昆明市地下管线信息化建设历程及思考

周京春，侯至群，尚剑红

(1.昆明市城市地下管线探测管理办公室，云南昆明650041;2.沈阳金建数字城市软件有限公司，辽宁沈阳110179)

一、引 言

近年来，随着城市建设的快速发展和自然灾害的频繁发生，城市基础设施的状况已慢慢进入了公众的视线，而城市地下管网作为城市基础设施的重要组成部分之一，也已引起了国家、各级政府和社会大众的广泛关注。

城市的地下管线信息属于城市的基础地理信息，具有着统一性、精确性、完整性和基础性等特点，是城市规划设计、建设、地下空间开发利用、城市管理和应急抢险等工作的必要信息支撑，因此一个城市地下管线的信息化建设就变得十分重要和必要。城市地下管线信息化建设的主要任务［1］有:①建立城市综合地下管线现状数据库;②建立和完善地下管线信息共享平台基础网络;③建立和完善地下管线共享法规标准体系和技术体系;④地下管线数据动态更新管理体系建设。

昆明市于2007—2010年开展了主城区市政通车道路上综合地下管线和小区庭院排水管线的普查探测工程，共采集了20 000余千米的城市地下管线信息，并同步开展了昆明市最权威的、统一的地下管线信息应用与共享平台的开发工作，法规、标准体系和地下管线数据动态更新管理机制的建立工作，边建设边实践。至今为止。昆明市地下管线信息化建设已经走过了7年的历程，变得日趋稳定并进入了良性循环阶段。

二、昆明市地下管线信息化的建设历程

目前，我国约有250个城市已经或正在开展综合地下管线信息化的建设工作，更多城市地下管线权属单位也已建设了专业的地下管线信息管理系统，但由于缺少统一规划、协调，大部分的地下管线信息管理系统是各自为政，系统之间信息不能交换、共享，或者只是有限的信息交换、共享，已经建设的系统成为信息孤岛，使系统建设的投资成本高、时间长、作用有限［2］。昆明市的地下管线信息化建设可以追溯到1999年，但也是因为存在上述的问题而夭折。2007年，随着新一轮的城市综合地下管线普查探测工作的开展，昆明市地下管线信息化建设掀开了新的一页，此次建设工作充分借鉴了其他城市和以前的经验教训，大胆启用新技术和新构思，从地下管线信息化建设的四大主要任务同步抓起，下面就介绍一下自2007年以来，昆明市地下管线信息化建设的主要历程。

1.地下管线信息应用与共享平台的建设历程

昆明市地下管线信息应用与共享平台的建设经历了3个关键阶段，包括:①城市综合地下管线现状数据库的建立阶段;②客户端/服务器模式(C/S模式)的独立运行的二维GIS地下管线信息管理平台的建设阶段;③基于Web的、浏览器/服务器模式(B/S模式)的融入主流IT系统的二三维联动的GIS数据管理系统的建设阶段。

通过3个阶段的建设，首次对昆明市330 km2范围内20 000余千米的市政、小区、庭院的地下管线信息进行了集中统一管理，实现了数据的批量处理、维护及地下管线三维空间信息的更新和动态管理，提供了各种辅助地下管线规划、建设与管理决策分析的模型和工具，建立了与其他信息系统之间数据共享、交换与服务的途径，与应急指挥中心、信息中心等各级管理部门之间信息互联的通道，以优秀的Web用户体验打造了一种二三维联动的、多层面的、新型有效的工作环境，面向政府部门、管线权属单位和社会公众使用，为其提供详实可靠的，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的综合地下管线信息服务，提高了整个昆明市地下管线管理水平和地下管线资料的应用技术水平，为滇池治理、城市规划、建设和管理、城市应急防灾等方面提供科学的决策依据。图1展示了昆明市地下管线信息应用与共享平台的整体架构。

图1 昆明市地下管线信息应用与共享平台的整体架构

昆明市地下管线信息应用与共享平台主要包含以下几个相辅相成的核心信息系统:

1)地下管线数据批量处理系统:是以AutoCAD为软件平台，Microsoft Office Access为数据库二次开发的，主要用于批量导入外业探测和竣工测量成果数据、各管线权属单位管线数据和基础地形数据，并根据制定的数据标准进行数据完整性和一致性检查，实现内外业一体化的工作流程和图库联动机制，完成地形图和管线图图形生成、着色与符号标准化、管线对象定义、图形与属性关联、半自动化接边、辅助数据更新等功能，以获得满足制图与管理要求的地下管线外业探测成果数据。

2)地下管线动态管理系统:是以 ArcEditor、ArcGISServer为软件平台，以Oracle为数据库二次开发的。它基于SOA(面向服务)架构，建立了基于元数据的灵活可配置的扩展机制，着眼整个昆明市地下管线综合信息的管理与控制功能。

3)地下管线三维规划审批系统:是以详细、准确的昆明市地下管线数据为基础，采用SOA技术、微软Silver Light技术、Sweep+Mesh造型法的三维管线动态建模技术等，建立的一个真实、二三维联动的辅助规划管理的基于Web的、B/S结构的系统，与昆明市规划局现有的规划业务审批信息系统和地下管线动态管理系统无缝融合，提供多种类、多角度的辅助管线工程规划审批、批后管理的工具和决策分析方法，以优秀的用户体验展现规划要素、规划资料、规划过程、规划管理和规划成果，采用统一的工作流程、统一的数据基础来塑造一个规范新型的规划管理工作环境(如图2所示)，为数字规划奠定了基础。图3展示了地下管线三维规划审批系统与其他两个系统之间的关系。

4)昆明市地下管线公开信息发布门户网站:提供一个公开化的城市地下管线信息传递与管线建设工程跟踪监管的平台，以公开、透明的方式向社会发布地下管线元数据信息、城市管线工程建设信息、便民服务信息和宣传城市管线的科普知识、标准规范、法律法规等，使城市规划、建设部门能够根据工程建设进度信息积极落实地下管线建设的批后核实及建设监管工作，使城市管线信息管理部门能够及时落实跟踪测量、竣工测量及数据汇交等信息更新工作，使社会大众能够积极参与到城市的管线建设管理中来，有效地促进城市地下管线建设的规范化和信息更新工作，降低管线建设、维护、抢修、管养等工作对社会正常生活的干扰程度，加快管线单位事故反应速度，提升整个城市地下管线的应急防灾水平。图4展示了昆明市地下管线公开信息发布门户网站的服务页面。

图2 二三维联动的地下管线三维规划审批工作环境

图3 地下管线三维规划审批系统与其他系统之间的关系

2.技术标准体系的建设历程

在2007年昆明市管线普查实施之前，昆明市城市地下管线探测管理办公室会同各管线权属单位制定了严格、统一的地下管线普查技术标准:《昆明市地下管线普查探测技术规程》(KGX-2007)和《昆明市地下管线普查探测数据标准》(KGX-2007)，技术规程和数据标准的制定兼顾了政府及专业管线单位对地下管线管理的双重要求，实现数据的一次性采集，多方面提供利用的目标。在2009年，上述两个标准被合并和完善为《昆明市城市管线探测技术规程》(KDX-2009)，由昆明市规划局正式下发，成为报批的管线工程项目竣工测量必须要遵循的技术标准，2012年此标准又被立项批准为《云南省城市管线探测技术规程》，成为了云南省地方行业标准。

图4 昆明市地下管线公开信息发布门户网站的服务页面

昆明市地下管线普查技术标准从一开始建立时，就考虑了管线信息系统的发展方向，不仅规范了管线数据的采集要求，还综合考虑了管线GIS空间数据库的建设要求，建立的是一个图库全数字化存储的数据标准，即所有数据采集实现全要素数字化存储方式，区别于传统的管线普查数据仅存储点、线文件，此标准要求采用Microsoft Access数据库模型将管线图上的符号、注记角度、管道边界线、井室等附属建(构)物的边界线、接边点、接边线等一并进行数字化存储管理，可以实现从数据库中直接有效地还原管线图，精确化、标准化和规范化管线探测成果数据的采集整理和提交方式，如图5所示。标准的建立和全市、全省统一、持续地执行，为昆明市地下管线信息化建设提供了坚实的技术保障。

图5 图库全数字存储方式的数据标准

3.数据动态更新机制的建设历程

通过上述各种技术标准和法律法规体系的建立，为昆明市地下管线数据动态更新机制提供了行政上的保障手段，形成了一个良好的地下管线数据动态更新管理的闭合环，如图6所示。

图6 行政手段下的地下管线数据动态更新流程

通过各种信息系统的建设，为昆明市地下管线数据动态更新机制提供了技术上的保障手段，形成了一个完整的计算机辅助地下管线数据库更新的流程［3］，如图7所示。

三、昆明市地下管线信息化建设的思考

至今为止，昆明市的地下管线信息化建设已经开始走向平稳发展的阶段，但是城市综合管线权属单位多、综合应用部门多的特点，决定了地下管线信息化建设仍然是一件长期和困难的事情。因此，思考昆明市地下管线信息化建设的发展方向，有下面两方面的考虑:

1.打造昆明市私有的“管线云”

随着“云技术”概念的提出及发展，对于最终用户来讲，他们不会关心读取的数据是存放在哪里，也不会关心调用的服务部署在哪里，他们只会关心应用系统的功能是否能够满足其需求［4］。基于“云技术”的综合管线系统与传统系统在表现层上基本一致，而在系统架构上却有着天壤之别。

昆明市已经开始着手打造“私有管线云”的系统架构，建立其最底层的技术支撑—基础设施即服务(infrastructure as a service，IaaS)，如图8 所示。

计划打造了一个独立的数据管理功能层，根据已有数据不冗余存储，采用云GIS技术进行数据抽取与融合的建设原则，将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，将来源于不同服务器，具有不同尺度、不同格式数据的加工、处理、三维建模和管理作为一种服务融入到系统的整个工作流程中，形成了数据与软件的一体化，从而改变用户传统的GIS应用方法和建设模式，以一种更加友好的方式，高效率、低成本地使用“数字城市”中的各种地理信息资源。

2.与城市地下空间信息进行整体的规划建设

目前，国内在城市地下空间信息化建设方面的工作还不多，而且，现有的工作热点主要集中在对地层、地下管线、地下水等方面，并没有将已有城市地下空间信息作为一个整体加以规划建设［5］。

图7 技术手段下的地下管线数据库更新流程

图8 IaaS的实现机制

城市地下空间信息按其类型可划分为4类:地层信息、地质信息、地下管线信息和地下构筑物信息，这些信息分属不同的单位建设和管理，如果能将地下管线信息与分布在城市不同单位、不同类型、不同形式的其他地下空间资料进行整合，建立分布式的城市地下空间数据库，这将是昆明市地下管线信息化建设的终极目标。

四、结束语

昆明市地下管线信息化建设经过7年的摸索和研究，取得了不少成绩，但是仍然还有很长的一段路需要探索前进。因为我国对于地下管线信息化建设工作还缺少相应的法律法规保障，现有法规涉及地下管线方面的内容缺少，也比较简单，法规中缺少对城市地下管线管理的城市政府行政主管部门的规定，关于地下管线监管、探测、竣工测量、运行管理、信息管理与共享应用及城市应急管理等环节的法规内容更是真空;对于三维地下管线信息管理系统的建设也缺乏有关数据内容、细节程度、定位精度和生产工艺等的技术标准;另外，城市涉及地下管线信息管理与应用的各种相关部门的信息化建设不均衡，做到相互之间的互联互通还很困难，导致管线数据的更新渠道狭窄。这些问题已经成为制约地下管线信息化快速发展的关键问题，但是无论如何，地下管线的信息化建设工作已经越来越受到社会各界的关注，虽然任重而道远，但势在必行!

［1］王秋印，江贻芳.我国城市地下管线行业现状与发展趋势［R］.北京:中国城市规划协会地下管线专业委员会，2007.

［2］江贻芳，王勇.城市地下空间信息化建设探讨［J］.河南理工大学学报，2006，25(5):377-382.

［3］解智强，王贵武，高忠等.频繁市政工程建设背景下的地下管线GIS数据更新方法［J］.城市勘测，2010(5):78-82.

［4］乔志勇.数字城市中的“管线云”［J］.城市勘测，2011(S1):37-40.

［5］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.