南水北调配套工程基础信息管理系统设计与实现

□王志军　□豆喜朋（河南省水利勘测有限公司）



南水北调配套工程基础信息管理系统设计与实现

□王志军□豆喜朋（河南省水利勘测有限公司）

摘要：南水北调配套工程是南水北调中线工程发挥效益的关键,其安全运行直接影响着城市的供水安全，是城市赖以生存和发展的基础设施。然而对后期运营管理、维修养护等具有重要意义的配套工程基础信息存在着数据量大、存放形式多样、位置分散等问题，且配套工程包含大量的地下工程，具有隐蔽性特征。文章旨在建立南水北调配套工程基础信息管理系统，实现对配套工程基础信息高效的组织、管理，同时动态的展示在统一的三维空间架构中，实现对输水管线基础数据的信息化管理，对配套工程安全运行、维修养护、应急方案的制定等具有非常重要的意义。

关键词：配套工程；基础信息管理；GIS；三维地下空间

1引言

南水北调配套工程是总干渠沿线分水口门到各城市水厂之间的输水工程，担负着承上启下的输水任务，是南水北调中线工程发挥效益的关键。其安全运行直接影响着城市的供水安全，是城市赖以生存和发展的基础设施，然而许多工程在建设过程中都比较重视，而忽视工程整个生命周期的运营、维护。同时河南省受水区配套工程有着战线长、参建单位多、建管单位多等建设特点。目前建设过程中形成的勘测、设计、施工、监理、工程管理等基础资料数据庞大，且由于配套工程属于地下工程，具有很强的隐蔽性，这些非常重要的建设资料如果不能集中的信息化管理，将会极大增加配套工程后期运营管理工作的难度和复杂度。

随着GIS技术的日益成熟，其强大的空间信息管理和分析能力为配套工程基础信息管理提供了有力的保障。配套工程基础信息管理工作也因此进入了一个新的信息化、数字化、定量化阶段。高效统一的信息管理不仅节省大量人力物力提高了工作效率，避免信息孤岛加大信息共享，而且GIS强大的空间数据分析能力使供水管网的维修养护、应急响应工作更具科学性。同时也是对“河南省南水北调受水区供水配套工程自动化调度与运行管理决策支持系统”的支持、补充和完善。

2系统总体架构

系统从结构上分为5层：网络通信层、数据获取层、数据库层、GIS平台层和应用层，使系统高内聚低耦合，从而在拥有开放式应用接口的基础上有极强的扩展性。网络通信层承担系统中的数据传输，主要是Intranet企业内部网内部通信；数据获取层包括从CAD数据获取模块、从文档数据获取模块、从表格数据获取模块、从纸质材料获取模块，各个模块不仅有方便实用的数据提取、加工工具，而且对获取到的数据有质检功能；数据库层完成对数据和数据库的管理。包括对空间地理信息数据库、基础信息数据库、系统管理数据库的增加记录、删除记录、修改记录、查询记录等操作；GIS平台层实现基于GIS的基础数据管理功能。包含基础信息检索、专题统计、三维显示、专题制图、空间分析等功能；应用层则是实现二三维一体化显示、查询统计、管线分析、工程档案、运行管理等。系统的架构如图1所示。

图1　系统架构图

3系统设计

3.1系统需求分析

系统潜在用户包含各个作业单位信息管理员、建管单位负责从各作业单位收集数据的信息收集员、信息整理员、信息汇集员以及建管单位决策人员。各级用户对系统需求概况如下。

第一，建立供水管线多尺度、多类型基础地理空间数据库体系，丰富空间信息展现形式，建成包括地形、地貌、地名、交通、城市三维模型等基本地理要素信息的基础地理信息体系。

第二，根据现有管线设计图纸和相关资料，实现输水管线的三维可视化。将原有二维的数据和相关属性在三维空间中展示，增强管线信息的现实感，用形象逼真的手段实现管线各类信息的显示。

第三，南水北调配套工程管理信息系统在基础地理信息数据库和属性数据库的基础上，提供各种空间分析功能，如断面分析、开挖分析等，实现管线分析的信息化；同时提供对管线的查询分析功能，以及统计分析报表的输出；对于已出现问题的管线，系统予以登记，并对事故原因进行初步分析，记录相关信息。

系统的信息流如图2所示。

图2　系统信息流图

3.2数据库设计

地理信息数据库、基础信息数据库、系统管理数据库是数据库设计的主要组成部分。地理信息数据库包含影像、DEM、行政地名、行政界线、交通设施等。具体描述见表1。

表1　地理信息数据库表

配套工程基础信息数据库包括对勘测、设计、施工、监理、工程管理等基础数据的管理，具体描述见表2。

表2　配套工程基础信息数据库表

系统管理数据库实现对用户、权限、系统日志、系统字典的管理。用户实现对用户的增删改查等操作；权限为每个用户分配不同权限，省级用户：可查省内全部线路的信息及资料；市级用户：只可查看本市线路的信息及资料；一般人员：只可查看自己所在线路的信息及资料；日志记录了系统的使用日志和系统使用过程中发生错误的日志等信息；系统字典记录了系统中使用的字典，方便用户修改。具体描述见表3。

表3系统管理数据库表

4系统主要功能模块及实现

4.1系统功能模块

4.1.1三维浏览控制模块

提供了多种方式、多种内容的可视化效果，可以从不同角度查看多种比例尺下三维场景的各个要素，从而快速的、可视化的了解工程整体情况。如模拟开挖可根据用户需求自行设置开挖位置、形状、深度，实现模拟开挖，虚拟现实，展示局部的地下配套管网三维空间分布。同时可查询各管线的相关信息。也可通过“沿线开挖”模拟整体地下管线开挖情况，查看整体管道地下空间分布；二三维一体化显示，实现传统二维管线与三维地下管线的位置联动。二维管线表现简洁，适用工程应用，三维管线场景表现逼真，适用立体展现，二三维管线相互增强，可以满足不同用户的使用需求。

4.1.2查询统计模块

提供了多种方式查询、统计工具，可以快速查询到目标实体概要、详细信息；同时可以对某个兴趣字段进行统计，找出所有同类实体，并快速三维定位；根据不同用户权限可以对查询、统计到的结果进行导出、打印操作。

4.1.3管线分析模块

提供了基本的、专业的分析工具，可以有效地进行各类基于三维空间的分析。如断面分析，任意绘制一条横断面线，系统可计算出该断面下管线的相对空间位置，并按国家规范的样式以图形方式展示相关地质信息，同时可切换真实纹理和专业图例两种显示方式；地下管线位置通过上下对照分析功能，可以定位到对应的地面点位置，同时显示坐标和埋深信息，方便在地表快速、准确的定位。

4.1.4工程档案模块

不仅提供了工程概况、工程通讯录查阅、参建单位信息查询和导出，而且系统还提供与其他管理系统的接口，通过调阅工程档案管理系统，可以查阅工程建设各个阶段的设计文件、批复报告、设计变更、合同变更及竣工验收资料等。

4.1.5运行管理模块

对运行管理过程中涉及运行安全的相关问题进行登记、查询和统计。通过对生产厂家、施工单位等维护信息的统计，可以快速找到经常发生维修养护的管断对应的生产厂家或施工单位，进而找出该生产厂家或施工单位参与的其他管段是否存在

用户权限系统日志系统字典

用户名密码省级用户市级用户一般人员系统日志错误日志系统字典业务字典风险，从而达到风险预判的目的。

4.2系统实现与部署

以实现基于三维地理场景的南水北调配套工程基础信息管理及运营维护为目标，以数据流走向及数据之间逻辑关系为主线，分析系统的业务流程。系统基于Intranet局域网的环境运行，网络拓扑图见图3。

图3　局域网网络拓扑图

系统采用C/S架构，基于Supermap搭建，数据库采用SQL Server 2008，Web服务器采用MicroSoft IIS，影像服务器采用Supermap iServer。图4和图5分别展示了系统地上和地下三维情况。

图4　地上三维展示图

图5　地下三维展示图

5结语

系统集地上三维与地下三维于一体，是以三维输水管线基础信息管理为主题的综合系统，可直观的、真实的展现配套管线的三维特征及空间分布，具有配套工程输水管线基础信息的管理、存储、查询、分析等功能；可广泛应用于配套工程管理、综合展示、风险预测、应急抢险等领域。

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（责任编辑：赵鑫）

中图分类号：TV7

文献标识码：A

文章编号：1673-8853(2016)01-0027-03