城市地下管线信息管理平台构建及动态更新

吴飞宇

(蚌埠市勘测设计研究院,安徽 蚌埠 233000)

城市地下管线是一个极其复杂庞大的系统,包括给水、排水(雨水、污水)、燃气(煤气、天然气、液化石油气)、通信、电力、热力、工业管道等几大类,它就像人体内的“神经”和“血管”,日夜担负着传递信息、输送能量和排放污水的工作,是城市赖以生存和发展的重要物质基础,被称为城市的“生命线”[1]。随着蚌埠市经济的快速发展、旧城改造及城市规模的不断扩大,城市地下管网系统也越来越庞大。为了查明地下管线状况,实现管线信息数字化管理,为经济发展提供可靠保障,亟须建立一个应用地理信息系统技术(GIS)的,能够为城市地下管网科学管理、规划设计以及辅助决策等工作服务的城市地下管线综合管理信息系统,实现对城市地下管线全面的信息化管理。本文以蚌埠市综合地下管线信息管理平台工作实际,基于GIS技术,采用面向服务的SOA架构实现城市地下管线综合管理信息系统的建设,并对数据动态更新进行探讨。

平台基于GIS技术,以Oracle数据库进行后台数据管理,使用可视化开发工具及面向对象和组件技术,采用C/S、B/S相结合的架构[2]。其中Client/Server结构采用C#+ArcGIS Engine进行开发[3],实现空间数据的管理与共享,建成一个资源共享、灵活延展的、实用的综合地下管线信息管理平台;Browser/Server结构基于“地理信息共享平台”开发框架进行开发,实现管线数据的发布。总体框架[4]由运行支撑层、数据层、服务层、应用层和用户层以及安全保障体系、运维管理体系、政策法规体系、标准规范体系架构而成[5]。平台采用多层结构,可根据用户的需求对系统应用进行扩充或改版,提高了整体的应用稳定性,为平台的开发提供很好的扩展能力,系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构

运行支撑层主要是负责标准规范体系[6]、平台运行环境、平台安全体系、平台政策法规体系等几个方面,就平台的运行环境而言,从云计算中心、存储系统、网络设备等方面保证平台的稳定性、可用性、可扩展性,为平台信息资源的共享与应用提供支撑。

数据层负责对收集到的数据按照标准化进行分类、整理、入库。主要包括基础地形图数据、各类地下管线数据、影像图数据及规划路网等。

服务层由平台提供的各类业务功能接口和数据接口组成。通过组合和封装服务层提供的各类服务接口资源,可以实现资源的分布式交换;

应用层包括地形图数据管理、管线数据检查与入库、管线数据查询与统计、管线信息的综合分析、管线数据更新与维护、系统管理及对外服务,为平台的业务应用提供支撑。

用户层主要是使用综合地下管线信息管理平台的业务人员和管理人员,方便对地下管线数据的管理与应用。

安全体系是保障以上各层次的安全,并建立相应的安全支撑环境和安全管理制度。

标准规范体系主要是指要建设和遵循的数据的标准规范和技术标准规范[7]。

蚌埠市地下管线信息管理平台的建设[8],采用先进网络技术、GIS技术、数据库管理技术,构架集中管理、分散控制的体系结构,建立一个实用、安全、综合、高效的城市地下管线管理信息系统。通过对市区范围内各类管线相关数据包括基础地形图数据、遥感影像数据、综合地下管线数据和其他数据等进行综合管理,实现对各类管线数据的查看、查询、分析、统计和输出等功能,为城市地下管网规划、设计、建设和管理工作提供高质量的基本管网资料,辅助规划部门实现管线的日常审批和综合管理。蚌埠地下管线信息管理系统主要包括地下管线信息管理子系统、地下管线服务发布及共享子系统和地下管线三维模拟子系统。

本次工作范围是在城市总体规划确定的城市空间开发边界范围内,即:北至宁洛高速,西至合徐高速,南到蚌埠市界,东至蚌埠市界,面积约 420 km2。蚌埠市地下管线数据包括市政类管线、通讯类管线、电力类管线及其他管线四大类。市政类:供水为管径 300 mm及以上给水管及水表井(源水、供水);排水为管径 300 mm及以上排水(含雨水、雨污合流)和 400 mm及以上污水;燃气为管径 90 mm及以上燃气管和调压站(箱);热力为热力管道及阀门井或换热站等。通讯类:光缆、电缆查至分支箱或配线柜。包括电信、移动、联通、有线电视、交警信号、监控网络等(架空管线、通讯基站定点)。电力类:10 kV及以上电压等级输配电线路及开闭所、配电房或变电站(箱)。其他类:主要是各类工业管线等。此次,蚌埠市地下管线数据收集 1∶500综合地下管线图 3 204幅,管线点总数 227 272个(其中明显点数 133 669个,隐蔽点数 93 603个),地下管线总长度 5843.72 km。

3.1 地下管线数据展示浏览

地下管线信息管理平台能够实现基础地形数据、规划路网、市政类管线、通讯类管线、电力类管线、其他管线及遥感影像等成果的浏览查看,如图2所示。通过选择不同数据的图层实现数据的叠加显示,使我们看到不同管线在地下的分布情况,真正达到全面的、结构化、灵活的可视化数据浏览方式,实现各类管线成果数据的展示、查询、统计和管理等功能。

图2 地下管线数据的展示

3.2 智能分析

系统提供了专业的横断面分析、纵断面分析、连通分析、排水流向分析、爆管分析、净距分析、碰撞分析、覆土深度分析和缓冲分析等功能。通过智能分析,在面对管线爆管、检修以及更换阀门等突发事件时,平台可以及时进行预警分析、关阀分析、流向分析以及开挖分析等,从而实现在安全事故出现时,准确快速找到并定位到事故点,为管理部门提供科学性、准确性的应急处理方案,辅助及时排除故障,将事故影响程度降低到最小。爆管分析如图3所示,出现爆管问题,平台可快速检测与爆管点位置连通的管线,将结果动态显示在地图上,快速找出该爆管点所在管线的上下游阀门,并分析出爆管停用管网连接的用户,为城市工程建设提供信息资源和辅助决策指挥。

图3 爆管分析

3.3 辅助规划审批

以往在管线工程线路审批时,不但需要规划部门去现场踏勘,还需要收集现状各类管线数据资料,工作非常烦琐。目前,通过地下管线信息平台实现对管线工程设计图纸CAD的导入功能,可将设计数据与现状管线进行叠加对比分析,辅助提供管线设计报批数据规整检查以及设计合理性分析等功能。将权属单位设计的管线数据导入平台,对报批的管线进行净距分析,埋深分析以及相关指标分析,自动生成设计合理性检查结果报告,如图4所示,审批部门可要求设计单位针对报告中出现的问题进行整改,确保线路设计的合理性,出现不确定的问题再去现场踏勘核实,从而极大地提高规划审批效率。

3.4 三维仿真辅助规划

地下管线信息平台纳入了三维浏览模块,实现了从传统的二维平面到三维的立体展示,通过与周边道路、建筑物与三维管线模型在同一空间框架下的叠加显示,为城市规划提供一个逼真的模拟环境。平台实现了三维可视化方式形象展现地下管线的埋深、形状、走向以及工井结构和周边环境。使得分布于地下错综复杂的管线变得更加清晰明了,极大地方便了排管、工井占用情况、位置等信息的查找。帮助用户快速整合城市地下综合管线数据资源,并提供丰富强大的各类查询、统计、编辑管线、辅助分析等功能。通过缩放、平移、旋转等可从不同角度实时、交互观察各类型管线的空间位置与属性信息,为地下管线资源的规划利用和科学布局等工作提供了准确、直观、高效的参考,提高了决策的科学性和合理性。如图5所示。

图5 地下管线的三维展示

地下管线现代化管理光有技术管理体系是不够的,必须实现管线数据的动态更新,才能实现管线长期的持续的现代化管理。为了保证管线数据的现势性,在现有数据库的基础上,需对新建、改建的地下管线数据进行实时入库更新。管线数据更新源主要包括两种:一是小型零星的管线工程实行备案制,后期项目完工后由管线申请备案部门将相关管线成果数据报送至地下管线建设管理机构,实现地下管网地理信息系统数据更新;二是需要办理规划审批手续的管线工程,具体实施流程如下:

(1)业主单位对已施工完成的地下管线工程进行竣工测量,并对测量数据进行整理,形成竣工核实数据;

(2)业主单位将地下管线竣工核实数据(含管线数据库(.mdb))提交给蚌埠市自然资源和规划局,并申请办理规划核实合格证;所提交数据须符合《蚌埠市城市地下管线探测技术规程》与《蚌埠市城市地下管线数据标准》的要求。

(3)蚌埠市自然资源和规划局委托第三方有测绘资质的队伍开展地下管线规划核实,并形成地下管线规划核实技术报告,确认数据满足规范要求后,核发规划核实合格证。

(4)地下管线建设工程竣工后10个工作日内,业主单位应当将覆土前的地下管线测量数据报送蚌埠市地下管线建设管理机构(简称“管线办”),实现地下管网地理信息系统数据更新。

以涂山路(解放路-雪华山西路)段为例,道路总长 1.5 km。道路工程管线竣工测绘内容包括雨水管道、路灯电缆、交通电缆,查明其平面位置、埋深、材质、规格、走向、连接关系和所在道路等。编制管线数据成果文件和编绘管线竣工图(.DWG),成果包含地下管线成果表及管线数据(.MDB)。管线竣工数据格式及字段类型、字段长度满足《蚌埠市城市地下管线数据标准》要求。经蚌埠市自然资源和规划局竣工规划核实满足规范要求的,核发规划核实合格证;若不满足规范要求,则要求业主单位对存在问题进行整改或设计图纸变更调整备案。依据《蚌埠市地下管线管理办法》,业主单位在工程竣工后10个工作日内将管线测量数据成果资料报送至管线办,管线办接收数据后,利用平台功能数据图形化实现入库数据(.mdb)的图形化转换操作。利用数据监理功能对入库数据(.mdb)进行数据的规范性检查。规范性检查包括数据结构、属性、数据拓扑和完整性等内容。通过工程范围界线对数据进行裁切,保证入库数据和数据库数据的边界吻合,接边的要求是无缝接边,相邻的管线走向和属性是一致的,利用软件成图和切边后,确保误差在允许范围内,从而实现平台数据的动态更新。如图6为涂山路(解放路-雪华山西路)段管线数据更新前后对比图。

图6 管线数据更新前后对比图

蚌埠市地下管线信息管理平台已基本建成,实现了蚌埠市中心城区的排水、供水、供电、燃气、通讯和路灯等各种管线的数据库建设,累计管线总长度约 5 800 km。地下管线信息管理平台集成的数据量大,涉及各种管线数据,在平台使用过程中需建立专业的信息化保障队伍,负责地下管线信息平台的运维及平台数据定期更新管理,保证平台的顺利运行及数据的准确性和现势性。地下管线信息管理平台动态更新是一个长期且艰巨的任务,需结合城市地下管线数据更新现状,分析数据库动态更新存在的问题,制定具有针对性的措施,提高地下管线数据库的现势性、完整性和准确性,更好地为城市建设和规划服务。

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