基于三维GIS的数字化小区管理系统设计与实现

肖长伟，曲国鹏，刘家兴，闫高原

（1.江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116；2.建筑工业化与信息化应用技术研究所，江苏 徐州 221116）

1 引言

近十年来，随着我国经济的快速发展，城镇化的规模越来越大，大量的人口走向城市，对社区的管理和服务水平提出了更高的要求，因而出现了大量的数字化小区，但由于经济条件和技术的限制，数字化小区发展并不完善；当下，随着社会的进步、测绘科学技术和计算机技术的快速发展，三维地理信息系统技术已逐渐成熟并成为时代发展的热点，2020年疫情的爆发对我们小区的管理和服务水平提出了更高的要求，因此数字化小区与三维地理信息系统技术的结合成为必然。

基于三维地理信息系统的数字化小区是一个非常庞大的系统，它是通信网络技术、计算机技术、测绘科学技术和地理信息系统技术的完美结合，其主要包括小区基础属性数据、地上空间信息数据和地下各种管线数据，其中小区基础属性数据包括楼房属性数据、道路属性数据、居民信息数据、车辆信息数据和绿化信息数据等，地上空间信息数据主要包括小区内所有的建筑物的三维模型数据，地下各种管线数据包括给排水管网数据（给水和排水）、电力管线数据、通信管线数据、暖气管线数据以及其他管线数据等等，它们是小区建设、管理和服务的生命线。在小区的日常管理过程中，小区的人员数据、车辆数据以及各种地下管线数据非常多，并且变动非常的频繁使得小区的管理非常的困难，传统的方法不能够对小区大量的数据进行有效的管理，因此，如何开发一个小区数字化管理系统，更好地对小区进行管理和服务成为当下迫切解决的重要课题。

三维GIS具有强大的数据管理、空间分析、网络分析、数字化和可视化功能，可以用于小区的管理，随着三维GIS技术的发展，该技术在数字化小区中的应用正在成为一种趋势。基于GIS的数字化小区管理系统不仅能够管理基础属性数据，还可以定义空间实体并可以进行空间查询、空间分析和三维可视化，三维GIS可以对小区内各种地物立体化表达出来，更接近人的真实感受，可以把不同地物的属性信息和空间信息相关联起来，这样我们就能够利用该系统进行属性查询、统计分析、空间定位、空间查询、空间分析和三维可视化，从而能够大大提高小区物业和社区工作者的管理和服务水平，有助于他们的管理、分析与决策，使小区的管理服务更加的高效。

2 三维GIS数字化小区管理系统设计

图1为三维GIS数字化小区管理系统结构图。该系统是在传统小区数字化信息系统的基础上，综合运用三维地理信息系统技术和计算机科学技术，拓展面向小区的三维GIS的应用，为小区物业和社区工作管理者精细化的管理和服务提供一个三维可视化的技术平台。小区数字化管理系统采用分层体系结构，以基础属性数据、地上空间数据和地下的管网数据作为数据层，基于Arc-GIS10.2平台，利用其强大的二次开发功能进行开发，综合考虑小区物业对地下各类管线的维修需求，该小区数字化管理系统采用B/S和C/S相结合的设计方式，这样该小区数字化管理系统既能满足小区物业和社区工作管理者对小区的日常管理和维修需求，又可以快速实现该小区各种基础属性数据和空间数据的快速更新。

图1 三维GIS数字化小区管理系统结构图

3 系统数据库的组织与设计

图2为三维GIS小区数字化管理系统数据库的设计图，其采用GeoDatabase地理数据库，该数据库是一种面向对象的数据库，每一个对象既包括空间数据又包括属性数据，空间数据又分为基础地理数据和小区空间数据，基础地理数据主要包括绿化带、道路、休闲运动区等等，小区空间数据包括楼房、停车位以及地下的各种管线数据等等，属性数据包括居民楼属性数据、居民信息数据以及公共设施属性数据等等，该系统采用的GeoDatabase地理数据库可以使各种空间数据和属性数据完美结合在一起。

图2 三维GIS小区数字化管理系统数据库的设计

3.1 基础属性数据库

基础属性数据库包括小区内居民楼属性数据、小区内公共设施的属性数据、居民信息数据、安防信息数据以及物业和社区工作管理人员的数据信息，居民楼属性数据包括居民楼编号、单元编号、楼层等等，居民信息数据包括户主姓名、家庭成员、联系方式等等，物业和社区工作管理人员的数据信息包括姓名、家庭住址、性别、年龄、联系方式等等。

3.2 地上空间数据库

小区数字化系统中地上空间数据库小区内地上所有地物的三维模型，其中包括居民楼、道路、增加泵房、配电室、草地以及篮球场等等三维模型数据，如图3所示。

图3 小区居民楼三维模型

3.3 各类管线数据库

小区地下各种管线数据包括给排水管网数据（给水和排水）、电力管线数据、通信管线数据、暖气管线数据以及对应的不同类型的管井数据库等等。小区内每种类型的管网和管井都需要形成一个单独的数据库，并且每种管网数据库都至少包含两张数据表格：管线点属性数据表和管线段属性数据表。每种管井数据库包含一张管井属性数据表，管线点属性数据表包括点号、代码、X、Y、高程H等字段，管线段属性数据表包括起点点号、终点点号、起点高程、终点高程、材质、管径、日期、压力值等字段，管井属性数据表包括点号、代码、X、Y、井深、类型等字段，小区数字化系统会根据其属性数据自动生成各类管线和管井的三维模型，如图4所示。

图4 小区管线和管井三维模型

4 三维小区数字化系统的功能实现

基于GIS的小区数字化管理系统将小区的基础属性数据和地理空间数据完美结合，并通过GIS强大的三维可视化技术将小区内所有地上建筑物以及各类管网管井的相对位置关系进行直观的展示。从信息管理模块和GIS功能模块两方面对小区数字化管理系统进行开发，小区数字化管理系统信息管理模块主要包括居民信息管理、车辆信息管理、小区公共信息管理、安防信息管理、物业员工信息管理、各类管线管井数据管理以及维修信息管理等，小区数字化管理系统GIS功能模块主要包括空间定位查询、属性查询、属性数据编辑、三维模型的编辑，统计功能，空间查询等功能，同时还有强大的分析功能，可以进行管线统计分析、管线流向分析、开挖分析、拓扑分析、阀门控制分析等，这样可以为小区的管理者提供三维可视化的数据信息，为小区的管理、服务和维修提供依据。

4.1 系统基础属性数据查询、编辑

系统中加载了小区居民信息、车辆信息、小区公共信息、安防信息、物业员工信息、各类管线管井信息以及维修信息等大量的数据，小区管理服务人员可以快速地在该系统中进行信息查询和编辑，如图5所示。

图5 热力管线查询

4.2 系统GIS基础功能

小区数字化管理系统GIS基础功能模块主要包括地图的放大、缩小、漫游、点选、框选、空间定位查询、属性查询、属性数据编辑、三维模型的编辑，统计功能，空间查询、距离测量、高度测量以及面积测量等功能，在系统中既可以查看小区各对象的信息，也可以对存储在数据库中的各对象信息进行操作。

4.3 系统GIS空间分析功能

小区数字化管理系统还有强大的空间分析功能，可以进行管线统计分析、管线流向分析、开挖分析、拓扑分析、连通性分析、阀门控制分析等，管线统计分析可以根据范围和管线的类型对管线进行统计分析；阀门分析可以判断某条管线是由哪个阀门进行控制的，同时还可以判断某个阀门可以控制哪些管线；连通性分析可以通过选中任意两条管线，该系统会自动地判断这两条管线是否联通以及与这两条管线相连通的所有其他管线，因此就可以利用该功能判断出管线之间的联通情况，这样大大方便了小区物业和管理者对管线的维修和维护。在小区维修和绿化过程中，经常会对小区地面进行开挖，在维修或者绿化过程中会出现把小区内各种地下管线挖断的情况，为了避免这种情况，小区数字化系统具有地面开挖模拟功能，如图6所示。此外，该小区数字化管理系统还有关闭阀门分析、爆管分析和区域分析等功能，为小区的管理和维修提供决策支持。

图6 数字化小区管理系统开挖分析效果图

5 总结

疫情的爆发对小区的管理和服务水平提出了更高的要求，传统的二维图档式小区数字化管理系统已经不能满足小区物业和社区管理者的日常需要，数字化小区与三维地理信息系统技术的结合成为必然。本文基于三维地理信息系统技术开发了一套小区数字化管理系统，在传统小区数字化管理系统基础上增加了强大的GIS功能，可以进行管线统计分析、管线流向分析、开挖分析、拓扑分析、连通性分析，阀门控制分析等，并可以进行三维可视化。本文开发的三维GIS小区管理系统在一定程度上解决了目前小区管理、维修中的实际问题，极大地提高了小区物业和社区工作者的工作效率。