西宁市地下管线信息管理系统的设计与实现

马锦山，张福存，韩尚林，张文超，蒋玉祥

(西宁市测绘院，青海 西宁 810000)

西宁市地下管线信息管理系统的设计与实现

马锦山*，张福存，韩尚林，张文超，蒋玉祥

(西宁市测绘院，青海 西宁 810000)

西宁市地下管线信息管理系统是在管线探测技术、数字测绘技术、计算机技术、网络技术、GIS技术、数据存储技术的支撑下，遵循地下管线相关标准和规范，通过建立现状城市地下管线信息管理系统，实现地下管线数据的信息化和可视化的管理，为政府决策、管线管理部门和建设单位提供了准确完整、直观的地下管线信息，同时也为城市地下管线规划，建设和管理提供了科学依据。

地下管线；GIS；信息管理系统

1 引 言

近年来我国随着经济发展，各城市规模不断扩大，作为城市生命线的地下管网，也越来越庞大、密集。由于各类管线建设管理涉及多个管理部门和产权单位，造成目前管线资料分散于多个部门和单位，地下管线管理水平不高等问题。一些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。为此，国务院办公厅印发《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，要求全国各个省会城市开展地下管线普查工作。

西宁市从2013年7月开始管线普查试点，积累经验，于2014年5月底正式开始历经210天至2014年12月底完成了西宁市主城区面积 120 km2、198条市政道路、总长 5 172.5 km的地下管线普查任务，管线种类涉及给水、排水、燃气、热力、电力、通讯6个大类和16个小类。西宁市地下管线信息管理系统的建设，为政府决策、管线管理部门和建设单位提供了准确完整、直观的地下管线信息，并为地下管线规划建设、管理等提供了科学依据。

2 系统建设总体思路

2.1 设计思想

(1)面向资源整合、信息共享服务

由于各方面原因，部门之间长期以来缺乏有效的信息资源共享机制，部门之间“各自为政”(相对独立的硬件平台、软件系统和行业数据格式)。在处理突发事故时，主管行业部门缺乏其他相关部门的协作与支持，很难做到及时、有效地处理事故。本系统基于统一的应用框架，综合考虑系统在将来与其他各类信息集成整合的可能性，为系统的开放与共享奠定基础。

(2)使用统一的基础平台和应用框架

系统建成后，需要充分保证数据的共享和功能互操作。同时，还要具备良好的可维护性和扩展性。因此，系统建设应该尽量采用统一的基础平台。包括操作系统平台、数据库平台、地理信息系统平台和应用平台。

采用统一平台，可避免不必要的系统间数据的转换、功能的接口以及系统升级扩展时大量的维护工作量，保证系统的一致性和稳定性，降低系统建设的总体成本。

(3)以管理为中心、业务为导向、数据为基础

系统建设的出发点和归宿应该是解决实际的业务管理问题，数据是业务管理过程所需要和产生的信息。因此，本系统的建设应按照“以管理为中心、以业务为导向、以数据为基础”的理念来进行设计与开发。

系统的建设应以临港地下管线管理的核心业务为主线，以相关政策法规为准则，面向管理的日常工作和业务职能，划分定义各类不同的业务活动，并以此为线索组织数据和实现其相应的计算机化管理模式。

(4)贯彻面向对象的设计思想

系统的建设与开发将采用面向对象的软件工程方法，包括面向对象的分析方法、面向对象的建模技术、面向对象的编程技术，严格按照软件工程的思想和技术要求进行项目需求分析、系统设计、编码、测试和维护、质量控制和项目的管理与监控，项目进行的各个阶段都能够提供完备翔实的文档资料。同时严格按照软件工程的要求进行系统建设的规划、管理、开发、风险跟进及规避。

(5)以高可复用性和二次开发能力为目标

在整个软件体系设计的过程中将遵守MVC的设计模式，采用组件技术实现基础模块的可复用性，采用组件技术实现共享应用开发接口和服务请求调用。

同时，在设计和开发过程中，所有的功能开发将基于组件式的开发方式，不但可以实现本系统内各应用程序间的功能共享，也为以后其他应用系统的开发提供二次开发和功能拼装组合的能力。

2.2 系统设计总体框架

系统总体框架主要由基础设施层、数据层、应用层、管线技术规范标准层和安全体系五部分组成(如图1所示)。其中，基础设施层由网络设备、主机设备、存储设备、系统软件、数据库系统、GIS软件等组成，是系统运行、数据管理和存储的载体。系统在数据层设计了西宁市地下管线信息管理系统数据库，负责管理西宁市地下管线普查数据、展示管线数据时所需的综合管线数据、地形数据、遥感影像和元数据等。综合管线数据包括管线对象的空间、属性和管线专题空间数据，管线专题空间数据包括各种类型的管线的历史、现状、规划数据，为了满足3D的空间分析功能，所有需要入库的空间节点必须提供三维空间信息。应用层是直接与用户交互的系统功能层，根据用户需求的不同构建和开发不同的交互界面。应用层的各功能将主要根据需求内容实现用户界面设计和完成界面元素驱动下层功能组件的逻辑，旨在为系统提供基本的操作功能，解决系统中常用功能如数据管理、地图输出、开挖分析、爆管分析、断面分析、数据统计等的需要。

图1 西宁市地下管线信息管理系统框架

3 关键技术

(1)图文一体

在系统建设的过程中，通过开发系统接口，将业务系统与GIS图形系统无缝集成，在业务办理的过程中，业务人员可以查看图形及相关信息，利用GIS分析工具、统计功能辅助业务的办理，还可以通过叠加影像、设计图、专题图等以辅助决策，提高办公效率，使用户真正实现图文一体化办公。

(2)二三维一体

尽管三维GIS有二维GIS不可比拟的优势，但是在相当长时间内还无法完全取代二维GIS。用户对二维GIS和三维GIS都有较强的应用需求。二三维一体化包括两个方面，一方面是综合管线数据的二三维一体化存储，也就是说存储的综合管线数据即能满足二维GIS应用需求，又能满足三维GIS应用需求；另一方面是二三维一体化应用，也就是在三维场景中需要支持二维GIS数据的应用。

(3)时空一体

从“地上、地面、地下，过去、现状、未来”六个层面对综合管线数据进行一体化的管理。“地上”主要指建筑；“地面”主要指用地；“地下”主要指地下构筑物和管线。“过去”主要指历史数据资料，如不同时期航拍影像、建设用地、地上建筑、核定用地等；“现在”主要指地形图和正射影像；“未来”主要指规划成果数据。

(4)多元数据管理

按照图文一体化、二三维一体化、时空一体化的指导思想，对用户多年发展积累起来的“地上、地面和地下”进行科学、系统的整理或集成，建立一个结构合理的数据库，在逻辑上形成数据资源中心，将各专业数据高效的整合、集成和管理起来，产生数据综合应用效果。

(5)基于应用集成框架的组件开发

组件开发不仅提高了开发效率，同时还增强了系统的开放性和互操作性。开放性表现在各个层面上遵守IT工业标准，允许不同开发商在遵照工业标准进行开发时，就能够将其成果集成进来，同时为自身的扩展和持续发展留有广大的空间。互操作性表现在对不同技术体系之间的兼容性、集成性和处理成果的传递性。系统采用三维GIS平台STARGIS EARTH提供的统一集成框架，在各个功能模块(插件)完成后，通过注册工具，可将功能模块(DLL)注册到系统框架中，并能自动加载到主框架中。因此，各功能模块可以看成是即插即用的插件，而主框架则可看成是插件的载体，模块开发完成后，只需提交相关的DLL文件即可，其他工作由主框架来完成。对于系统中已考虑要做，但现阶段还无法完成的功能，在系统建设下一阶段，只需遵循STARGIS EARTH集成框架开发标准进行开发，再通过简单的注册，即可将其注册到现有的系统中。

(6)元数据库建设

元数据是关于数据的数据。在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息，可用于包括数据文档建立、数据发布、数据浏览、数据转换等。根据地理空间信息系统应用特点，元数据库建设应针对综合管线库包含的空间信息基础资料，建立详细的数据背景、内容、质量、状态等档案资料，元数据的动态维护与综合管线数据的动态维护保持同步。

4 系统实现

西宁市地下管线信息管理系统的设计过程遵守MVC的设计模式，采用面向对象的软件工程方法，使用Microsoft Visual C++和Microsoft Visual C#软件开发平台进行系统软件的开发，二维、三维地理信息系统的开发使用STARGIS EARTH和ArcGIS平台(ArcGIS Engine和ArcGIS SDE)，数据管理平台使用Oracle11g。在系统设计和开发过程中，所有的功能开发将基于组件式的开发方式，不但可以实现本系统内各应用程序间的功能共享，也为以后其他应用系统的开发提供二次开发和功能拼装组合的能力。如图2所示为系统的运行界面：

图2 二三维系统操作界面

5 系统应用

西宁市中心城区地下管线信息管理系统建设完成之后，地下管线数据库发挥了很大作用。我院已应用地下管线信息管理系统为西宁市中心广场北扩、南绕城高速公路、海湖新区万达广场、城市道路建设、轻轨一号线等重点项目建设提供现势性较强的地下管线成果资料，并为天然气公司等管线权属单位共享更为详细、更为精准的专业管线信息，产生了良好的社会经济效益。管线系统还可以直接按照标准图幅输和任意图幅输出所需要范围的图，实现了一个系统一套标准。出图样式如图3所示：

图3 出图样式

6 结 语

西宁市地下管线信息管理系统采用规划、建设共同模式，在国内尚属少例，不仅能高效地联接各有关单位实施工作，同时便于监管并普及其下属的各管线权属单位对成果的应用。在管线普查、管线标准建设、信息系统研发、管理机制建立等方面具有较好的示范意义，可为城市地下管线普查、管线信息化建设、工程精细化管理等方面提供借鉴，取得了良好的社会经济效益，具有较高的推广价值和良好的应用前景。

[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，2013.

[2] 王润伟，刘凯澎，樊妙等. 中山市地下管线信息管理系统的设计与实现[J]. 地理空间信息，2006(02)：38～40.

[3] 龚俊，王新洲，王文庆等. 城市地下管线信息管理系统的探讨[J]. 地理空间信息，2005(03)：9～11.

[4] 江贻芳. 地下管线动态更新管理体系的建立[J]. 中国勘察设计，2005(8)：55～57.

[5] 张军. 基于二维地下管线数据快速建立地下官网三维场景[J]. 北京测绘，2014(2)：81～84.

[6] 朱顺痣. 基于Geodatabase城市综合地下管线管理系统的研究与实践[D]. 博士硕士论文，2007.

[7] 李德仁. 智慧城市及其应用[O]. 第四届中国宁波智慧城市技术与产品博览会专家论坛上的报告，2014.9.

[8] MatejicekL，EngstP，Janour Z. A GIS-based approach to soatialtemporalanalysist of environmental pollution in urban areas：A case study of Prague’s enrironment extended by LIDAR data[J]. Ecological Modelling，2006，199(3)：261～277.[9] Harris M，SilvertandJ. ArcSED for orcle administration[C]. Twentieth Annual Esri International User Conference，San Diego，California，june26-30，2000.

Design and Implementation of Underground Pipeline Information Management System in Xining

Ma Jinshan，Zhang Fucun，Han Shanglin，Zhang Wenchao，Jiang Yuxiang

(Xining Institute of Surveying and Mapping，Xining 810001，China)

the underground pipeline information management system in xining city is in the pipeline detection technology，digital mapping technology，computer technology，network technology，GIS technology，under the support of data storage technology，follow the standards and norms related to the underground pipeline，through the establishment of the status quo of urban underground pipeline information management system，to implement the data visualization and information of underground pipeline management and decision-making for the government，pipeline management and the construction unit provides a complete and accurate intuitive underground pipeline information，as well as urban underground pipeline planning，construction and management provides a scientific basis.

underground pipeline；GIS；information management system

1672-8262(2017)01-51-04

P208.2

B

2016—08—21 作者简介：马锦山(1992—)，男，助理工程师，主要从事GIS系统开发等技术工作。