际应用流程又横跨多个系统，因此需要用流程图的方式进一步规定其活动顺序。下面将对几个比较复杂而又占有重要地位的系统应用流程进行描述，由于篇幅有限对一般的单个具体功能实现的内部流程不在此处讨论。

4.1管线普查数据入库

系统建成后，将外业探测标段验收成果（符合GIS入库要求的地下综合管线数据整理成果（ArcGIS格式的mdb文件））进行入库。建立现状管线库，作为管线管线信息化建设的基础。为了保持管线数据的实时性和正确性，以后管线业务的开展、市政工程开发、数据更新等，都要遵循本次系统建设的功能要求和工作机制。

4.2管线数据的动态更新

4.2.1综合管线数据库的更新机制

来源于管线工程竣工验收的数据更新，即综合管线数据库的数据更新有两种方式：要素级更新和范围级更新，其中前者为数据更新的主要方式，如图2所示。

1）要素级更新

要素级更新主要实现在CAD辅助设计系统中，登陆CAD辅助设计系统，通过CAD展点功能叠加竣工测量之后的点线表中间格式数据（其中为每个实体赋GUID值，然后更新状态为新增），然后调用现状管线数据（记录了每一个要素的GUID），实现二者数据的对比显示，用户根据需要进行调整，同时更新状态同步进行修改，接下来调用管线监理成图模块，按照一定的监理规则检查，并以句柄为标识的方式记录下来错误的记录，通过句柄可以定位到CAD图面上提示用户修改，反复监理检查修改，确定数据无质量问题之后，进行数据的要素集入库更新。

该方式适用于管理过程中，解决管线数据的动态更新问题。该方式不用考虑接边的约束情况，具有更新效率高、历史冗余数据小、便于维护和实施的特点。

2）范围级更新

该方式适用于管理过程中，解决大范围（新增道路、道路改造）管线数据的动态更新问题。为了作业的方便，大范围的管线更新可采用重新探测的方式，实现探测范围内所有管线的替换更新。但是进行与更新范围面边线相交管线数据处理的作业要求比较高。

4.2.2 专业管线数据库的更新机制

专业管线数据来源于专业管线权属单位的数据共享。其数据更新的实现过程为：专业管线权属单位提交数据上传申请并上传数据，审核人员审核通过后，在ETL专业管线数据处理工具中，可选择“数据转换”、“转换并入库”任意一种操作：对于“数据转换”操作，由用户指定输出地址，系统将专业管线数据进行转换后以GDB格式保存至本地指定位置。对于“转换并入库”操作，系统自动将该专业管线数据（SHP格式）的数据结构进行抽取、重组，转换为符合要求的专业管线数据（SHP格式），并在专业管线数据库中对该类型专业管线数据进行整体更新入库操作。

5系统功能设计

系统建设主要包括：地下管线监理成图系统、地下空间数据管理系统、CAD综合应用系统、系统管理系统。系统建设以管线数据库建设为核心，简要功能结构如下图所示：

5.1地下管线数据监理成图系统

地下管线数据监理成图系统，采用C/S架构，主要对地下综合管线数据进行监理、检查操作。包括数据载入、监理规则定义、元数据检查、数据监理、辅助纠错、管线成图、查询、统计、工具条等模块。

该系统的主要目的是对于管线点线表入库数据在入库前进行数据检查和数据成图后的图面检查，确保进入系统数据的准确性，服务于管线普查数据入库和竣工成果入库。特别是在日后的系统使用过程中，对内业数据检查提供便利的工具。界面如图4所示：

5.2 数据管理系统

地下管线数据管理系统采用C/S架构，包括系统调图、地图操作、数据加载、查询统计、数据编辑、数据监理、入库更新、数据库管理、地图输出等。系统主要实现管线数据的更新入库和数据管理，适用于管网建设管理有限公司用户。

5.3 CAD综合应用系统

CAD综合应用系统，采用跨平台技术，在城市地下管线管理的过程中，融入AutoCAD技术，打通CAD与GIS数据之间的双向存取通道。在统一的环境下实现切实的图属互动，图形编辑及属性查询。系统提供依据管线业务的需要按照指定的范围进行调图（调取工程范围线、现状地形、现状管线、路网数据）、管线绘制、管线分析、具备属性标注和打印输出等功能。系统适用于管网建设管理有限公司、设计单位使用。

5.4 运营管理系统

系统管理系统包括安全管理（用户权限管理、角色管理等）、日志管理（登录日志、操作日志等）、配置管理（元数据管理等）。用于管理其他各系统的用户权限和功能权限，实现权限的统一分配和管理。

6 结束语

该系统的建设成果应用具有保密性，所以系统运行采用C/S架构。主要技术创新点：平台采用先进的SOA技术以及组件化、构件化技术，构建了基于空间数据应用服务器的开放式软件体系架构，实现了管线应用模式的创新。系统创立了大范围综合管网数据集中存储、分布式管理、分级维护的新模式，更有利于管线数据的动态更新和规模化应用。为城市管网基础设施的规划、管理、维护提供一套长效管理机制，减少传统模式下反复的普查资源投入，打通综合管线与专业管线之间交互共享的通道，实现了管理效益的最大化。

参考文献：

[1] 李萍.城市地下管线信息管理系统设计与开发[D].南京邮电大学，2012.

[2] 柳宇刚.城市地下管线信息管理系统设计与实现[D].山东大学，2013.

[3] 刘艳丽.基于ArcGIS Server的威海市地下综合管线信息共享平台的设计与开发[D].江西理工大学，2011.06.

[4] 刘俊峰.基于AutoCAD的十堰市地下管线信息系统设计与开发[D].江西理工大学，2011.12.

[5] 薛健男，秦昌杰.ArcGIS在地下管线信息管理方面的应用[J].上海地质，2010.05：47-51.