基于GIS的地下管线管理系统的设计分析

基于GIS的地下管线管理系统的设计分析

吴荣安

泰华智慧产业集团股份有限公司山东济南250000

摘要：城市地下管线是城市的生命线，是组成城市地下空间利用与开发的重要部分。城市地下管线包括给水、排水、热力、电信、电力、燃气、工业管道几大类。充分掌握城市地下管线的情况，能保证现代化城市的高效运转，对维护城市生命线的正常运行、保证居民正常的生产生活和社会发展都具有重要的现实意义。随着探测技术的发展，3S技术、数字化测绘技术的广泛应用，传统探测逐渐向电子化、自动化、数字化、信息化的现代探测转变。地下管线信息和与之相关的地形、环境信息从根本上是地理信息，而GIS技术能将地物的空间位置、属性信息进行统一管理，再以一种全新的方式来组织利用信息。因此，采用GIS技术来真正实现地下管线的空间数据、属性数据、拓扑关系的一体化管理和信息共享已成为构建地下管线管理系统的必由之路。

关键词：GIS；地下管线；三维应用

引言：

城市地下管线管理系统是数字城市的核心应用系统之一，可以实现管线信息的动态管理，从而为城市规划和建设提供服务。它不仅能够更好地管理各种主干线信息，及时对各种专业管线数据进行更新、维护，保证管线数据地准确性和现势性，而且能够为管理部门的宏观决策提供准确、实时的管线信息，为城市的防灾、抢险等提供决策服务，为保障城市地下生命线的安全运转提供强大的技术保障。本文深度探讨了城市地下管线管理系统的设计思路，相信对同行有所裨益。

1.地下管线管理系统的设计

1.1系统研究开发总体技术路线

地下管线管理系统包括基于局域网的C/S系统。采用VisualStudio．NET和ArcGISEngine控件集成开发，界面设计采用DotNetBar；空间数据、属性数据和文档数据采用Oracle数据库存储和管理，通过空间数据库引擎ArcSDE进行连接访问；使用的数据包括1∶500基础地理数据、综合管线专题数据和管线探测相关的文档数据，1∶500基础地理数据存放在原有Oracle数据库中，系统直接进行访问，管线专题数据和文档数据存放在单独的Oracle数据库中。

1.2系统开发及运行的软件环境与支撑平台

第一，操作系统服务器端服务器端操作系统采用WindowsServer2012。第二，开发环境C/S部分采用VisualStudio2017和ArcGISEngine10.5控件集成。第三，数据库空间数据、属性数据和文档数据采用Oracle11g存储，采用ESＲI的面向对象数据模型Geodatabase和空间数据库引擎ArcSDE10.5管理。

2.数据库设计

2.1数据组织和管理

地下管线管理系统管理基础地理数据、综合管线专题数据、属性数据和文档数据等，以上数据均采用Oracle数据库存储和管理，通过空间数据库引擎ArcGISSDE和面向对象数据模型Geodatabase进行连接和管理。

2.2系统总体结构

系统采用数据库集中存储和应用分散的方式，基础地理数据和管线数据集中存储，各用户单位不存储和管理数据。系统采用B/S（浏览器/服务器）和C/S（客户端/服务器）混合方式，B/S结构实现图形浏览、信息查询、专题制图等基本地理信息系统功能，C/S结构实现数据更新等高级地理信息系统功能。管理员可通过用户管理模块指定用户名和分配用户权限，各用户单位可通过Internet访问本系统。

2.3历史数据库和临时数据库设计

为防止某些突发事件损坏原始数据，在更新管网数据时，需用一个临时数据库存储更新过程中的管线数据。在数据更新之前，先把现状数据库中的数据复制到临时数据库中，这样在数据更新的过程中，操作的数据全部是临时库数据，如果更新时发现有错误，只要删除临时库相应的数据，然后重新更新时，再把现状库的数据复制到临时库即可。当然在数据更新的过程中，产生的新数据也要保存到临时库，这些新专题数据经过确认后，就可以从临时库进入现状库，成为正式数据。临时数据库和正式数据库具有相同的数据结构。为了便于对管网数据变更进行多时态的分析和历史跟踪，就要对管网数据在时间上进行组织。在数据库中，每个专题要素数据就由两个数据表组成：现状数据表和历史数据表。当某个专题要素数据发生变更后，变更前的专题要素就要载入对应历史数据表内，变更后的专题要素则进入现状库，同时记录管网数据的历史和现状的继承关系和变更时间。

3.系统安全设计

3.1网络安全

系统部署在企业内网，以支持企业内部用户的安全访问。而对于外部访问来说，可以通过防火墙形成安全隔离区，通过部署在隔离区内的反向代理服务器与部署在企业内网中的地理信息系统的Web服务器建立链接，支持来自于公网的用户访问，同时免受外部的恶意攻击。

3.2系统容灾

管线数据库采用三级体系的容灾方案，可以保证数据容灾系统的高度可用性和可靠性，实现平台级的安全。整套解决方案包括存储、备份、灾难恢复。三级体系包括：第一级，为了避免系统单点故障而影响整个系统的情况出现，采用了冗余的手段，从主机、存储设备，乃至光纤适配器，均具备冗余容错功能；第二级，无论是主机或存储设备出现故障，均可通过主/备份中心光纤交换机之间的连接来保证通信和数据的完整性；第三级，在异地建立备份数据库。

4.地下管线系统功能说明以及实现

4.1数据监理

探测单位提交的管线数据提供了丰富的各类规范性检查功能，但只有通过数据监理的数据才能进行数据入库操作。数据监理规则采取动态链接库文件（DLL）加载方式，如果要对规则进行增加和修改，只需将新增和修改DLL文件拷贝到对应的Windows目录即可，不需要重新安装应用程序，保证了系统良好的可扩展性和可维护性。

4.2数据维护

提供了管线数据从入库到各类编辑维护功能的一整套流程方案。1）数据入库：MDB形式的管线探测成果数据入库。包括入临时库、入本地Geodatabase文件、数据更新入现状库。2）数据提取：从管线数据库中提取出部分管线数据，以供相关单位或其他系统使用。提取出来的管线数据形式为PersonalGeodatabase。数据提取的功能包括数据裁剪、按图幅提取、属性过滤提取等。3）历史数据管理：系统设计了历史数据库，以保存所有被删除的管线数据，供日后调阅。历史数据管理的功能除了将被删除的数据保存到历史数据库外，还包括加载历史数据、下载历史数据到本地。4）数据编辑：包括手工绘制、图属对应修改、删除（单个删除、批量删除）、废弃（单个废弃、批量废弃）、恢复废弃（单个恢复、批量恢复）等。5）图例配置：用户对于数据的误操作不可避免，因此提供了数据一键恢复的功能。6）数据回溯：同时检查管点和管线是否符合拓扑逻辑以及管点的X、Y值是否相符合[1]。

4.3三维操作

地下管线的三维操作是将GIS技术与地下管线的管理结合起来，为管理者的管理和查询提供一个真实且直观的环境，通过三维操作能进行常用的三维图形和属性信息的查询、统计和空间分析。本系统的三维操作包括导航、场景缩放、标注、测量、地形、属性、三维应用7个功能。三维应用主要包括连通性分析和爆管分析。连通性分析可搜索所有与之相连通的管线。爆管分析主要是针对给水、排水、热力、燃气这4类管线。爆管事故是指管网中突发的爆管造成的漏水、漏气、漏油等事故。若发生爆管，系统将以喷水、喷火等动画形式来表示事故的发生，然后可以通过空间分析，前向搜索出所有与之相连通的管线，用户可根据搜索结果和事故状况制订合理的处理方案[2]，及时地进行故障排除或人员疏散等。

结论：

简而言之，本文将GIS和地下管线数据相结合，设计并实现了城市地下管线管理系统。在保证数据安全的前提下提高了用户的工作效率，也为城市地下管线的现代化信息化管理提供了新思路。

参考文献：

[1]凌振宝，陈健，耿胜男，等.地下金属管线探测仪接收机的设计与实现[J].吉林大学学报（信息科学版），2018（3）.

[2]韩勇，陈之中，甘宇亮，等.城市地下管线信息系统的结构设计[J].测绘通报，2019（3）.