1 引言

      城市地下管线是指在城市规划区范围内，埋设在城市主、次干路、支路、社区道路以及城市广场等区域的地下管道或电缆及其附属设施。包括：给水、排水（雨水、污水、雨污合流）、燃气、热力、电信、电力、工业管道等几大类。城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是现代化城市高质量、高效率运转的基本保证，被称为城市的“生命线”。

      城市地下管线信息包括管线的空间位置、走向、材质、管径、权属单位、建设时间及其附属物等信息，是城市规划、设计、建设、管理的重要基础信息，城市地下管线的管理是城市基础设施建设管理工作中重要的一环。

      城市地下管线信息管理系统是在计算机软件、硬件、数据库和网络的支持下，利用GIS技术实现对城市地下管线及其附属设施的空间和属性信息进行输入、存储、编辑、查询统计、分析、维护更新和输出的计算机管理系统。

      基于城市地下管线信息的统一性、精确性、完整性和基础性等特点，城市地下管线信息管理系统建设是在地下管线探测技术、测绘技术、计算机技术、网络技术、GIS技术、数据存储技术的支撑下，通过建立现势性的城市地下管线信息共享数据库和共享平台，实现为城市各种与地下管线相关业务的应用系统提供数据共享服务和技术支持。

2 系统总体设计

      2.1 系统建设依据

      《基础地理信息要素分类与代码》（GB/T 13923-2006）

      《1：500、1：1000、1：2000地形图图式》（GB/T 20257.1-2007）

      《基础地理信息城市数据库建设规范》（GB/T 21740—2008）

      《城市地理信息系统设计规范》 （GB/T 18578—2008）

      《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-2003）

      《城市测量规范》(CJJ8-99)

      《中华人民共和国标准计算机软件开发规范》

      《中华人民共和国标准软件产品开发文件编制指南》

      《城市地下管线工程档案管理办法》(中华人民共和国建设部令第136号)

      地方上相关的标准和规范

      2.2 系统建设目标

      ⑴ 综合运用地下管线探测技术、测绘技术、数据库技术和GIS技术，建立现势性的城市地下管线数据库；

      ⑵ 综合运用计算机技术、网络技术和通讯技术，构建覆盖城市与地下管线相关的各个政府职能部门、各专业管线公司等单位之间的高效、快速、通畅的信息网络系统；

      ⑶ 加强法规标准建设，建立地下管线的数据动态更新机制，规范和完善地下管线信息的采集、收集、整理、分析等过程，提高信息质量；

      ⑷ 建设城市地下管线信息共享平台，提高城市地下管线管理、科学决策、以及公共基础设施突发事件监测、应急反应、执法监督和指挥决策的能力。

      2.3 系统建设原则

      城市地下管线信息系统涉及计算机网络、GIS、CAD、数据库、工作流程、图档管理等多种技术和多种软硬件平台的集成，系统信息量庞大，数据格式繁多，其实施过程是一项复杂的系统工程。为了使建成后的系统具有较强的生命力，并能沿着发展目标，逐步演进成更高层次的综合管理信息系统，在进行系统设计时，应遵循下列各项准则。

      ⑴ 完整性：地下综合管线信息系统是城市地下管线管理的全面解决方案，担负着数据管理、更新和利用等日常工作，系统要考虑功能完整性，应能满足日常工作条件下所需的各种系统功能和基础数据信息。

      ⑵ 可靠性：地下综合管线信息系统承担保证城市正常运转的关键任务，地下管线的日常管理工作有赖于一个可靠的信息系统，故必须充分考虑系统可靠性。

      ⑶ 先进性：提高管理水平和生产效率以科技为先导，故系统设计应采用国际先进而成熟的技术，确保先进性。

      ⑷ 安全性：地下管线管理信息系统管理关系城市发展的关键数据，其数据具有保密性，其查询、修改、使用等操作必须经过相应的授权才能进行，以保证数据的安全性。

      ⑸ 扩展性：用户数据量增长、数据类型拓展，以及用户在管理水平和信息技术应用水平进一步提高后对系统性能不断提出新要求等三方面原因，要求设计者采用组件化的GIS平台构建管线信息系统，满足扩展性需要。

      ⑹ 开放性：考虑到将来本系统与其他系统的集成和系统本身的顺利升级，设计者在设计时按 SOA 体系设计架构，预留必要的现有和二次开发接口，保证系统的开放性。

      ⑺ 标准性：系统开发既要符合相关法律法规和规定，又要满足城市地下管线标准化管理的要求，因此开发过程中使用的各种技术标准应符合国家、行业及绍兴县有关技术规定（包括地形图、管线、规划等图示符号库），确保系统标准性。

      ⑻ 实用性：实用性是系统能够投入使用的重要保证，在进行系统应用设计时，要紧贴管线管理的实际需要，充分顾及管线管理的习惯做法，做到功能实用，界面友善，操作方便。

      ⑼ 动态更新性：建立切实可行的数据更新制度，保证地下管线数据的动态更新管理，实现管线的规划设计、审批、数据测量、入库的全程动态管理，提高城市管理的效率，为城市建设提供实时的决策依据，为社会提供多元化的服务，为城市的可持续发展及减灾防震提供决策支持。

      2.4 技术路线

      城市地下管线信息管理系统建设以城市空间地理数据为基础，建立城市地下管线数据库，从城市地下管线管理业务的需求出发，充分利用各种先进技术，结合城市地下管线管理流程，建立城市地下管线信息管理系统，有效地管理地下管线信息，准确、及时地反映管线的变化情况，实现城市跨部门、跨单位的信息共享，为城市地下管线的规划、设计、建设、管理提供基础数据和决策依据。

      在系统设计时要考虑到本系统与其他系统的接口，可使多个系统无缝集成本系统数据，以达到数据的共享。要注重系统的灵活性、可重用性和可扩展性。

      城市地下管线信息管理系统建设是一个系统工程，其建设和使用周期较长。将系统整体结构层次化、模块化，便于按照系统总体设计、分布实施的原则，有步骤、有重点地进行系统建设，实现边建设边使用，在使用中不断完善和改进。

      ⑴ 操作系统

      考虑到系统的适用性，根据性价比和系统用户的硬件使用情况，通常操作系统选用微软公司的Windows 系列产品。

      ⑵ 数据库

      系统的核心是数据，所以对海量数据进行安全、有效地存储是整个信息系统建设的重要一环。系统数据存放在专用的数据库服务器中，由客户机实时访问这些数据。考虑到系统运行涉及大量矢量、栅格地图，为有效管理海量空间信息及其属性信息，通常选用国际流行的关系型数据库，如Oracle或SQL Server等产品。

      ⑶ GIS平台

      地下管线地理信息管理系统是GIS技术的一个很重要的应用领域，建立这样的系统对于GIS技术，有其特殊的要求。

      为了建立一个高起点、高标准的城市地下管线信息管理系统，并综合考虑系统建设的延伸性和扩展性、海量数据的存储、高效并发访问、系统的开放性和安全性等因素，城市地下管线信息管理系统的GIS平台应采用大型GIS 平台软件。关键技术的优劣，关系到系统运行的效率、功能和可扩展性。不同的GIS软件平台有不同的特性和优势，对软、硬件配置要求不同，对使用及维护人员要求也不同。用户在选择时，一定要充分考虑自己的实际情况，充分利用已有的软、硬件资源，以及资金投入的承受能力，选择恰当的GIS软件平台。

      目前国内常用GIS平台有ArcGIS、SuperMap、MapGIS等。

      ⑷ 开发环境

      在微软 .net框架下，采用Visual C# 开发语言、Visual Studio 2008 集成开发环境，使用GIS 平台的二次开发组件，进行城市地下管线新管理系统的开发。

      2.5 系统体系结构

      城市地下管线信息管理系统是一个跨部门/行业、地域的企业级应用。系统的总体架构是：以开放的空间数据库为核心，建立Client/Server（简称C/S）与Browser/Server（简称B/S）相结合的应用体系。

      C/S架构主要应用于政府中管线信息的主管部门（如：建设局、规划局、城建档案馆等），用来支撑其运行、维护、升级和数据更新的日常工作。C/S结构模式主要通过局域网及专网实现信息共享，满足用户相关科室对市政管线数据的管理，实现数据的输入、输出，数据的编辑，属性查询，数据的统计分析等功能。

      B/S架构主要是面向各管线权属单位、面向政府其它部门和面向公众，为他们提供不同等级的信息访问服务。B/S结构主要是通过互联网实现信息的共享，其它部门可以通过本单位的局域网快速地浏览各种地下管线信息，进行管网的规划设计等工作；各管线权属单位可以通过城域网和防火墙的认证来查询浏览自己所辖的管线设施，并递交新的管线资料；各政府部门及普通的市民，可以通过Internet浏览器访问不同密级的市政管线信息。在B/S模式下，不同级别的用户将设置不同的权限，可以浏览、查询不同级别的相关数据，满足各方不同的需求。

      城市地下管线信息管理系统基于GIS平台开发构建，其体系框架采用目前IT技术中成熟的多层结构方案：整个系统的逻辑框架主要可以分为几个层次：

      ⑴ 基础层：主要包括网络环境、软硬件设施、法律法规及标准、组织结构等，用来保障系统正常运行。

      ⑵ 数据层：以基础空间数据和综合管线数据为核心，对相关数据进行存储和管理。 

      ⑶ 中间层：主要包括数据访问、交换引擎、工作流引擎等运行引擎和二次开发接口等；

      ⑷ 应用逻辑层：包括业务管理系统（基础信息管理、管线管理、管网数据更新、管网综合分析、管网辅助设计、管网三维模拟、管网Web应用等）、用户认证访问控制和授权管理系统，以及以后可能扩展的其他应用系统；

      ⑸ 表现层：城市地下管线信息管理系统的图形用户界面，主要包括系统主框架、各功能模块等。

      2.6 系统安全设计

      系统的安全性是整个系统正常运行的基础，系统安全设计需要在统一设计的原则下，在不同的安全层次，在预防、检测和恢复等各个阶段，确保系统持续稳定运行，防止信息的损坏、泄露或被非法修改，并保证系统安全。

      系统的安全设计要从来两个方面入手，一是系统安全技术体系的设计，二是系统安全管理体系的建立。

      系统安全技术体系通过物理安全、网络安全，系统安全、应用安全和数据安全等技术方面的措施，来保障系统的可靠运行和数据安全。

      系统安全管理体系通过建立各种安全管理制度，采用各种安全管理手段等方面，来保障系统和数据的安全运行。

      2.7 系统数据设计

      城市地下管线空间信息和属性信息，是城市管线信息管理系统的基础，是系统有效运行的保障。

      城市地下管线信息管理系统涉及的数据包括基础地形数据、各类地下管线数据和其他类型数据。

      ⑴ 基础信息数据（即地形数据）是城市最基本的地理信息，包括各种平面高程测量控制点、建筑物、道路、水系、境界、地形、植被、地名以及某些属性信息等，用于表示城市的基本面貌并作为各种专题信息空间定位的载体。

      ⑵ 各类管线数据是指各种专业管线的信息，管线类型包括给水、排水、通信、电力、燃气、热力、工业、军用等。

      ⑶ 其他类型数据是除基础地理数据和管线数据之外的数据，如工程档案资料、影像资料、规范制度文件等。

      为保证城市地下管线信息管理系统内各类数据的统一性、精确性、时效性，满足系统运行的要求，在进行系统建设和数据建库前，应编制《地下管线数据建库标准》，要求所有的管线信息必须进行分类编码和标识编码。要根据标准对入库数据进行检查验收，保证进入数据库管线数据的正确性。

      数据库建立是地下管线信息管理系统的核心。根据对城市地下管线信息化建设的整体布局和实际工作需求，确定出系统数据库结构。数据库结构分为基础地形数据库结构、管点类数据库结构、管线类数据库结构和其他类型数据数据库结构。

      由于城市建设发展迅速，许多地形和管线不断地发生变化，为了保证信息的现势性，需要及时对系统中的数据进行更新。新增数据要按《地下管线数据建库标准》的要求进行处理，以符合系统对数据的要求。

3 系统功能

      城市地下管线信息管理系统利用物探技术、测绘技术、计算机技术、GIS技术、网络技术、数据库技术、通讯技术等，把管线信息以数字的形式获取、存储、检索、分析、管理、输出、更新，为城市的规划、设计、建设和管理提供准确的管线基础资料。城市地下管线信息管理系统主要包括：数据输入子系统、地图管理子系统、管网管理子系统、综合分析子系统、WEB发布子系统、系统管理子系统、管线巡线子系统等。

      ⑴ 数据输入子系统

      原始的管线数据可能有多种类型，如：图纸、设计图、竣工图、竣工测量数据、管线探测数据、电子数据等，因此数据输入子系统应提供各种类型数据的入库方法，如图纸扫描矢量化、CAD数据导入、点线表数据(mdb格式)导入、测量数据导入、其他系统数据导入、键盘与鼠标输入等。

      系统具有数据检查功能，根据制定的数据标准，对入库数据的完整性、一致性进行检查，以保证入库数据的正确性。

      ⑵ 地图管理子系统

      系统的地图管理子系统提供GIS基本管理功能，主要包含：工作空间管理、图层设置、图形绘制、地图编辑、视图操作、地图定位、量算工具、符号库管理、数据输出、数据转换、系统设置等。

      ⑶ 管网管理子系统

      管线管理子系统主要用于日常对管线数据的管理工作，主要包含的功能有：管线信息的查询与统计、管线编辑、管线数据更新、动态标注、制作专题图、历史数据管理、管线设备管理、管线工程档案管理等。

      ⑷ 综合分析子系统

      城市地下管线埋设于地下，人们不能直接看到，管线综合分析子系统提供的各种功能，可以展示出地下管线的分布情况，为管线规划、建设、城市减灾容灾等决策分析提供准确、翔实的数据。主要功能包括：横断面分析、纵断面分析、管线路径分析、关阀分析、设施搜索、碰撞分析、追踪分析、缓冲区分析、水平净距分析、垂直净距分析、覆土埋深分析、连通分析、预警分析、管线辅助设计、管线三维展示等。

      ⑸ WEB发布子系统

      网上发布子系统主要提供可配置的数据对外发布功能，满足公众简单的网上查询、浏览等需求；同时通过权限控制，提供给有需要的权属单位更丰富、更灵活的数据查询、统计等数据服务。主要功能包括：地形及管线信息的浏览、查询与统计、信息定位、管线分析、数据输出、系统设置、视图操作、量算工具等。

      ⑹ 系统管理子系统

      系统管理子系统的功能主要是用来管理和维护系统日常的运行操作，保证系统能够安全、正常地运转。包括：用户组管理、用户管理、权限管理、操作日志管理、数据备份与恢复、系统配置管理等。

      ⑺ 管线巡线子系统

      管线巡线子系统采用手持设备，充分整合GIS技术、GPS技术等，实现对城市管线等基础设施的综合管理。它结合嵌入式应用的特点，考虑了管线管理系统的基本应用，实现了管线的可视化显示、管线的查询与统计、管线编辑、GPS定位、管线分析和设施查找等功能。利用GIS的图形可视化、属性查询管理和对管线的分析技术等计算巡查路线，开启GPS，系统接收GPS信号并对GPS数据进行解析，在地图上进行定位，沿着所分析的线路进行巡查，并且根据需要查找周边节点，对目标设施点进行检查并编制报告，从而完成线路巡检任务。

4 系统建设

      城市地下管线信息管理系统建设是一项综合工程，其工作涉及到政府主管部门、建设单位、承建单位、各管线权属单位等，工作阶段包括：项目筹备、外业管线探测、内业数据处理与建库、系统软件开发、软件硬件设备采购与部署、系统集成、系统运行维护等，需要各方面人员的协调配合才能完成这一项复杂的系统工程。

      ⑴ 项目筹备

      指定一个专门的部门（如：建设局、规划局、城建档案馆、管线办等）负责地下管线信息管理系统的建设，编制相关的技术标准和规范（包括：《地下管线普查技术规程》、《地下管线数据建库标准》等），选择项目承接单位，协调各管线权属单位与系统建设项目间的关系。

      ⑵ 外业管线探测

      选择综合实力强的专业地下管线探测单位，按照建设部《城市地下管线探测技术规程》和当地的有关技术规程的要求，进行城市地下管线的普查工作，查明地下管线的平面位置、埋深、走向、性质、规格、材质、建设时间和权属单位等信息。

      ⑶ 内业数据处理与建库

      依据有关技术规程和数据标准，对探测数据进行检查、处理、建库，保证入库的数据符合系统要求。

      ⑷ 系统软件开发

      通过系统需求分析、系统设计、数据库设计、编写代码、软件测试、系统完善等阶段的工作，完成软件开发工作。

      ⑸ 软硬件设备采购

      根据系统需要，采购系统运行时所需要的软硬件设备，并搭建系统运行环境。

      ⑹ 系统集成与试运行

      系统软件、数据、系统运行环境的综合集成，系统投入试运行，试运行期间对发现的问题进行完善，使系统最终达到预定的目标。

      ⑺ 成果提交与验收

      系统试运行合格后，系统建设承接方向系统建设方提交全部正式成果资料，并提请正式验收。系统建设方组织专门的项目验收组，对系统进行验收。 

      验收应以需求分析报告和系统总体设计为依据，对软件的各种要求进行测试，确定系统是否满足需求分析报告和系统总体设计的要求。

      ⑻ 系统维护

      在系统的整个使用寿命中，都将伴随着系统维护工作的进行。系统维护的目的是要保证管理信息系统正常而可靠地运行，并能使系统不断得到改善和提高，以充分发挥作用。

      系统维护包括：系统程序维护、系统数据维护、系统代码维护、硬件设备维护、机构与人员变动等。

5 关键技术

      ⑴ 数据标准化

      城市地下管线信息管理系统要管理多种类型的数据，数据复杂、数据量巨大，要保证系统正常运行，数据的规范化、标准化是系统建设的基础，同时与外部系统之间的数据交换、数据共享和互操作也需要数据的规范化、标准化。因此，在进行系统建设之前，就应编制完成《地下管线数据建库标准》，以指导系统的数据处理工作。

      ⑵ 综合技术运用

      系统的开发建设融合了现有的多项主流信息技术，采用先进的地理信息系统平台、主流的数据库管理平台，使用先进的组件式开发模式，使用可视化建模语言定制数据模型，通过TCP/IP、HTTP协议，运用标准的XML、SQL实现基于网络的通信，使用Ajax 异步刷新技术提高系统的响应能力。

      ⑶ 强大的综合分析功能

      系统具有的综合分析功能，可以展示出地下管线的空间位置和相互关系，为管线规划、设计、建设、城市应急抢险提供准确数据和决策支持。

      ⑷ 数据更新体系

      数据是系统运行的基础，只有保持数据的现势性，系统才具有长久的生命力。从制度上保证数据更新的常态化，从技术上保证数据更新的便捷化。

6 结束语

      城市地下管线信息管理系统的建立为城市管网的信息管理搭建了一个平台，解决了各类管线信息不能互通互联、不能共享的问题；解决了各类管线数据分散存储、数据标准不统一的问题。

      城市地下管线信息管理系统利用多项先进技术为城市管线的规划、设计、建设等管理行为提供准确、翔实的基础数据和技术辅助决策，从而提高政府相关部门的管理水平和服务于民的综合能力。