论文部分内容阅读
【摘要】城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市的生命线，为加强对各种来源，各种类型管线资料的管理，建立基于SuperMap的城市地下管线综合信息系统。该系统支持导入mdb数据库、表格数据、dwg图形、BIM图形等多种格式数据，实现了普查管线、工程管线数据、地上建筑物数据、地下障碍物数据等多源数据的入库、管理、一体化展示及决策分析，可以有效地给规划设计者提供依据，提高建设施工效率。
【关键词】地下管线;多源数据;一体化展示;决策分析
1、引言
城市地下管线是指敷设于城市地下的给水、排水、电力、通信、燃气、热力、工业等管线及其附属设施，主要担负着城市的能源输送、信息传递、排水防涝等功能，是城市基础设施的重要组成部分和城市赖以生存与发展的物质基础，被称为城市的“生命线”。随着我国社会生产力的发展，城市化的进程也高速起飞，各类地下管线规模也日益扩大。最近几年在国家多项政策的推动下，全国各个城市的地下管线普查相继开展并完成，形成了市政道路的管线普查数据;城市的轨道交通、场馆建设等工程项目累积了大量工程管线数据;随着计算机图形技术的发展，管线图也从纸质图发展到dwg图形、BIM图形等多种形式。
因此有必要建立城市地下管线综合信息管理系统，实现对多源数据的统一综合管理，通过地上建筑物、地下管线、地下障碍物的三维一体化展示，市政道路管线、场所内部工程管线、历史管线的一体化展示，局部管线的BIM精细化展示、以及碰撞、爆管、关阀、开挖、搬迁等多种决策分析等，为城市的规划和建设提供依据。
2、系统设计
2.1技术路线
针对上述需求，系统的建设技术路线如下：
（1）整个系统采用客户机/服务器（C/S）、浏览器/服务器（B/S）和移动端/服务器（M/S）的混合型系统架构，充分吸纳C/S、B/S和M/S运行模式的优点。可根据具体应用目的，以不同的模式与之对应：对于空间数据交互较为频繁和GIS空间分析要求较强的功能采用C/S模式，对于管线数据发布和日常业务类的应用要求采用B/S模式，对于应用场所及便携性的应用要求采用M/S模式。
（2）数据库管理系统采用当前国际上先进成熟的关系型数据库管理系统ORACLE存储海量数据，实现对基础空间数据的集中统一管理和分布式应用。
（3）采用SuperMap GIS 9D系列产品作为GIS平台，空间数据库引擎使用SuperMap SDX，通过空间数据与属性数据的相互关联，以网络技术、C/S技术、B/S、M/S技术为基础，进行系统集成。
2.2系统架构
根据应用需求和设计原则，将系统总体结构划分为六层，分别是数据采集层、数据库层、数据交换层、通用组件层、应用层及用户层。
2.2.1数据采集层
主要完成数据的收集、处理和入库。
2.2.2数据库层
各种数据库可以分布式存储，为业务应用提供数据支持。
2.2.3数据交换层
负责各子系统与数据库层之间、数据中心与各应用部门等之间的数据共享。
2.2.4通用组件层
该层构成了本系统的应用服务平台，是本项系统资源的管理者，也是服务的提供者，是业务应用的重要支撑部分，该层的功能实现是一个随信息化应用发展不断完善和拓展的过程。
2.2.5应用层
该层由六个子系统组成，是面向各类用户提供地下管线服务的应用系统集合。主要提供地下管线数据的查询、統计、分析、综合决策及空间分析等支持功能。
2.2.6用户层
用户层由领导、系统管理和维护人员、一般的日常工作人员、Web用户等组成。
2.3数据库设计
本系统的数据库体系是一个多源、多比例尺、多分辨率、海量的基础空间数据库，采用SuperMap空间数据模型进行空间数据的组织。数据库要面对不同的用户或者应用群体，这些应用需求主要表现在数据的快速查询与检索、系统数据的更新与维护、数据的快速交接，适合不同应用领域的产品数据等多个方面。因此将数据库根据不同的数据特点和功能应用需求进行划分，形成一个适合实际数据生产，管理维护和产品开发的数据库体系，具体内容如表1所示：
3、系统主要功能实现
系统具备SuperMap平台的常规功能，以下主要介绍针对多源数据导入，一体化展示及决策分析等功能的实现。
3.1多源数据的导入与一体化展示（见图2）
3.1.1基础地形数据
基础地形数据库所涉及的数据主要包括：DLG数据和DOM数据、DEM数据。考虑到在系统中，基础地形数据库是作为系统的基础数据存在的，在数据管理子系统、数据应用子系统以及业务共享子系统中是作为基础数据和背景底图存在的，所以为了提高系统的效率和节省数据库空间，采用大型关系型数据库ORACLE对数据进行存储。在数据库的组织方面，将基础地形数据按类别存储在不同的数据表中。
3.1.2地上建筑三维模型数据
考虑到在系统中三维实体模型最终是要制作成三维符号导入符号库的，在浏览显示的时候，调用的是三维符号库中的三维符号，所以为了节省数据库空间和提高效率，采用文件库的形式保存三维实体模型。主要存储空间对象的三维几何模型数据和相应的纹理数据，同时，记录几何模型与纹理之间的关系。
在文件库的组织方面，将三维实体模型分为建筑物模型、地形道路模型、路牌模型、路灯模型、植被模型、水系模型、小品模型六类，存放在六个表中。再根据每一个类的特点，具体组织，分类存储在子文件夹中。
3.1.3管线普查数据和工程管线数据
管线普查数据主要是市政道路的数据，精度要求参照地下管线探测技术规程，而工程管线数据则是各个工程施工范围内的管线数据，因为施工要求，有不同的侧重点，总体精度高于普查数据。通过数据处理转换工具，将不同格式的管线数据转换为标准数据结构的mdb格式数据，完成质量检查后可分别导入对应的普查管线数据库和工程管线数据库。 在SuperMapiDesktop9D的地图中根据定制的二维符号库利用管线数据创建二维管线专题图，在场景中根据定制的三维符号库利用管线三维网络数据集创建三维管网场景。其中三维符号库是先利用3DMax软件对各类附属物进行建模，然后再导入符号库并设置好缩放比例，旋转角度等。
本系统中可选择二三维视图，实现二三维管线分屏一体化展示，在二维视图进行查询检索，三维场景可以同步联动展示结果。
3.1.4地下管线BIM数据
数据为BIM软件Revit生产的rvt格式，使用SuperMap提供的插件可以将数据转换为可以导入的格式，考虑到系统中BIM数据需要进行三维展示，在浏览显示的时候，为了节省数据库空间和提高效率，地下管线BIM采用文件库的形式保存，在文件库的组织方面，地下管线BIM数据以部件分类存储在子文件夹中。
3.1.5历史管线数据
历史管线数据是长期以来积累的大量DWG图形，由于时间较早，不再具有现势性，但仍具有一定的参考价值，所以并不对这些数据进行费时费力的数据转换，只是根据图形文件提取其范围和名称作为索引数据，同时将图形文件存储于MangoDB数据库，实现在系统中的定位和浏览。
3.1.6地下障碍物数据
地下障碍物数据指的是既有建筑、河道桥梁、驳岸、市政高架等建（构）筑物基础及地下通道、大型地下室、泵站、沉井等可能影响工程设计、施工的埋藏物。有带属性信息的XLS表文本数据、DWG图形和BIM数据形式。
XLS数据整理成相應格式后可以导入到系统中并创建三维模型，DWG图形可以直接导入到数据库，BIM数据的导入则是先通过插件进行转换再导入。
3.2管线数据决策分析
地图虽然能够直观的显示管线、管点的位置信息，但是它们之间的定量信息及空间联系却不能有效表达，本系统可以对管线数据进行敷设规范分析、网络分析、空间分析及管线搬迁费用预算，为相应决策提供科学准确的数据支持。
管线施工时都要遵从相应的技术标准，满足相应的国家敷设规范，包括与其它管线的水平净距离、垂直净距离、覆土深度等，系统能将国家相应的敷设标准与计算结果显示在视图窗口中，供用户快速地判读相应管线的敷设是否符合国家标准。
网络分析是对各种管线图层进行地理化和模型化，基于他们本身在空间上的拓扑关系，内在联系、跨度等属性和性质来进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果，可以充分发挥各个要素的作用使其最大限度达到预想的目标。
空间分析是通过对不同管线横断面以及同一管线的纵断面进行分析，对管线位置、属性、运动变化规律以及对周围管线或其它对象的相互制约相关影响的关系进行分析。
结语：
本文主要阐述了在地下管线综合信息系统的设计中，针对管线数据多样化，进行相应的数据库设计，并根据数据特点进行不同方式的数据入库，实现多源数据的一体化展示和分析应用，即保证了数据的完整性，也考虑到了系统应用的性能优化等。其中地下管线BIM数据，地下障碍物数据和历史管线数据的处理还处于摸索阶段。随着相关技术的进一步发展，还有更多的数据类型需要去考虑，对于数据的融合与管理应用也需要做进一步的完善。
参考文献：
[1]朱合华，郑国平，张芳.城市地下空间信息系统及其关键技术研究[J].地下空间，2004，24（5）：589-595;
[2]宋锟，沈良.基于SuperMap城市三维综合管网信息系统设计[J].测绘，2019，42（3）：132-135;
[3]纪凡荣，徐友全，曾大林，等.BIM技术在某项目管线综合中的应用[J].施工技术，2013，42（3）：107-109;
[4]苏楠，朱大明，赵海波.基于SuperMap 的二三维一体化地下管网信息系统设计与实现[J].工程勘察，2018，（7）：35-39;
作者简介：
黄芒芒（1984-），男，工程师，主要从事地下管线数据处理及地下管线GIS系统的开发。
【关键词】地下管线;多源数据;一体化展示;决策分析
1、引言
城市地下管线是指敷设于城市地下的给水、排水、电力、通信、燃气、热力、工业等管线及其附属设施，主要担负着城市的能源输送、信息传递、排水防涝等功能，是城市基础设施的重要组成部分和城市赖以生存与发展的物质基础，被称为城市的“生命线”。随着我国社会生产力的发展，城市化的进程也高速起飞，各类地下管线规模也日益扩大。最近几年在国家多项政策的推动下，全国各个城市的地下管线普查相继开展并完成，形成了市政道路的管线普查数据;城市的轨道交通、场馆建设等工程项目累积了大量工程管线数据;随着计算机图形技术的发展，管线图也从纸质图发展到dwg图形、BIM图形等多种形式。
因此有必要建立城市地下管线综合信息管理系统，实现对多源数据的统一综合管理，通过地上建筑物、地下管线、地下障碍物的三维一体化展示，市政道路管线、场所内部工程管线、历史管线的一体化展示，局部管线的BIM精细化展示、以及碰撞、爆管、关阀、开挖、搬迁等多种决策分析等，为城市的规划和建设提供依据。
2、系统设计
2.1技术路线
针对上述需求，系统的建设技术路线如下：
（1）整个系统采用客户机/服务器（C/S）、浏览器/服务器（B/S）和移动端/服务器（M/S）的混合型系统架构，充分吸纳C/S、B/S和M/S运行模式的优点。可根据具体应用目的，以不同的模式与之对应：对于空间数据交互较为频繁和GIS空间分析要求较强的功能采用C/S模式，对于管线数据发布和日常业务类的应用要求采用B/S模式，对于应用场所及便携性的应用要求采用M/S模式。
（2）数据库管理系统采用当前国际上先进成熟的关系型数据库管理系统ORACLE存储海量数据，实现对基础空间数据的集中统一管理和分布式应用。
（3）采用SuperMap GIS 9D系列产品作为GIS平台，空间数据库引擎使用SuperMap SDX，通过空间数据与属性数据的相互关联，以网络技术、C/S技术、B/S、M/S技术为基础，进行系统集成。
2.2系统架构
根据应用需求和设计原则，将系统总体结构划分为六层，分别是数据采集层、数据库层、数据交换层、通用组件层、应用层及用户层。
2.2.1数据采集层
主要完成数据的收集、处理和入库。
2.2.2数据库层
各种数据库可以分布式存储，为业务应用提供数据支持。
2.2.3数据交换层
负责各子系统与数据库层之间、数据中心与各应用部门等之间的数据共享。
2.2.4通用组件层
该层构成了本系统的应用服务平台，是本项系统资源的管理者，也是服务的提供者，是业务应用的重要支撑部分，该层的功能实现是一个随信息化应用发展不断完善和拓展的过程。
2.2.5应用层
该层由六个子系统组成，是面向各类用户提供地下管线服务的应用系统集合。主要提供地下管线数据的查询、統计、分析、综合决策及空间分析等支持功能。
2.2.6用户层
用户层由领导、系统管理和维护人员、一般的日常工作人员、Web用户等组成。
2.3数据库设计
本系统的数据库体系是一个多源、多比例尺、多分辨率、海量的基础空间数据库，采用SuperMap空间数据模型进行空间数据的组织。数据库要面对不同的用户或者应用群体，这些应用需求主要表现在数据的快速查询与检索、系统数据的更新与维护、数据的快速交接，适合不同应用领域的产品数据等多个方面。因此将数据库根据不同的数据特点和功能应用需求进行划分，形成一个适合实际数据生产，管理维护和产品开发的数据库体系，具体内容如表1所示：
3、系统主要功能实现
系统具备SuperMap平台的常规功能，以下主要介绍针对多源数据导入，一体化展示及决策分析等功能的实现。
3.1多源数据的导入与一体化展示（见图2）
3.1.1基础地形数据
基础地形数据库所涉及的数据主要包括：DLG数据和DOM数据、DEM数据。考虑到在系统中，基础地形数据库是作为系统的基础数据存在的，在数据管理子系统、数据应用子系统以及业务共享子系统中是作为基础数据和背景底图存在的，所以为了提高系统的效率和节省数据库空间，采用大型关系型数据库ORACLE对数据进行存储。在数据库的组织方面，将基础地形数据按类别存储在不同的数据表中。
3.1.2地上建筑三维模型数据
考虑到在系统中三维实体模型最终是要制作成三维符号导入符号库的，在浏览显示的时候，调用的是三维符号库中的三维符号，所以为了节省数据库空间和提高效率，采用文件库的形式保存三维实体模型。主要存储空间对象的三维几何模型数据和相应的纹理数据，同时，记录几何模型与纹理之间的关系。
在文件库的组织方面，将三维实体模型分为建筑物模型、地形道路模型、路牌模型、路灯模型、植被模型、水系模型、小品模型六类，存放在六个表中。再根据每一个类的特点，具体组织，分类存储在子文件夹中。
3.1.3管线普查数据和工程管线数据
管线普查数据主要是市政道路的数据，精度要求参照地下管线探测技术规程，而工程管线数据则是各个工程施工范围内的管线数据，因为施工要求，有不同的侧重点，总体精度高于普查数据。通过数据处理转换工具，将不同格式的管线数据转换为标准数据结构的mdb格式数据，完成质量检查后可分别导入对应的普查管线数据库和工程管线数据库。 在SuperMapiDesktop9D的地图中根据定制的二维符号库利用管线数据创建二维管线专题图，在场景中根据定制的三维符号库利用管线三维网络数据集创建三维管网场景。其中三维符号库是先利用3DMax软件对各类附属物进行建模，然后再导入符号库并设置好缩放比例，旋转角度等。
本系统中可选择二三维视图，实现二三维管线分屏一体化展示，在二维视图进行查询检索，三维场景可以同步联动展示结果。
3.1.4地下管线BIM数据
数据为BIM软件Revit生产的rvt格式，使用SuperMap提供的插件可以将数据转换为可以导入的格式，考虑到系统中BIM数据需要进行三维展示，在浏览显示的时候，为了节省数据库空间和提高效率，地下管线BIM采用文件库的形式保存，在文件库的组织方面，地下管线BIM数据以部件分类存储在子文件夹中。
3.1.5历史管线数据
历史管线数据是长期以来积累的大量DWG图形，由于时间较早，不再具有现势性，但仍具有一定的参考价值，所以并不对这些数据进行费时费力的数据转换，只是根据图形文件提取其范围和名称作为索引数据，同时将图形文件存储于MangoDB数据库，实现在系统中的定位和浏览。
3.1.6地下障碍物数据
地下障碍物数据指的是既有建筑、河道桥梁、驳岸、市政高架等建（构）筑物基础及地下通道、大型地下室、泵站、沉井等可能影响工程设计、施工的埋藏物。有带属性信息的XLS表文本数据、DWG图形和BIM数据形式。
XLS数据整理成相應格式后可以导入到系统中并创建三维模型，DWG图形可以直接导入到数据库，BIM数据的导入则是先通过插件进行转换再导入。
3.2管线数据决策分析
地图虽然能够直观的显示管线、管点的位置信息，但是它们之间的定量信息及空间联系却不能有效表达，本系统可以对管线数据进行敷设规范分析、网络分析、空间分析及管线搬迁费用预算，为相应决策提供科学准确的数据支持。
管线施工时都要遵从相应的技术标准，满足相应的国家敷设规范，包括与其它管线的水平净距离、垂直净距离、覆土深度等，系统能将国家相应的敷设标准与计算结果显示在视图窗口中，供用户快速地判读相应管线的敷设是否符合国家标准。
网络分析是对各种管线图层进行地理化和模型化，基于他们本身在空间上的拓扑关系，内在联系、跨度等属性和性质来进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果，可以充分发挥各个要素的作用使其最大限度达到预想的目标。
空间分析是通过对不同管线横断面以及同一管线的纵断面进行分析，对管线位置、属性、运动变化规律以及对周围管线或其它对象的相互制约相关影响的关系进行分析。
结语：
本文主要阐述了在地下管线综合信息系统的设计中，针对管线数据多样化，进行相应的数据库设计，并根据数据特点进行不同方式的数据入库，实现多源数据的一体化展示和分析应用，即保证了数据的完整性，也考虑到了系统应用的性能优化等。其中地下管线BIM数据，地下障碍物数据和历史管线数据的处理还处于摸索阶段。随着相关技术的进一步发展，还有更多的数据类型需要去考虑，对于数据的融合与管理应用也需要做进一步的完善。
参考文献：
[1]朱合华，郑国平，张芳.城市地下空间信息系统及其关键技术研究[J].地下空间，2004，24（5）：589-595;
[2]宋锟，沈良.基于SuperMap城市三维综合管网信息系统设计[J].测绘，2019，42（3）：132-135;
[3]纪凡荣，徐友全，曾大林，等.BIM技术在某项目管线综合中的应用[J].施工技术，2013，42（3）：107-109;
[4]苏楠，朱大明，赵海波.基于SuperMap 的二三维一体化地下管网信息系统设计与实现[J].工程勘察，2018，（7）：35-39;
作者简介：
黄芒芒（1984-），男，工程师，主要从事地下管线数据处理及地下管线GIS系统的开发。