城市地下管线信息系统建设的实践与思考

城市地下管线信息系统建设的实践与思考

陈发波

深圳华粤城市建设工程设计有限公司  518111

摘要：城市地下管网是城市地下空间的重要组成部分。其中，城市地下综合管网是指电力、通信、供水、煤气、天然气等管线，集中在同一个空间下地下道路所构成的一个现代城市基础设施，具有科学性和密集性。本文对城市地下管线信息系统建设进行研究，有益于合理开发利用城市地下空间，探索城市管线建设的创新性，希望本文的研究可以为相关人员提供帮助。

关键词：地下管线；信息系统；地下空间

引言

城市地下管线关系到城市的生存与发展。城市地下管线集成管理信息系统能够对管线进行多阶段的一体化管理，从而推进城市运行和管理的数智化进程，在城市地下管线的维护、城市规划设计和城市建设等方面，都起到了很大的作用。近几年，地下空间的集约化开发和利用，使其成为城市管理的一项重要工作，即加强对城市地下空间的规划与建设，使其有序、安全、集约化管理。

一、基本原则

由于建筑工程具有很高的复杂性，因此，城市地下管线信息系统是一个很复杂的技术平台，涉及多专业领域，比如地理信息系统、数据采集、计算机网络、数据库、文件管理等。由于系统信息量大，数据格式多样，因此，在实际应用中存在一定的困难。提升系统建设的水平，该体系的设计应该遵循如下几个基本原则：（一）整体性。在统一技术标准的要求下建立一个数据管理平台，通过充分调研和需求分析，确保信息内容的完整性，以保证系统的各项功能都满足设计的要求，并保证信息可以对应的数据。（二）安全性。城市地下管线的信息化建设关系到城市的未来，其数据关系到城市的安全。确保系统的安全性，以增强其稳定性。（三）开放性。在城市地下管线信息系统中，可针对各种管线的设计与优化需求，对其数据进行实时更新调整。（四）先进性。加强城市地下管线综合管理，引入先进技术和管理经验。

二、系统功能

深圳某地下管线与地质资料三维信息管理系统，其中地下管线三维信息管理系统的主要功能有：（一）数据录入子系统。地下管线的资料主要包括图纸资料和竣工测量资料等。在这种情况下，需要对各种信息进行适当的处理，并对输入方式进行优化。其中包含了图形扫描向量化、点线表数据输入、其他系统输入。同时，本系统还提供了对录入数据结果进行检验与分析的功能，进一步增强了数据的正确性与完整性。（二）管理系统。管理子系统为整个系统的核心功能，诸如图形创建、管线图编辑、符号库管理、数据输入与输出以及系统转换等基本管理功能。（三）应用功能系统。主要实现了对管线数据的管理和分析功能，主要包括管线查询、管线统计、管线分析、专题图制作、历史数据等。（四）发布系统。该子系统的任务是为用户提供可配置数据与资源，其中包含了用户如：搜索、网页浏览等需求。

三、系统架构与技术设计

（一）系统架构设计

系统是以先进的GIS技术、空间数据库技术及三维技术为基础对地铁沿线的管线、地质信息与数据实施综合管理；它以地理空间数据库、三维模型库为基础，运用地理模型分析方法为手段组成一个共享平台，对地铁沿线各类信息资源及数据进行采集、管理、分析和有机的集成，构成一个具有空间性和动态性的地铁资料数据库的管理系统。见图1。

图１某地下管线与地质资料三维信息管理系统总体架构图

(1)网状结构。综合管线管理系统采用了客户机/服务器（C/S）与浏览器/服务器（B/S）相结合的方式。该系统由地图服务器、Web服务器、地下空间数据服务器、业务服务器四大核心组成。服务器互不干涉，极大地减轻了数据的存储，运算，传输等环节的负荷。该多层次的网络体系结构模式，能够将后台的数据库与前端的应用进行有效的分离，安全性能得到了极大地提升。

(2)逻辑架构。系统分为应用功能层、基础处理层、数据服务层三层。在应用功能层，对应用系统的问题分析和功能定义（三维数据、综合管线、设备、图层管理等）。基础处理层用于处理基系统数据。包括钻孔生成地层模型、三维剖切、智能搜索、剖面图形处理、复杂模型分割、坐标转换等。数据服务利用ArcSDE存储管理各种空间数据和属性数据。用ArcGISServer提供影像和地图缓存服务，这样可以高效访问影像和相对固定的矢量地图数据。基础处理层调用数据服务层的数据。系统数据包括，全深圳地表影像、各种基础地理矢量数据，地铁1、2、5线的工程地质钻孔数据，工程勘察文档、1、2、5线安保区范围的地下综合管线管线、安保区检测和工程数据。另外还有标志建筑、地铁隧道、站点、地下管线、岩土工程地层等三维模型数据。

（二）主要技术路线

面向大规模数据和宽带接入的重要应用，对系统的稳定性有很高的要求。此架构设计合理，灵活性强，可以满足目前的需要，为以后的系统调整与升级留出一定的空间。城市地下管线综合管理系统结构从安全、应用集成等角度较好地满足了该系统的设计需求。系统所用到的数据全部存储在数据库中，用于储存管线信息管理及应用平台的全部资料。中间层开发了一个应用程序，在客户进入管线时，在后台通过GIS数据库引擎进行数据处理。因此，可以利用数据库技术可靠性，来满足系统功能需求。在安全性、可靠性、运行效率、数据支撑等多个层面上，还具备较强的整体可视化能力。

四、多源数据库数据组织方法设计

（一）地下管线综合管理信息系统

数据库主要有：地形地貌数据库、遥感图像的数据库、基础地理数据库、数字城市的地下管线数据库等。从数据特征上看，可以将数据划分为关系型数据、空间向量型数据、图像型数据、文本型数据以及非结构型数据。数据库是一种将属性与空间信息相结合的综合性数据库。针对多源信息的特征，采用多种方法对其进行融合，确保各类型信息间的一致性，从而提升各类型信息的综合利用率。

空间关系数据库：以已有的数据库为基础，对具有地理特性和数据进行管理。对其进行零散的、海量的、地理分布的栅格数据进行索引，构成锥体空间栅格数据的管理。

文件编目系统：利用成熟的操作系统文件存储技术，具备从文件中抽取内容、文件的索引、文件的编辑等功能。

二维关系数据库：基于该数据库对不具有空间特性、但具有语义逻辑、重复明显的数据进行管理。

结构化档案储存：将资料储存为具有明确的语意和较少的维数，储存为结构化档案。在对数据进行组织的过程中，对数据的属性域进行了有效的组织，以降低数据的冗余度。

（二）系统功能实现

(1)对数据进行动态管理。数据动态管理子系统包括文件名调整、地图阅读、地图查询、统计分析、数据管理、数据编辑、显示系统、验证表单管理模块、存储、查询、分析和利用数据。

(2)三维一体化应用。三维综合应用子系统包括六大功能模块，即导航功能模块，空间分析功能模块，调查统计功能模块，专题分析功能模块，四维网络功能模块，以及决策辅助功能模块。能够更加直观地展示管线在三维场景中的空间位置，为管线规划和设计提供决策依据。

(3)信息交流。地下空间的可视化与定位、地下空间的查询统计、地下空间的统计等三大功能模块构成了地下空间的信息共享平台。

(4)自动更新数据。其中，自动更新系统的功能是对地下管线进行自动化的维护，并对地下管线进行自动化的三维空间数据进行自动化的更新。

(5)系统运行维护。系统管理模块实现了责任管理、权限管理、日志管理等功能。

(6)项目文档管理系统。工程文件管理系统是对工程文件进行下载，并对用户信息进行管理的系统。

（三）系统运行效果

系统共录入58978条管线，管线总长1300多km，向社会公众提供了详细的管线信息。系统使用效果良好，提高了工程管理质量和效率，节省了大量的社会资源。系统成果总体上达到了国际先进水平，在ArcGIS平台上建立的三维一体化数据模型和三维交互应用等方面达到了国际领先水平。

结语

建立了城市地下管线三维综合管理信息系统，对管线进行了信息化、动态管理。为相关部门在城市规划、建设与管理中的应用提供决策依据与信息支持。同时，也推动着城市信息化、“数字城市”的发展。

参考文献

[1]张一龙.GIS在智慧城市建设中的应用探究[J].西部资源,2022,(02):34-35+38.

[2]孙凯.城市地下管线普查的实践与思考以潍坊市中心城区地下管线普查为例[J].中国建筑金属结构,2021,(07):66-67.

[3]李俊义.城市地下管线探测及地下管线信息系统建设探究[J].智能城市，2021，7(05):65-66.