城市管线空间数据协同更新方法的设计与实现

周 静，严建国，邓晓红

(南京市城市地下管线数字化管理中心，江苏 南京 210000)

0 引 言

地下管线作为重要的市政基础设施，随着智慧城市、韧性城市等理念的普及，其信息化管理水平发展迅速。根据国家、省、市对于管线信息普查和信息化建设工作的指导意见和要求，新一轮的管线普查和建库工作方兴未艾[1-3]。为确保管线数据的准确性、现势性和应用价值，各城市均建立了各具特色的管线动态更新机制。通过调研分析，目前国内管线数据动态更新主要有2种模式：① 以管线权属单位或建设单位为主导，通过地下管线竣工测量与数据汇交实现动态更新[4-5]；② 以综合管线信息管理部门为主导，通过政府采购测绘服务进行跟踪测量的方式实现动态更新[6-7]。模式1依赖于管理制度的保障和数据汇交单位的主动性，在缺乏完善的制度约束下，难以保证长效性和时效性，同时由于数据采集的主体较多，数据质量参差不齐；而模式2由政府主导，在财政资金的保障下，能够建立稳定的动态维护机制，保障数据质量，然而该更新方式的时效性依赖于管线变化信息的及时获取，且经费投入较大，与管线权属单位信息共享程度较低或缺乏，属于单向维护的模式。

本文通过制定统一语义的管线数据标准，提出以管线动态变化信息交换为核心的管线数据协同更新方法，打通综合管线数据与专业管线数据之间的管理闭环，形成共享融合、协同更新的管线数据更新管理模式。在该模式下，通过研究综合管线与专业管线的数据模型差异和属性差异，建立两类数据之间的语义映射关系，为综合管线与专业管线的数据共享交换提供理论依据。结合管线管理模式的差异，探索性地提出了“分库管理、协同更新、差异应用”的管线数据管理方法，将综合管线信息管理模式和专业管线信息管理模式有机结合，实现优势互补和资源共享。在该方法体系下，综合管线信息管理部门承担数据接收、审核、探测和更新等工作，而管线权属单位和主管单位主要完成变化信息的及时上传和更新数据的接收利用，通过变化信息与更新信息的双向交换，提升管线数据更新的效率和质量，也为综合管线与专业管线数据的融合奠定基础。

1 管线数据协同更新方法

区别于传统的管线数据更新方法，协同更新方法主要是通过不同部门之间的信息共享交换、系统互联互通实现管线变化信息的实时获取，由综合管线信息管理部门根据变化信息开展统一的数据探测。同时，基于综合管线和专业管线数据标准融合构建共享交换数据库，搭建共享交换平台，完成两类数据的协同更新，减少重复探测，实现高效集约管理，推进管线“一张图”建设。

协同更新方法体系主要包括标准规范、管理机制、安全保障、数据体系、管理系统和工艺流程，其框架结构如图1所示。

图1 管线数据协同更新方法框架图

标准规范是实现综合管线数据和专业管线数据协同更新的指导和依据，包括协同更新的数据标准、探测技术规程、其他技术规范等，其核心是数据标准。数据标准提出了综合管线数据和专业管线数据在属性结构和语义表达上的映射关系，根据映射关系能够便捷地实现变化数据和更新数据的抽取和转换。

管理机制包括数据管理、更新、共享的工作机制和管理办法等，规定了不同单位和部门在协同更新过程中的职责，明确组织管理方式、流程、时间规定等内容，为各项业务开展提供制度保障。

安全保障主要包括支持系统运行所需的硬件设施、软件设施、网络环境和机房保障。基于相关安全管理规定，将数据安全、信息安全、机房安全、网络安全的先进技术与管理方法纳入保障体系。

数据体系包括综合管线数据库、专业管线数据库、业务数据库、共享交换数据库，其中综合管线数据库和专业管线数据库主要指支撑综合管线业务系统和专业管线业务系统运行的基础数据库。

管理系统是实现管线数据协同更新的软件平台，包含数据管理、数据应用、共享交换等功能模块。平台通过权限管理实现了不同类型管线数据的共享交换和协同更新，基于共享用户需求，提供差异化的功能服务、数据服务与产品服务，构建集数据更新管理、共享交换、应用分析于一体的综合性平台。

工艺流程主要是指协同更新的流程设计，是协同更新方法的核心。通过打通综合管线数据与专业管线数据的管理流程，实现信息的双向流通与更新，提高更新效率与质量，提升管线数据管理水平。

2 关键技术与组成部分

2.1 标准规范

管线数据协同更新的标准规范体系主要包括统一语义的管线数据标准、管线探测规程及管线数据共享交换技术规范等。统一语义的数据标准是通过管线数据差异分析、属性对比、语义分析等，提出综合管线和专业管线设施设备的映射规则，并以两类管线数据的相同属性为基础要素，构建共享管线数据模型，形成共享交换数据库。管线数据探测规程主要规定了管线探测的技术准备、管线测量、竣工测量、数据处理、工程监理、管线探测成果检查和验收等内容和要求，保障了管线数据成果质量。共享交换技术规范规定了管线数据共享交换管理的流程、内容和方式等相关要求，为共享交换平台建设提供支撑，确保数据管理与应用的规范化和科学化。

2.2 数据体系

本文的数据体系主要包括综合管线数据库、专业管线数据库、共享交换数据库和业务数据库。综合管线数据库和专业管线数据库主要存储综合管线和专业管线基础空间信息。基于统一语义的管线数据标准，提取两类数据的属性映射关系，构建共享交换库，如表1所示。共享交换库作为管线协同更新的中间库，是以综合管线数据和专业管线数据相同属性为基础进行构建，确保管线变化信息能够被有效识别。在管线数据更新时，首先将综合管线属性项的信息赋值到共享交换库的属性字段中，再同步到专业管线数据库，对映射的专业管线属性项进行赋值，完成两类数据库的协同更新。业务库存储了服务申请、案件管理、信息反馈等信息。

表1 综合管线与专业管线属性关系映射表

2.3 流程设计

在传统的数据采集管理方式中，综合管线数据管理流程与专业管线数据管理流程相互独立，两者均依据各自的数据标准和管理需求进行信息更新和维护，信息共享也停留在“初级阶段”，即线下数据拷贝或线上服务共享[8-9]，鲜有涉及两类数据融合或者管理流程的交互，信息壁垒和管理壁垒长期存在。一般而言，综合管线数据动态更新的主要流程与环节包括：外业巡查(供图申请)、现场核实、管线修补测、动态更新。专业管线数据动态更新主要依赖于工程建设、施工改造后产生管线信息变化，通过委托测绘单位或自行开展跟踪测量，实现数据更新。本文所提出的管线数据协同更新方法，流程如图2所示，利用专业管线信息管理部门对管线动态变化信息掌握的及时性和综合管线信息管理部门在数据探测成果质量管理上的权威性，以统一语义的数据标准为指导，建立两类数据动态交互的通道，在管线变化信息产生后，由专业管线信息管理部门将该信息共享给综合管线信息管理部门，然后由其根据变化信息组织管线探测，探测成果数据以共享交换数据库为纽带，实现综合管线数据库和专业管线数据库的协同更新，将不同类型的数据管理流程相联通，打破各自独立的业务闭环，实现信息共享。

图2 管线数据协同更新流程设计图

2.4 软件支撑

根据管线数据协同更新与共享应用需求，构建管线信息共享交换平台体系，包括资源门户、管线应用系统、交换管理系统、运维管理系统。资源门户提供资源展示、信息反馈、共享交换、变化信息上传、更新数据下载等功能，通过权限管理，可对不同管线单位的管理范围、管理内容等进行差异化配置。管线应用系统为用户提供了资源申请、服务浏览、查询统计、空间分析等功能。交换管理系统通过变化信息自动捕捉与实时上传，实现专业管线变化更新信息的即时交换，该系统主要用于专业管线信息管理部门，实现了双方管理系统的深度互联互通。运维管理系统主要提供服务管理、用户管理、日志管理、配置管理等功能。

2.5 机制保障

管线数据协同更新方法的机制保障主要包括组织管理、流程规范、质量管理、时间保障、安全管理、保密管理等制度内容。为确保数据更新的时效性和准确性，建立规范机制，综合管线信息管理部门与专业管线信息管理部门通过制定共建共享协议规定，明确信息共享交换的时间、格式、类型和属性要求。针对管线权属单位和主管部门的数据结构、数据组织、更新方式、平台基础，制定个性化管线信息共享应用方案，形成长效管理机制。由于管线数据的涉密性，共享单位间需通过签署保密协议、明确信息系统等级保护要求、采购安全保密产品等方式加强安全管理，建立安全防护屏障。

3 原型系统

本文基于城市管线空间数据协同更新方法，设计实现了管线地理空间信息共享交换平台，系统采用面向服务的架构，实现了管线变化数据的共享交换、数据动态更新、服务共享、二三维一体化、辅助分析等功能，系统界面如图3所示。

图3 系统界面图

通过系统，施工改造、新建、废弃等管线项目信息以案件流的形式进行共享与更新，管线项目覆盖的空间范围可在系统底图上进行标注和叠加显示，提供给用户直观的信息浏览与查询方式。同时，系统为用户提供丰富便捷的通信功能，促进不同部门间的业务交流，也提高了数据协同更新的效率。为进一步拓展数据应用范围，系统提供了多元化的综合信息服务资源与专业信息服务资源，用户既可以使用系统所共享的服务进行浏览、查询、统计与分析，也可将共享服务与本单位的业务数据叠加开展数据融合、数据挖掘等工作，拓展管线数据应用领域，使管线数据的协同更新更具现实意义。

4 结 语

管线数据动态更新是共享应用的基础，高效集约的数据更新方法一直是该领域的研究热点和难点。本文通过研究和分析综合管线数据和专业管线数据更新的传统方法和流程，以管线工程规划、建设等项目建设为切入点，通过项目变化信息的共享交换打通不同部门间的管理闭环，形成城市管线空间数据的协同更新方法。以统一语义的管线数据标准为基础，实现两类数据的属性结构映射，构建共享交换数据库，并完成系统研发，为管线动态变化信息的共享交换、协同更新、分析应用提供了平台保障，有效提升管线数据管理和应用水平。