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　　[摘要]在充分分析信息技術發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢的基礎上，緊密結(jié)合實際業(yè)務需求，基于GIS技術并利用網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、三維和北斗高精度定位等技術，建立集中供熱地理信息平臺。將熱力集團多年累計的海量碎片化圖紙資料連結(jié)成一體，以滿足設計與管理單位的日常生產(chǎn)和工作需求。

　　[關鍵詞]地理信息系統(tǒng)(GIS);數(shù)據(jù)庫;三維;集中供熱

　　0引言

　　城市管網(wǎng)是城市正常運轉(zhuǎn)的生命線和基礎設施，供熱管線是城市管網(wǎng)的重要組成部分[1]。2014年6月發(fā)布的《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》，明確提出了城市管線數(shù)字化管理的要求[2]。北京市熱力工程設計有限責任公司承擔北京市熱力管線的規(guī)劃和設計工作。公司自成立以來因設計的需要，逐年投入大量人力物力與資金，積累了海量的北京市熱力集團熱力管線及附近相關管線的高精度測量資料，主要是以紙質(zhì)資料和CAD圖形存在。傳統(tǒng)的管理模式和手段已遠遠落后，對于各種突發(fā)事故更不能及時作出應對決策，從而造成資源浪費[3]。

　　相關期刊推薦：《區(qū)域供熱》是中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會會刊，是國內(nèi)外公開發(fā)行的技術性刊物。介紹國內(nèi)外熱能生產(chǎn)、輸配先進技術及新材料、新設備、新工藝的研究與應用情況，刊載城市供熱規(guī)劃、設計、建設、管理的專題文章，以宣傳節(jié)約能源、減少環(huán)境污染、改善人民的生活環(huán)境為已任。

　　20世紀90年代，美國率先提出了數(shù)字化管道的概念[4]。地理信息業(yè)隨著智慧地球、智慧城市大數(shù)據(jù)時代的到來，得到了空前的發(fā)展。我國在地理信息業(yè)的發(fā)展不落后于世界先進水平[5]。隨著3S(RS、GPS、GIS)技術的推廣與集成應用，城市管網(wǎng)管理已從CAD時代過渡到GIS時代。

　　城市三維模型是許多GIS應用領域迫切需要的基礎數(shù)據(jù)已廣泛運用于城市規(guī)劃、建筑設計、防災應用等領域[6]。三維可視化也已經(jīng)成為城市管網(wǎng)管理系統(tǒng)的必要特性之一，對供熱管網(wǎng)在設計和運行方面進行可視化仿真系統(tǒng)的研究和開發(fā)，將進一步提高供熱管網(wǎng)的設計、運行水平和管理水平，從而達到提高安全性和經(jīng)濟性的目的[7]。

　　本項目在管普綜合管線數(shù)據(jù)標準基礎上，根據(jù)熱力管線的專業(yè)特色，制定熱力專業(yè)管線數(shù)據(jù)標準，采用當前主流的二維GIS平臺軟件(ArcGIS)和三維GIS平臺軟件相結(jié)合的方式，基于ArcGISEngine和CityMakerSDK開發(fā)包，建立了二三維一體化的集中供熱地理信息平臺。為集團公司的成果管理和使用提供安全、快速、多形式的技術支持。系統(tǒng)不僅實現(xiàn)與北京城建檔案館無縫對接，還可以更好地為熱力集團信息化發(fā)展提供可靠的支撐服務。

　　1總體技術路線

　　項目建設任務包括數(shù)據(jù)資源建設和系統(tǒng)功能實現(xiàn)。數(shù)據(jù)資源建設包括數(shù)據(jù)標準規(guī)范建設、基礎地理數(shù)據(jù)庫建設、熱力管線數(shù)據(jù)加工及數(shù)據(jù)庫建設、綜合管線數(shù)據(jù)庫建設、熱力管線三維建模。系統(tǒng)建設堅持數(shù)據(jù)、管理、服務、應用相分離的架構(gòu)原則，在保持靈活性和擴展性的前提下，實現(xiàn)空間基礎信息數(shù)據(jù)的整合、管理和共享交換，依據(jù)使用用戶、網(wǎng)絡環(huán)境的不同，采用不同的技術路線，使用C/S(Client/Server(客戶機/服務器))和B/S(Browser/Server(瀏覽器/服務器))相結(jié)合的方式，實現(xiàn)不同業(yè)務應用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)服務的集成。如圖1所示。

　　2關鍵技術

　　2.1三層應用體系結(jié)構(gòu)

　　三層應用體系結(jié)構(gòu)包含表示層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)層。表示層是系統(tǒng)的人機接口部分，用戶和應用程序之間的交流在該層完成。通過用戶界面層，用戶可以完成獲取數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)等一系列操作。表示層也包含了一定的安全機制，用戶根據(jù)授權范圍可以控制數(shù)據(jù)和機密信息。業(yè)務邏輯層響應用戶界面層的用戶請求，執(zhí)行任務并從數(shù)據(jù)層提取數(shù)據(jù)，然后將必要的數(shù)據(jù)傳送給表示層，從而實現(xiàn)表示層與數(shù)據(jù)層之間的交互。業(yè)務邏輯層包含了在應用程序中執(zhí)行關鍵處理的組件，這些應用程序遵守所有的業(yè)務規(guī)則及限制。數(shù)據(jù)層負責對數(shù)據(jù)進行管理并向業(yè)務邏輯層提供標準化的開放訪問接口[8]。

　　在三層結(jié)構(gòu)中，三個層可以分別部署，表示層用戶界面只能與業(yè)務邏輯層相聯(lián)系，無須直接訪問后臺數(shù)據(jù)庫，使后臺數(shù)據(jù)庫與用戶界面隔離，提高應用系統(tǒng)的可靠性和擴展性，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

　　2.2XML與WebService技術

　　XML(可擴展標記語言)是Internet上數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)交換的新標準。XML關注信息本身，是Web上表示結(jié)構(gòu)化信息的一種標準文本格式。具有良好的可擴展性、語言簡單有效、可自行定義標記;有嚴格的語法要求，便于分析統(tǒng)一和與數(shù)據(jù)庫信息轉(zhuǎn)換;便于傳輸，為純文本形式，可通過Http協(xié)議直接傳輸，可跨越防火墻等[9]。

　　Web服務(WebService)使用基于XML的消息處理作為基本的數(shù)據(jù)通訊方式，消除使用不同組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言系統(tǒng)之間存在的差異，使異類系統(tǒng)能夠作為計算網(wǎng)絡的一部分協(xié)同運行。由于Web服務是建立在一些通用協(xié)議的基礎上，如HTTP、SOAP、XML、WSDL、UDDI等，這些協(xié)議在涉及操作系統(tǒng)、對象模型和編程語言的選擇時，沒有任何傾向，因此Web服務將會有很強的生命力[10]。

　　2.33DGIS

　　3DGIS是三維GIS的簡稱，是一個解決空間數(shù)據(jù)的存儲、表現(xiàn)、查看、管理、量算和分析等一系列問題、具有良好的可擴展性及可伸縮性的三維地理信息系統(tǒng)。能實現(xiàn)實時反射、實時折射、動態(tài)陰影等高品質(zhì)、逼真的實時渲染3D圖像。

　　在城市管線管理中能根據(jù)現(xiàn)有的相關圖形和屬性數(shù)據(jù)，使現(xiàn)狀與規(guī)劃相結(jié)合，快速真實再現(xiàn)城市管網(wǎng)三維場景?？衫?DGIS平臺方便對城市管線三維場景進行各種操作，并能實現(xiàn)管線屬性信息快速查詢、管線場景的漫游、任意給定線路的三維飛行、圖形及動畫輸出、數(shù)據(jù)的更新與維護等。

　　3數(shù)據(jù)資源建設

　　3.1數(shù)據(jù)資源建設內(nèi)容

　　(1)數(shù)據(jù)標準規(guī)范建設，包括：制定北京熱力管線地理信息數(shù)據(jù)標準規(guī)范。

　　(2)基礎地理數(shù)據(jù)庫建設，包括：北京市政務版電子地圖數(shù)據(jù)、北京市基礎地形圖數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)整合、處理、入庫;北京市政務版電子地圖數(shù)據(jù)、北京市基礎地形圖數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)的配圖設計與服務發(fā)布。

　　(3)熱力管線數(shù)據(jù)加工及數(shù)據(jù)庫建設，包括：依據(jù)集團公司現(xiàn)有的熱力管線資料進行加工處理，開展管線資料整理、屬性掛接、數(shù)據(jù)加工及質(zhì)量檢查工作，經(jīng)過細致嚴謹復核工作無誤后，形成成果數(shù)據(jù)，生成熱力管線GIS數(shù)據(jù)，建立熱力管線GIS數(shù)據(jù)庫，并制作熱力管線符號庫。

　　(4)綜合管線數(shù)據(jù)庫建設，包括：依據(jù)集團公司現(xiàn)有的資料，加工熱力管線周邊的綜合管線數(shù)據(jù)。

　　(5)熱力管線三維建模，包括：建立熱力管線及附屬設施三維模型數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)熱力管線GIS數(shù)據(jù)建立熱力管線三維模型數(shù)據(jù)。主要包括管點模型(包括各類特征、附屬物)、管線模型(包括管線、管溝和管廊)和建(構(gòu))筑物模型(包括小室、沉淀池等)。

　　3.2數(shù)據(jù)標準規(guī)范建設

　　為了統(tǒng)一北京市熱力集團熱力地下管線地理信息數(shù)據(jù)建庫的內(nèi)容與方法，保證與北京市地下管線數(shù)據(jù)建庫標準統(tǒng)一，特制定本標準。

　　地下管線建庫數(shù)據(jù)來源為驗收合格的地下管線基礎信息數(shù)據(jù)。包括供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業(yè)、地下管廊等各類管線及其附屬物的空間和屬性數(shù)據(jù)，以及地下管線工程元數(shù)據(jù)。

　　地下管線數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的幾何精度、屬性、邏輯一致性、完整性應符合相應要求。

　　地下管線數(shù)據(jù)應按管線大類分為點、線、設施面、輔助線和注記等不同類型。地下管線數(shù)據(jù)圖層宜按照“管線大類+數(shù)據(jù)類型”的組合方式命名。以熱力管線為例，具體分層、層名及顏色見表1。

　　3.3數(shù)據(jù)庫總體設計

　　空間數(shù)據(jù)庫分為基礎地理數(shù)據(jù)庫、熱力管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、綜合管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)庫三大庫，并且根據(jù)實際項目需求建立子庫及對應的元數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)的高效檢索提供保障。為保證數(shù)據(jù)歷史可追溯，需要建立歷史數(shù)據(jù)庫，每年年底將現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫整版導入歷史庫，以年為時間單位對歷史數(shù)據(jù)進行整版保存?？臻g數(shù)據(jù)庫總體設計見圖2。

　　4系統(tǒng)功能實現(xiàn)

　　本項目通過建立管線數(shù)據(jù)庫，將空間化處理后的熱力管線、綜合管線及相應屬性信息錄入到數(shù)據(jù)庫中，使數(shù)據(jù)資料成果滿足數(shù)據(jù)信息化管理需求。建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和質(zhì)檢系統(tǒng)，包括管線信息的編輯、刪除、檢查、檢測等功能，實現(xiàn)電子化管理手段。建立測繪資料應用分析子系統(tǒng)，可針對不同用戶的使用需求提供不同功能，隨著集團公司工程的不斷開展，測量管線資料將會越來越多，通過該數(shù)據(jù)庫可隨時更新、完善現(xiàn)有資料和新增資料，充分發(fā)揮測量管線資料的服務作用，輔助進行決策分析，提高管理工作效率。

　　4.1熱力管線質(zhì)檢子系統(tǒng)

　　熱力管線質(zhì)檢子系統(tǒng)，作為工具型軟件，利用程序自動檢查，查找熱力管線數(shù)據(jù)中管點、管線、小室圖層的空間圖形、屬性信息和邏輯一致性等錯誤，提高檢查效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。實現(xiàn)熱力管線數(shù)據(jù)加載，熱力管線文件檢查、圖形檢查、屬性檢查、邏輯性檢查、空間碰撞檢查、幾何表達檢查、檢查結(jié)果統(tǒng)計輸出和系統(tǒng)設置等功能。對于集中供熱地理信息系統(tǒng)而言，入庫數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞決定了信息系統(tǒng)能否真正有效使用。

　　4.1.1技術路線

　　熱力管線質(zhì)檢子系統(tǒng)基于熱力管線外業(yè)測量數(shù)據(jù)成果，在保密環(huán)境中的涉密終端進行部署運行，整個系統(tǒng)分為基礎設施層、數(shù)據(jù)層、中間件層和系統(tǒng)層四個層次。具體思路見圖3。

　　4.1.2軟件實現(xiàn)

　　軟件主界面主要分為五大功能模塊：數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)檢查、統(tǒng)計輸出、系統(tǒng)幫助等，此外，還設有快捷功能區(qū)，即懸浮工具條，主要是數(shù)據(jù)操作常用的功能按鈕。

　　在普查數(shù)據(jù)檢查界面，勾選相應的檢查項，執(zhí)行數(shù)據(jù)檢查。運行的過程中會實時顯示每一個檢查項規(guī)則的運行狀態(tài)以及總體的完成進度。檢查結(jié)束后，即將可視化范圍內(nèi)的所有錯誤要素加載到當前視圖中，以方便整改人員對錯誤原因進行查看，通過單擊錯誤定位可以定位到每一個錯誤要素，并查看其詳細的屬性信息。

　　可查看每一項檢查結(jié)果文件的存放位置以及文件生成時間，也可刪除不需要的檢查結(jié)果，避免空間資源的占用。

　　通過配置檢查規(guī)則對軟件檢查規(guī)則中的檢查參數(shù)、數(shù)據(jù)字典進行管理配置。

　　4.2測繪資料應用分析子系統(tǒng)

　　測繪資料應用分析子系統(tǒng)在北京市政務版電子地圖數(shù)據(jù)的基礎上，結(jié)合北京市熱力集團實際情況，基于GIS開發(fā)的系統(tǒng)。軟件主要實現(xiàn)GIS基本功能、熱力管線查詢定位、地下管線統(tǒng)計、地下管線空間分析、三維場景展示、二三維聯(lián)動、管線三維基本空間分析、離線包申請審核管理、運維管理、GPS竣工測量、智能移動設備管理、移動設備軌跡監(jiān)控和現(xiàn)場踏勘工作統(tǒng)計等功能。

　　4.2.1技術路線

　　數(shù)據(jù)外部交換通過數(shù)據(jù)共享與交換平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、穩(wěn)定、及時的交換，各個應用終端采用客戶端瀏覽器的方式根據(jù)不同權限進行數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽、統(tǒng)計等操作。

　　系統(tǒng)部署運行在北京市熱力工程設計有限責任公司與外界物理隔離的專用局域網(wǎng)內(nèi)，整個系統(tǒng)分為基礎設施層、數(shù)據(jù)層、中間件層和系統(tǒng)層四個層次。具體思路見圖4。

　　基礎設施層主要包括政務內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境、軟硬件支撐環(huán)境安裝部署，主要用于滿足系統(tǒng)運行的必要環(huán)境。數(shù)據(jù)層包括地下管線成果數(shù)據(jù)庫，及基于成果庫加工的地下管線三維數(shù)據(jù)庫，元數(shù)據(jù)庫、GIS輔助數(shù)據(jù)庫及運行數(shù)據(jù)庫，上述數(shù)據(jù)庫除運行數(shù)據(jù)庫外，其他數(shù)據(jù)庫跟地下管線數(shù)據(jù)管理維護系統(tǒng)共用。中間件層包括二維GIS中間件、三維GIS中間件和數(shù)據(jù)庫引擎，一方面支持空間數(shù)據(jù)庫的讀寫，一方面支持系統(tǒng)的二三維功能開發(fā)與運行。系統(tǒng)層主要工作界面與工具，包括與地下管線數(shù)據(jù)共享、查詢、統(tǒng)計、分析相關的功能模塊。

　　4.2.2軟件實現(xiàn)

　　測繪資料應用分析子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對管線成果的查詢、二三維瀏覽、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、管線分析、更新維護、管線數(shù)據(jù)出圖及下載等。部分主要功能界面如下所示。

　　通用分析功能包括橫斷面、縱斷面分析，垂直凈距、水平凈距分析，覆土深度、連通性分析。

　　移動信息功能包括移動設備注冊、管理，移動設備軌跡監(jiān)控、現(xiàn)場踏勘工作統(tǒng)計。

　　地圖定位、管線查詢、管線統(tǒng)計、通用分析等功能都能在二三維界面進行。其中三維橫斷面分析見圖5。

　　5結(jié)束語

　　本項目的開展既能創(chuàng)建北京熱力集團自有管線的三維資料庫，完善測量成果，又能在北京市管網(wǎng)系統(tǒng)中取得技術上的領先。統(tǒng)一的標準，避免了各單位重復工作和投資，使項目竣工圖的驗收歸檔更加順暢。此外，熱力工程的測繪資料應用系統(tǒng)可應用于管網(wǎng)巡檢、搶修中，為集團各分、子公司提供服務。

　　隨著集團公司工程的不斷開展，測量管線資料將會越來越多，通過該數(shù)據(jù)庫可隨時更新、完善現(xiàn)有資料和新增資料，充分發(fā)揮測量管線資料的服務作用，提高管理工作效率。

　　根據(jù)國家《測繪法》的要求，城市大比例尺地圖為保密資料。在逐步建立和完善數(shù)據(jù)庫的基礎上，建立完善的熱力設計測量管線成果資料管理制度，可嚴防失泄密及損毀事件的發(fā)生。

　　利用建立的集中供熱地理信息平臺，可集成現(xiàn)有的管線測量資料，加大了資料的重復利用率，減少工程的測繪工作量，節(jié)約成本并加快工程進度。同時，隨著資料的動態(tài)積累和技術的不斷完善，將為相關單位提供更豐富的地理信息服務。