城市地下管線信息管理平臺構建及動態更新

吳飛宇

(蚌埠市勘測設計研究院,安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

城市地下管線是一個極其復雜龐大的系統,包括給水、排水(雨水、污水)、燃氣(煤氣、天然氣、液化石油氣)、通信、電力、熱力、工業管道等幾大類,它就像人體內的“神經”和“血管”,日夜擔負著傳遞信息、輸送能量和排放污水的工作,是城市賴以生存和發展的重要物質基礎,被稱為城市的“生命線”[1]。隨著蚌埠市經濟的快速發展、舊城改造及城市規模的不斷擴大,城市地下管網系統也越來越龐大。為了查明地下管線狀況,實現管線信息數字化管理,為經濟發展提供可靠保障,亟須建立一個應用地理信息系統技術(GIS)的,能夠為城市地下管網科學管理、規劃設計以及輔助決策等工作服務的城市地下管線綜合管理信息系統,實現對城市地下管線全面的信息化管理。本文以蚌埠市綜合地下管線信息管理平臺工作實際,基于GIS技術,采用面向服務的SOA架構實現城市地下管線綜合管理信息系統的建設,并對數據動態更新進行探討。

1 平臺的總體架構

平臺基于GIS技術,以Oracle數據庫進行后臺數據管理,使用可視化開發工具及面向對象和組件技術,采用C/S、B/S相結合的架構[2]。其中Client/Server結構采用C#+ArcGIS Engine進行開發[3],實現空間數據的管理與共享,建成一個資源共享、靈活延展的、實用的綜合地下管線信息管理平臺;Browser/Server結構基于“地理信息共享平臺”開發框架進行開發,實現管線數據的發布?？傮w框架[4]由運行支撐層、數據層、服務層、應用層和用戶層以及安全保障體系、運維管理體系、政策法規體系、標準規范體系架構而成[5]。平臺采用多層結構,可根據用戶的需求對系統應用進行擴充或改版,提高了整體的應用穩定性,為平臺的開發提供很好的擴展能力,系統總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構

運行支撐層主要是負責標準規范體系[6]、平臺運行環境、平臺安全體系、平臺政策法規體系等幾個方面,就平臺的運行環境而言,從云計算中心、存儲系統、網絡設備等方面保證平臺的穩定性、可用性、可擴展性,為平臺信息資源的共享與應用提供支撐。

數據層負責對收集到的數據按照標準化進行分類、整理、入庫。主要包括基礎地形圖數據、各類地下管線數據、影像圖數據及規劃路網等。

服務層由平臺提供的各類業務功能接口和數據接口組成。通過組合和封裝服務層提供的各類服務接口資源,可以實現資源的分布式交換;

應用層包括地形圖數據管理、管線數據檢查與入庫、管線數據查詢與統計、管線信息的綜合分析、管線數據更新與維護、系統管理及對外服務,為平臺的業務應用提供支撐。

用戶層主要是使用綜合地下管線信息管理平臺的業務人員和管理人員,方便對地下管線數據的管理與應用。

安全體系是保障以上各層次的安全,并建立相應的安全支撐環境和安全管理制度。

標準規范體系主要是指要建設和遵循的數據的標準規范和技術標準規范[7]。

2 地下管線信息管理平臺的功能設計與建設內容

蚌埠市地下管線信息管理平臺的建設[8],采用先進網絡技術、GIS技術、數據庫管理技術,構架集中管理、分散控制的體系結構,建立一個實用、安全、綜合、高效的城市地下管線管理信息系統。通過對市區范圍內各類管線相關數據包括基礎地形圖數據、遙感影像數據、綜合地下管線數據和其他數據等進行綜合管理,實現對各類管線數據的查看、查詢、分析、統計和輸出等功能,為城市地下管網規劃、設計、建設和管理工作提供高質量的基本管網資料,輔助規劃部門實現管線的日常審批和綜合管理。蚌埠地下管線信息管理系統主要包括地下管線信息管理子系統、地下管線服務發布及共享子系統和地下管線三維模擬子系統。

3 地下管線信息管理平臺

本次工作范圍是在城市總體規劃確定的城市空間開發邊界范圍內,即:北至寧洛高速,西至合徐高速,南到蚌埠市界,東至蚌埠市界,面積約 420 km2。蚌埠市地下管線數據包括市政類管線、通訊類管線、電力類管線及其他管線四大類。市政類:供水為管徑 300 mm及以上給水管及水表井(源水、供水);排水為管徑 300 mm及以上排水(含雨水、雨污合流)和 400 mm及以上污水;燃氣為管徑 90 mm及以上燃氣管和調壓站(箱);熱力為熱力管道及閥門井或換熱站等。通訊類:光纜、電纜查至分支箱或配線柜。包括電信、移動、聯通、有線電視、交警信號、監控網絡等(架空管線、通訊基站定點)。電力類:10 kV及以上電壓等級輸配電線路及開閉所、配電房或變電站(箱)。其他類:主要是各類工業管線等。此次,蚌埠市地下管線數據收集 1∶500綜合地下管線圖 3 204幅,管線點總數 227 272個(其中明顯點數 133 669個,隱蔽點數 93 603個),地下管線總長度 5843.72 km。

3.1 地下管線數據展示瀏覽

地下管線信息管理平臺能夠實現基礎地形數據、規劃路網、市政類管線、通訊類管線、電力類管線、其他管線及遙感影像等成果的瀏覽查看,如圖2所示。通過選擇不同數據的圖層實現數據的疊加顯示,使我們看到不同管線在地下的分布情況,真正達到全面的、結構化、靈活的可視化數據瀏覽方式,實現各類管線成果數據的展示、查詢、統計和管理等功能。

圖2 地下管線數據的展示

3.2 智能分析

系統提供了專業的橫斷面分析、縱斷面分析、連通分析、排水流向分析、爆管分析、凈距分析、碰撞分析、覆土深度分析和緩沖分析等功能。通過智能分析,在面對管線爆管、檢修以及更換閥門等突發事件時,平臺可以及時進行預警分析、關閥分析、流向分析以及開挖分析等,從而實現在安全事故出現時,準確快速找到并定位到事故點,為管理部門提供科學性、準確性的應急處理方案,輔助及時排除故障,將事故影響程度降低到最小。爆管分析如圖3所示,出現爆管問題,平臺可快速檢測與爆管點位置連通的管線,將結果動態顯示在地圖上,快速找出該爆管點所在管線的上下游閥門,并分析出爆管停用管網連接的用戶,為城市工程建設提供信息資源和輔助決策指揮。

圖3 爆管分析

3.3 輔助規劃審批

以往在管線工程線路審批時,不但需要規劃部門去現場踏勘,還需要收集現狀各類管線數據資料,工作非常煩瑣。目前,通過地下管線信息平臺實現對管線工程設計圖紙CAD的導入功能,可將設計數據與現狀管線進行疊加對比分析,輔助提供管線設計報批數據規整檢查以及設計合理性分析等功能。將權屬單位設計的管線數據導入平臺,對報批的管線進行凈距分析,埋深分析以及相關指標分析,自動生成設計合理性檢查結果報告,如圖4所示,審批部門可要求設計單位針對報告中出現的問題進行整改,確保線路設計的合理性,出現不確定的問題再去現場踏勘核實,從而極大地提高規劃審批效率。

3.4 三維仿真輔助規劃

地下管線信息平臺納入了三維瀏覽模塊,實現了從傳統的二維平面到三維的立體展示,通過與周邊道路、建筑物與三維管線模型在同一空間框架下的疊加顯示,為城市規劃提供一個逼真的模擬環境。平臺實現了三維可視化方式形象展現地下管線的埋深、形狀、走向以及工井結構和周邊環境。使得分布于地下錯綜復雜的管線變得更加清晰明了,極大地方便了排管、工井占用情況、位置等信息的查找。幫助用戶快速整合城市地下綜合管線數據資源,并提供豐富強大的各類查詢、統計、編輯管線、輔助分析等功能。通過縮放、平移、旋轉等可從不同角度實時、交互觀察各類型管線的空間位置與屬性信息,為地下管線資源的規劃利用和科學布局等工作提供了準確、直觀、高效的參考,提高了決策的科學性和合理性。如圖5所示。

圖5 地下管線的三維展示

4 數據的動態更新

地下管線現代化管理光有技術管理體系是不夠的,必須實現管線數據的動態更新,才能實現管線長期的持續的現代化管理。為了保證管線數據的現勢性,在現有數據庫的基礎上,需對新建、改建的地下管線數據進行實時入庫更新。管線數據更新源主要包括兩種:一是小型零星的管線工程實行備案制,后期項目完工后由管線申請備案部門將相關管線成果數據報送至地下管線建設管理機構,實現地下管網地理信息系統數據更新;二是需要辦理規劃審批手續的管線工程,具體實施流程如下:

(1)業主單位對已施工完成的地下管線工程進行竣工測量,并對測量數據進行整理,形成竣工核實數據;

(2)業主單位將地下管線竣工核實數據(含管線數據庫(.mdb))提交給蚌埠市自然資源和規劃局,并申請辦理規劃核實合格證;所提交數據須符合《蚌埠市城市地下管線探測技術規程》與《蚌埠市城市地下管線數據標準》的要求。

(3)蚌埠市自然資源和規劃局委托第三方有測繪資質的隊伍開展地下管線規劃核實,并形成地下管線規劃核實技術報告,確認數據滿足規范要求后,核發規劃核實合格證。

(4)地下管線建設工程竣工后10個工作日內,業主單位應當將覆土前的地下管線測量數據報送蚌埠市地下管線建設管理機構(簡稱“管線辦”),實現地下管網地理信息系統數據更新。

以涂山路(解放路-雪華山西路)段為例,道路總長 1.5 km。道路工程管線竣工測繪內容包括雨水管道、路燈電纜、交通電纜,查明其平面位置、埋深、材質、規格、走向、連接關系和所在道路等。編制管線數據成果文件和編繪管線竣工圖(.DWG),成果包含地下管線成果表及管線數據(.MDB)。管線竣工數據格式及字段類型、字段長度滿足《蚌埠市城市地下管線數據標準》要求。經蚌埠市自然資源和規劃局竣工規劃核實滿足規范要求的,核發規劃核實合格證;若不滿足規范要求,則要求業主單位對存在問題進行整改或設計圖紙變更調整備案。依據《蚌埠市地下管線管理辦法》,業主單位在工程竣工后10個工作日內將管線測量數據成果資料報送至管線辦,管線辦接收數據后,利用平臺功能數據圖形化實現入庫數據(.mdb)的圖形化轉換操作。利用數據監理功能對入庫數據(.mdb)進行數據的規范性檢查。規范性檢查包括數據結構、屬性、數據拓撲和完整性等內容。通過工程范圍界線對數據進行裁切,保證入庫數據和數據庫數據的邊界吻合,接邊的要求是無縫接邊,相鄰的管線走向和屬性是一致的,利用軟件成圖和切邊后,確保誤差在允許范圍內,從而實現平臺數據的動態更新。如圖6為涂山路(解放路-雪華山西路)段管線數據更新前后對比圖。

圖6 管線數據更新前后對比圖

5 結 語

蚌埠市地下管線信息管理平臺已基本建成,實現了蚌埠市中心城區的排水、供水、供電、燃氣、通訊和路燈等各種管線的數據庫建設,累計管線總長度約 5 800 km。地下管線信息管理平臺集成的數據量大,涉及各種管線數據,在平臺使用過程中需建立專業的信息化保障隊伍,負責地下管線信息平臺的運維及平臺數據定期更新管理,保證平臺的順利運行及數據的準確性和現勢性。地下管線信息管理平臺動態更新是一個長期且艱巨的任務,需結合城市地下管線數據更新現狀,分析數據庫動態更新存在的問題,制定具有針對性的措施,提高地下管線數據庫的現勢性、完整性和準確性,更好地為城市建設和規劃服務。