合肥市地下管线综合管理信息系统的建设与应用

黄北新，李彬，宋超，王小飞

(1.合肥市测绘设计研究院，安徽 合肥 230001 2.合肥市地下管网建设管理办公室，安徽 合肥 230001；3.广州城市信息研究所有限公司，广东 广州 510070)

1 引 言

随着城市快速发展，地下管线管理问题日益凸显，影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序[1]。2014年，国务院提出加强城市地下管线建设管理的要求。全国各城市陆续开展了地下管线普查和信息系统建设工作。目前各城市地下管线信息系统的建设水平参差不齐，如在系统共建共享、综合管廊入库、地下管线覆土前竣工测量实时管理等方面不够完善。因此，突破传统地下管线信息系统搭建模式，构建多功能的满足各种应用需求的城市地下管线综合管理系统势在必行。本文介绍合肥市开展全市地下管线普查，建立了城市地下管线(包括地下综合管廊、地铁、人防坑道、河道等)数据库；利用云计算、地理信息系统等技术，采用开放式SOA体系架构(Service Oriented Architecture)，开发建设1+1+1+N的地下管线综合管理信息系统，即1套数据标准、1个数据中心、1个管理平台和N个应用，实现了城市地下管线综合管理、共建共享和动态更新管理，并大力开展信息系统的应用。

2 总体框架

2.1 系统建设思路

原有的地下管线信息资料存储离散化、纸质化、数据标准不统一、资料不全，现势性不强，信息不能共享，给地下管线建设与管理带来挑战[2，3]。本系统建设思路是：

(1)获取最新地下管线资料成果。通过市区市政道路地下管线全面普查，取得市区各类地下管线、综合管廊等资料，统一数据标准，建立城市地下管线数据库。

(2)一体化信息管理。建设地下管线空间信息一体化管理和应用平台，为城市地下管线建设管理、运行维护和应急防灾提供支持。

(3)动态更新管理。开发移动端地下管线智能子系统，实现地下管线野外巡检及覆土前竣工测量过程监督，保障数据动态更新质量。

(4)共建共享。管线单位和县(区)子系统与市地下管线信息系统互联，实现共建共享。

(5)推广应用。通过推广应用平台成果，实现管线权属或管理单位实时查询和应用。

2.2 系统总体框架

基于面向服务的体系结构SOA，采用C/S与B/S混合架构模式，利用计算机网络技术、二三维GIS技术、大型数据库管理技术、工作流技术等先进技术，实现城市地下管线资源的高效管理和科学应用[4]。

信息系统平台分为：基础设施(IaaS)层、数据层(DAAS)、平台服务(PaaS)层、应用(SaaS)层四层以及标准、安全和运维保障体系，如图1所示。

(1)基础设施层(IaaS)。采用虚拟化技术，应用软件和基础设备通过虚拟化层隔离开来减少设备依赖性。系统将3台应用服务器虚拟化为10台虚拟服务器，支撑了整个系统的运行环境，使得资源得以集约使用，并实现环境状况的统一视图，降低了设备的运维成本。在网络方面通过设备冗余和智能化的负载均衡器来为实现网络路由的智能调配，在多个服务访问地址间进行负载均衡。并具有动态容错检测能力，确保任何一台或多台服务器出现故障时的服务可用性和稳定性。

图1系统总体框架示意图

(2)数据层(DaaS)，由基础地理数据、管线(管廊、人防、地铁、河道)数据、管线安全隐患数据、三维模型数据、管线档案数据等组成，在Oracle数据库的基础上集成ArcGIS空间数据库、NewBulider三维数据引擎，实现多源异构数据间的关联、互访。

(3)平台服务层(PaaS)，利用ArcGIS云套件，采用SOA架构思想，将具体的功能封装为不同粒度、具有统一接口的服务。系统既有面向数据的服务，也有面向业务的数据；既有通用查询统计的服务，也有管线专业分析的服务；既有功能简单的单一服务，也有面向流程的复合服务。通过业务服务化，专注于自己的业务，降低不同的子系统之间协作和协同的难度和复杂性。不同的子系统实现了真正意义上的数据共享与功能共用。为了与VMWare、ArcGIS等第三方私有云套件无缝融合，系统开发服务时采用了ArcGIS for Server的SOE扩展开发流程，使系统发布的十余种管线信息服务既符合SOA架构思想，又能充分地利用ArcGIS云套件在资源调配与管理的既有体系。

(4)应用层(SaaS)，在地下管线云平台的基础上开发了各类专业应用系统，这些应用系统均调用平台发布的基础空间服务和管线信息服务接口，应用子系统的后台同样部署在系统的云平台上，根据平台的专业、区域、功能授权，这些应用可分配给市管线管理部门、区县管理部门、管线权属单位及其他相关部门的用户使用。

3 数据库设计

3.1 数据库总体架构与建设内容

在统一的空间定位基准上，构建以云数据中心为主体的数据交换和入库的总体架构，统一各类结构化和非结构化数据的汇聚、存储、处理、入库和服务化，实现管线信息资源的有效整合，支撑共享应用。通过云数据中心的数据库功能仓库和集成管理等方面的提升，实现包括二维、三维、元数据信息的各类数据存储，为综合管线管理提供直观的展现平台。

管线信息云数据资源中心的数据内容包括综合地下管线(供水、电力等)数据、地下空间设施数据(人防坑道、地铁、综合管廊等)、专题数据(管线隐患数据、排水设施、河道设施等)、管线工程建设管理数据(管线审批数据、重点管线、施工管线等)、管线物联网数据(后期接入)、基础地形图数据、建筑物三维模型数据、影像数据等。空间数据库按照空间维度、时间维度、专题维度三个维度进行设计，考虑空间和属性关联、现状与历史关联以及二维与三维关联。

3.2 数据建库

开展城市建成区市政道路下地下管线全面普查，统一普查探测及数据标准、统一项目管理、统一组织实施，实行工程监理制，保障普查成果质量。共普查市区 493 km2范围内各类地下管线总长度为 30 264.5 km。将CAD格式数据自动转化mdb格式或excel格式的标准点线表数据，对管点和线的拓扑关系、逻辑关系、元数据等进行检查，录入数据库。

4 系统实现

4.1 软硬件设施

包括硬件设施(机房、服务器、大屏幕、网络等)、虚拟化技术、资源调度技术建设。系统配置1台核心交换机、1台负载均衡设备、1台防火墙、1套入侵检测系统、1套服务器加固系统等。利用vmware来搭建基础设施云环境以及利用ArcGIS私有云套件来搭建平台层的云环境，在此之上构建信息系统。

4.2 系统功能实现

合肥市地下管线综合管理信息系统实现了包含数据监理与入库更新、数据管理与分析、共享交换、发布、工程管理、在线监测等13个功能子系统[5]，如图2所示。

图2信息系统建设内容示意图

4.3 信息系统特色

(1)搭建了地下管线私有云平台；将13个子系统有机组成一个整体，实现了系统资源的集成共享利用。在基础设施层(IaaS)，采用虚拟化技术，应用软件和基础设备通过虚拟化层隔离开来减少设备依赖性。在平台服务层(PaaS)，系统采用SOA架构思想，利用ESB服务总线，将具体的功能封装为不同粒度、具有统一接口的服务。系统开发服务时采用了ArcGIS for Server的SOE扩展方式，利用ArcGIS云套件进行资源的调配与管理；县(区)通过网络专线与市地下管理管线系统连接，只需建设管线子系统终端，即可实现市县地下管线信息一体化管理，远程共享市级系统功能。市县共享网络拓扑管线如图3所示。

图3市县共享网络拓扑图

(2)实现支持不同业务场景的移动终端智能巡检。移动巡检终端基于Andorid平台，采用Ionic+Angularis+Cordova的Hybri dapp开发模式，融合探测单位、监理单位、管理单位等多种业务场景用户需求，将脱密后的地下管线图叠加于“天地图”上，实现了数据的实时查询，分析、定位、拍照、事件上报等功能，与PC端管线工程管理系统实现联动，能进行管线工程现场建库和测量监督的移动管理[6]，如图4所示。

图4 移动巡检界面

(3)多方式搭建完善的地下管线数据安全体系。将涉密管线数据的管理与应用分开。管线数据管理采用涉密计算机、涉密移动存储介质以及三合一插件等安全设备，处于保密管理监管之下。管线成果应用采用脱密后的数据，基于ojectarxmfc框架，通过AutoCAD接口对图形文件读取和修改，采用了位域置换技术，利用AES加密算法，实现了对AutoCAD数据进行水印追踪、控制有效期、禁止编辑等加密控制。另外，还通过光纤专线、VPN建立安全传输通道等多种手段整体构建了完善的数据安全体系。

(4)基于自主平台实现地上、地下三维管线一体化高效管理。基于Newbulider自主三维平台，通过改进的空间索引算法，集成了三维模型显示数据、分析数据、地上建筑物数据等，实现对复杂管网三维部件的自动建模以及地上、地下三维模型的立体化，实现了管线的三维可视化及查询检索、道路开挖、道路断面、爆管等分析功能。

(5)将地下综合管廊、地下人防坑道和地铁等与地下管线相关的地下空间纳入系统，实现综合管理[7]。系统不仅支持普通道路进行断面分析，而且支持高架路、地下管廊、地铁等特殊断面分析[8]，如图5所示。

图5地下管廊断面分析

5 应 用

(1)地下管线覆土前竣工测量数据及时进行质检入库，实现了地下管线数据动态更新。一年来，合肥市区累计开展管线竣工测量964项，更新各类地下管线数据累计450余千米。

(2)通过采用涉密机与内网隔离、管线数据脱密、三合一单导盒保密设备、数据加密软件(水印追踪、有效期)以及VPN传输通道等多种有效方式，确保了地下管线数据安全，管线数据与“天地图”融合实现了移动端野外实时监测地下管线的变化情况。

(3)实现了管线数据在市、县、区、管线权属单位的共建共享。目前已开通庐阳区、肥西县、市排水办等8个单位的共享专线。

(4)实现了管线业务在线查询、申请、提交的高效应用模式。一年来，利用系统为全市109个项目提供了查询，累计查询地下管线长度 25 207 km。

(5)实现了新建道路和道路挖掘敷设管线业务的系统网上登记、网上监管。

(6)利用移动端随时现场查询管线信息，方便快捷；通过移动巡检，突破了管线项目跟踪测量和施工过程难以监管的盲区，地下管线数据信息质量和管线安全得到了保障。

6 结 语

合肥市地下管线综合管理信息系统在地下管线私有云平台、市县共享、管线移动巡检、多方式数据安全技术等方面进行了创新，2017年8月，合肥市城乡建委组织的验收专家委员会验收时评价该系统达到国内领先水平。

随着互联网、云计算、虚拟现实等先进技术的发展和应用，地下管线信息化正向平台化、集成化和应用化等方面发展[9]。合肥市地下管线信息化建设工作刚起步，系统应用面尚需扩充，功能尚需加强，数据动态更新机制尚需坐实。下一步要将住宅小区及单位内部地下管线、地下建(构筑)物及地质资料等地下空间纳入信息系统管理，逐步丰富完善信息系统内涵，拓展信息系统外延，从而实现信息系统从单纯管线管理向地下空间信息化管理的延伸。