市政工程施工管线信息管理移动终端系统的设计与实现

向祎，李黎，林磊，张欢，刘琳

(武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

1 引 言

目前，我国绝大多数城市都已经完成了城市地下管线普查建库和信息系统开发建设工作，城市地下管线相关工作进入了数据更新管理和系统运行维护阶段。但是由于城市建设的飞速发展，涉及地下管线的市政工程施工也愈发频繁，因为城市地下管线数据库和管线信息系统数据共享闭塞，应用推广缓慢和管理效率低下等问题而造成的管线施工事故仍时有发生。城市地下管线信息如何科学先进地管理及安全高效地共享，是管线行业管理部门及管线数据库和信息系统平台运维单位亟待解决的问题。

本文利用微信小程序，图像识别和跨网段查询等技术，在移动终端上设计了一款操作简单、使用便利的市政工程施工管线信息管理系统，可以增加管线施工现场信息的传递速度，保障工程各参与方的信息互联互通，解决在施工过程中现场出现的一系列问题，从而提高市政工程的管线施工管理效率。

2 关键技术

2.1 二维码标识项目信息

市政管线施工工程在施工时经常出现施工人员变动频繁，相关各部门对项目的信息沟通不通畅等问题，因此，系统设计时使用二维码图像识别技术(图1)，将二维码与具体的工程信息相对应，直接放置在工地现场，项目参与人员通过扫描二维码可直接识别施工工程的工程编号，施工时间，施工人员等信息，并通过工程编号，可通过系统后台的查询服务关联查询到项目的计划，责任单位，报建时间和报建资料等详细信息，大大简化了信息获取中的交互过程。

图1 项目二维码

2.2 使用微信小程序进行项目管理

微信小程序是近年来新兴的一种与微信绑定的不用额外下载就能使用的应用，其在腾讯公司全新定义的技术规范和架构进行开发。微信用户通过扫描二维码或者在微信中搜索即可打开小程序进行使用，无须额外对移动端应用进行安装，也避免了针对不同移动设备操作系统进行分类开发和部署的不便。与传统Web前端开发一样，小程序用JavaScript、JSON、CSS等语言规范进行程序代码的开发，便于程序员进行开发，保证了小程序的开发效率；而小程序页面基于本地进行加载，不需要通过频繁的请求服务端来实现，减少了交互的次数，提高了小程序的执行效率。

市政工程施工管线信息管理系统采用微信小程序进行开发，以具体的施工工程项目为管理单位，无论是施工工程项目的管理人员、施工人员、监理还是运维保护人员，均只需使用微信扫描项目二维码，即可进入该项目的管理流程，并利用小程序的通信接口，随时随地联系项目的有关人员，方便地进行该工程项目管理。

2.3 跨网段查询管线空间信息

城市地下管线数据库因为数据安全原因不能直接将管线空间信息数据或地理信息服务发布在互联网上，同时因为投影坐标系的原因也不能位置一致地叠加在微信小程序所使用的公开地图上。因此，针对查询工程项目范围线内管线信息的要求，市政工程施工管线信息管理系统设计时在政务外网服务器上部署一套数据加密传输处理服务，用以对互联网和内网的数据进行传输中转，即在移动终端请求发送项目的范围线坐标，发送到政务外网服务器，经过加密传输后由VPN发送到内网服务器进行坐标转换和空间查询，整个坐标转换和空间查询的过程全部在内网完成，完成后将脱密的管线信息结果以表格的形式传输给政务外网服务器，进而读取到移动客户端上，实现跨网段信息查询。具体的查询方式如图2所示：

图2 管线信息查询方式图

3 系统设计

3.1 架构设计

市政工程施工管线信息管理系统的总体技术架构图如图1所示，整体分为三层：

图3 系统架构图

(1)数据层：是由各类市政工程数据的业务关系数据库和GIS地理信息空间数据库构成，包括各类市政工程项目数据和地下管线数据，主要有基础地理空间数据、综合管线专题数据、项目工程业务数据、系统管理数据和元数据等。

(2)服务层：负责各类数据的业务逻辑实现，包括空间数据服务接口和业务功能服务接口，空间数据服务接口通过空间数据引擎进行空间数据的存取、交换、表现和操作等；业务功能服务接口则处理各类业务管理流程，包括管线项目信息的共享和互连。

(3)应用层：主要为市政工程施工管线信息管理系统小程序，在移动终端上通过微信平台运行。

考虑到地理空间信息的数据特性，系统所涉及的后台运算分为公开业务功能服务读取和专业空间数据服务运算两块。市政工程中的公开信息服务在互联网环境下通过微信小程序直接进行读取。专业服务运算由于涉及专业GIS服务和复杂的地理信息数据库，采用独立后台加密传输的方式进行，小程序只做发送数据请求和接收数据服务结果信息。系统数据请求采用公开服务读取和专业服务运算进行分离的设计，既保留了微信小程序请求后台快捷轻量的特点，又避免了小程序无法进行专业GIS数据运算的缺陷。

3.2 数据库设计

市政工程施工管线信息管理系统数据库的设计遵循自顶向下，逐步求精的原则，为系统的功能实现提供数据支持，主要管理综合地下管线相关的空间数据和属性数据，和工程业务数据的项目信息和用户信息，具体数据的分类如表1所示。

数据总表 表1

系统数据库结构如图4所示，用户数据库与工程项目数据库为多对多的关系，即一个工程项目可以对应多个用户，而一个用户也可以对应多个项目，而工程项目数据库和地理空间数据库为一对多关系，一个工程项目对应多个地理信息子类。

图4 系统数据库结构图

系统数据库中的地理空间数据库主要以GIS矢量数据的形式进行存储，便于进行空间关系的运算和分析，而市政工程项目的业务数据采用关系型数据库的形式进行存储。

3.3 主要功能模块实现

(1)项目应急联络

系统通过微信小程序扫描具体施工工程项目对应的二维码，根据注册时填入的用户信息调用微信相应的接口进行登录用户信息的获取，自动形成项目的通讯录(图5)，在遇到项目出现工程事故，安全问题等紧急情况时，施工各方可通过微信小程序自带的消息和通话接口进行通讯联系。

图5 项目应急联络

(2)综合信息展示

系统可以对项目的位置信息和属性信息进行展示(图6)，施工各方可以通过系统读取到市政工程项目的全方位信息，包括项目的总体计划、施工计划、施工单位、开工时间、管线保护记录和施工过程时间等重要工程节点信息，以及工程范围内的管线分类统计等管线空间信息，从而更加深入地了解项目实施的具体情况和地下管线分布的综合概况。

图6 综合信息展示

(3)施工过程管理

系统对市政工程中的各个环节进行了过程管理，包括记录了施工各方在开工、交底等重要环节的信息以及项目管理部门的会议和巡查情况，做到施工、检查信息的溯源管理。主要管理功能包括：

①指定人交底

项目的参与人员对管线建设施工和运维保护操作指定对象进行交底，在系统中告知，并要求交底对象对重要事件进行反馈，从而保证项目施工过程中施工单位与管线运维单位对施工行为相互明确，保证施工时的管线安全。

②会议交底

项目建设单位和监理单位在工程项目在实施过程中对召开的各种会议进行交底，记录会议的内容以及公开的附件资料，供管线施工单位和运维保护单位进行查看，保证项目施工过程中信息的全方位记录。

③工作记录

项目各单位在日常的施工过程中进行工作记录(图7)，对施工管理、施工进度、施工中发现的问题及安全隐患进行记录上报，从而能做到施工信息的溯源。

图7 项目施工过程管理

4 应用状况

市政工程施工管线信息管理系统在实际的应用过程中，具备应用推广快速，沟通渠道灵活，空间分析智能化，信息记录全方位等特点。

在市政工程项目的施工过程中，一般由建设单位主导项目建设，施工单位进行项目的开挖施工，管线权属单位负责项目施工区域下的其所属管线进行保护，相关监管部门进行项目的管理。由于人员变动频繁，工作职责独立，很难建立全面立体的联系机制。而通过在施工现场进行二维码的放置，项目所涉及的各类用户可以跳过复杂的应用APP的安装过程，直接在微信上扫描二维码进行系统小程序的安装。系统自动归集用户通信信息，形成项目通讯录供各类用户日常工作联系使用。建设单位，施工单位，管线权属单位的开工记录，管线交底信息，也会通过系统进行全方位的记录，方便监管部门的管理人员进行应急响应和事故溯源，同时管理人员通过系统完成距离最近项目的获取和项目范围内的管线类别长度情况等空间分析统计。

5 结 语

现阶段，城市地下管线如何在现有的管线数据和信息平台上进行深层次的管理，还需要做进一步的探索和研究。本文介绍的市政工程施工管线信息管理移动终端系统，把现有的管线平台与具体的业务管理领域相结合，通过二维码，微信小程序和移动GIS技术，增强了市政工程管线项目参与各方的沟通和交流，加快了信息的传递，提高了施工管理的效率，为城市地下管线的保护起到了积极有效的作用，在实际项目的应用过程中得到了各类参与用户的良好反馈。为地下管线的施工管理提供了一个新颖实用的思路。