基于WebGIS 的管网排查工程监管平台设计与实现

周治祥，周文辉

（浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江 杭州 310014）

2018 年下半年生态环境部对沿长江的11 个省市的40 多个地市进行暗访，发现了160 多个严重的污染问题。2016 年1 月习近平总书记在重庆推动长江经济带发展座谈会上指出：“长江病了，而且病得还不轻。”提出要把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护，不搞大开发。城市排水系统是处理和排除城市污水和雨水的工程设施系统，是城市基础公用设施的一个重要的组成部分[1]。其与城市道路、供电、供气、供水等基础设施共同组成了城市生存网络，是支持和保证城市经济发展及人民生活的重要基础设施之一。但目前雨水管道和污水管道混接严重，部分需要处理后才能排放的污水直接排入周围水系，最后进入长江，而无需处理的雨水却进入了污水处理场，浪费污水处理资源；很多管道因年久失修而造成破损、堵塞。要修复长江生态，首要工作就是对管网进行排查，只有弄清了管网的各种状况，才能有效地对管网进行修复。

城市排水系统纵横交错、分布广泛，为确保排查无盲区、无死角，管网排查工作必须是全区域、地毯式的，涉及城市的各个角落，排查工作量非常大[2]。管网排查的安全隐患是比较大的，存在中毒、窒息、触电、淹溺、交通事故、高温中暑、机械伤害、高处等安全隐患。管网排查项目的进度管理、人员管理、安全管理难度非常大。实现对管网排查工作进行更有效、准确、直接地监管也是一个不小的挑战。目前采用B/S 架构和WebGIS体系的管网管理平台应用已有很多，许多学者已经进行过这方面的研究。韩俊华[3]基于WebGIS 设计研发了数字排水综合信息管理系统，实现了排水数据的查询、统计分析等功能；李力[4]应用GIS 技术和空间数据库技术，针对城市排水管理部门的业务需求，研究、设计和开发了城市排水综合信息平台；马真东[5]以兰州新区为研究区域，采用ArcGIS Server 平台，开发了兰州新区地下水信息化管理系统，实现了该区域地下水资源的数据管理、空间分析和共享功能。上述研究都偏向于管网信息的管理对查询，对管网排查工作的监管还鲜有研究。本文基于WebGIS 技术，综合空间数据可视化、空间数据库和计算机网络等技术，针对芜湖市管网排查工程实时、准确的监管需求，研发了“芜湖市管网排查工程监管平台”系统，实现了管道的项目生产管理和安全督查工作，为芜湖市雨污管网监察提供了有力的平台支撑和辅助决策支持。

1 系统设计

1.1 系统总体架构

系统采用Browser/Server 架构，主要有数据层、服务层和应用层三个部分。系统的总体架构如图1 所示。用户通过终端发送请求，并通过Web 服务器进行处理后，通过与数据库的交互调用所需数据，完成请求任务，并将处理结果返回给用户。（1）数据层。数据层是平台的数据支撑，用于数据的存储、管理。该平台数据层由空间数据库与属性数据库构成，为平台提供空间数据以及元数据服务。（2）服务层。该层也称为应用组件层，是数据层和服务层之间的连接，通过构建与系统各功能相关服务，对平台的业务逻辑进行处理，为应用层提供服务支撑。本平台采用NodeJS 技术实现了后台服务层的搭建。（3）应用层。该层作为平台的功能实现层，对接三类不同类型的用户，面向各类用户的不同应用需求，并提供用户界面，来实现请求、交互以及结果获取等功能。

图1 平台总体架构

1.2 系统功能设计

根据平台的需求和研发目标，文章将平台功能设计为五大模块，各个模块在最终的平台界面中形成一个整体。（1）项目进度管理模块。用户可以通过平台界面进行项目进度上报、工作量统计、项目进度查看、进度查询等功能。（2）人员现场位置管理模块。用户可以在手机终端进行工作位置上传，指挥端平台可以进行外业人员位置查看、查询等功能。（3）项目现场视频管理模块。该模块主要包含视频发起、视频存档、视频查询等功能。（4）用户管理模块。平台用户角色主要分为三类：管理员、巡查人员以及外业人员。不同用户角色有不同的平台使用权限。用户管理模块主要分为角色管理、权限管理等功能。（5）后台管理模块。平台的后台管理是整个平台运维管理的重要基础。该模块包括资源（存储资源、计算资源、网络资源等）管理、系统运行情况管理等功能。

2 系统关键技术

2.1 WebGIS 技术

WebGIS，即Web 浏览器上的GIS 系统，支持用户在浏览器上进行GIS 数据处理操作、数据检索、空间分析、可视化展示等。WebGIS 使得以前在GIS 软件中才能实现的功能可以在浏览器端实现。WebGIS 体系采用B/S 架构，如图2 所示，该体系主要由空间数据库、WebGIS 服务器和客户端组成。该体系运行过程如下：用户首先通过界面操作向服务端发起请求，该请求通过HTTP 协议被转移到WebGIS 服务器，并在服务器中分析该操作请求，并执行请求，执行请求时根据需求访问相应的空间数据库。最后，服务器将分析结果通过HTTP 响应返回到客户端。相较于C/S 端的GIS 软件，基于WebGIS 的平台无需安装任何软件，具有分布性强、维护方便、开发简单且共享性强的优势。因此本平台采用B/S 框架进行平台搭建。

图2 WebGIS 体系架构

2.2 REST 架构风格

REST（Representational State Transfer）即表象化状态转移，由Roy Fielding[6]在其博士论文中提出，是一种软件的架构风格。目前REST 架构已经成了最主要的Web 应用开发模式，许多大型网站也采用了REST风格进行设计。在REST 的架构中，Web 应用程序可以通过一个URI 来访问服务器暴露的所有资源，如图片、地图服务等等。REST 在HTTP 协议中使用GET、POST、PUT 和DELETE 来实现资源的获取、创建、更新和删除。REST 架构有以下四个特点：（1）资源标识。通过URI 进行Web 资源的标识，用户通过URI 获得标识的资源。（2）无状态性。客户端向服务器的请求不依赖以前的任何信息。（3）统一接口。客户端和服务器之间通信的方法是统一的，对资源的操作通过表述和 HTTP 标准方法实现，包括获取、创建、更新、删除，对应的HTTP 四种方法的分别是：GET、POST、PUT和DELETE。（4）超媒体。REST 可作为Web 应用程序状态引擎的超媒体，通过REST 可将应用程序改变到不同的链接。因此，本平台采用基于REST 架构风格的WebGIS 服务，用户在客户端通过URL 访问服务器的空间数据、属性数据等资源，提高了平台的表现力和用户体验。

3 系统实现

文章在研究了管网排查工程监管平台的总体框架后，根据需求设计并实现了相应的功能。完成了由WebGIS技术、数据库基础结合的监管平台构建，实现了项目进度管理、人员位置管理、现场视频连线等功能。文章的研究区域为安徽省芜湖市，芜湖市位于安徽省东南部，地处长江中下游，城市污水系统以长江为界，分为江北和江南片区。“项目进度”模块不仅可以实时上报项目进度，同时还可以根据不同的需求进行工作量统计，现场工作人员检测完成一段管线，就可以上传至指挥部服务器，平台即可自动将目标管段以不同的颜色展示在系统中来反应项目进度。“人员现场位置管理”模块可以配合智能移动终端以及指挥部屏幕，实现现场人员位置的实时管理。现场人员到达位置后登陆平台移动端，自动上传工作位置，便可同步显示在指挥部的监控地图中。

4 结束语

在城市数字化稳健发展的今天，对市政排水管网的排查工作进行有效、准确的管理与发布是城市数字化、科学化的必然趋势。文章基于B/S 架构和WebGIS 实现了管网排查工程监管平台的设计与搭建，该平台为不同角色的用户提供了良好的交互界面，使其不仅可以参与管线项目生产管理，还可侧面发挥出安全督查的作用。实践证明，该平台对市政管网的安全排查与设计规划具有较大的实际应用价值。