[摘要]在充分分析信息技术发展现状以及发展趋势的基础上，紧密结合实际业务需求，基于GIS技术并利用网络、数据库、三维和北斗高精度定位等技术，建立集中供热地理信息平台。将热力集团多年累计的海量碎片化图纸资料连结成一体，以满足设计与管理单位的日常生产和工作需求。
[关键词]地理信息系统(GIS);数据库;三维;集中供热
0引言
城市管网是城市正常运转的生命线和基础设施，供热管线是城市管网的重要组成部分[1]。2014年6月发布的《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，明确提出了城市管线数字化管理的要求[2]。北京市热力工程设计有限责任公司承担北京市热力管线的规划和设计工作。公司自成立以来因设计的需要，逐年投入大量人力物力与资金，积累了海量的北京市热力集团热力管线及附近相关管线的高精度测量资料，主要是以纸质资料和CAD图形存在。传统的管理模式和手段已远远落后，对于各种突发事故更不能及时作出应对决策，从而造成资源浪费[3]。
相关期刊推荐：《区域供热》是中国城镇供热协会会刊，是国内外公开发行的技术性刊物。介绍国内外热能生产、输配先进技术及新材料、新设备、新工艺的研究与应用情况，刊载城市供热规划、设计、建设、管理的专题文章，以宣传节约能源、减少环境污染、改善人民的生活环境为已任。
20世纪90年代，美国率先提出了数字化管道的概念[4]。地理信息业随着智慧地球、智慧城市大数据时代的到来，得到了空前的发展。我国在地理信息业的发展不落后于世界先进水平[5]。随着3S(RS、GPS、GIS)技术的推广与集成应用，城市管网管理已从CAD时代过渡到GIS时代。
城市三维模型是许多GIS应用领域迫切需要的基础数据已广泛运用于城市规划、建筑设计、防灾应用等领域[6]。三维可视化也已经成为城市管网管理系统的必要特性之一，对供热管网在设计和运行方面进行可视化仿真系统的研究和开发，将进一步提高供热管网的设计、运行水平和管理水平，从而达到提高安全性和经济性的目的[7]。
本项目在管普综合管线数据标准基础上，根据热力管线的专业特色，制定热力专业管线数据标准，采用当前主流的二维GIS平台软件(ArcGIS)和三维GIS平台软件相结合的方式，基于ArcGISEngine和CityMakerSDK开发包，建立了二三维一体化的集中供热地理信息平台。为集团公司的成果管理和使用提供安全、快速、多形式的技术支持。系统不仅实现与北京城建档案馆无缝对接，还可以更好地为热力集团信息化发展提供可靠的支撑服务。
1总体技术路线
项目建设任务包括数据资源建设和系统功能实现。数据资源建设包括数据标准规范建设、基础地理数据库建设、热力管线数据加工及数据库建设、综合管线数据库建设、热力管线三维建模。系统建设坚持数据、管理、服务、应用相分离的架构原则，在保持灵活性和扩展性的前提下，实现空间基础信息数据的整合、管理和共享交换，依据使用用户、网络环境的不同，采用不同的技术路线，使用C/S(Client/Server(客户机/服务器))和B/S(Browser/Server(浏览器/服务器))相结合的方式，实现不同业务应用系统与数据服务的集成。如图1所示。
2关键技术
2.1三层应用体系结构
三层应用体系结构包含表示层、业务逻辑层、数据层。表示层是系统的人机接口部分，用户和应用程序之间的交流在该层完成。通过用户界面层，用户可以完成获取数据、输入数据、修改数据、删除数据等一系列操作。表示层也包含了一定的安全机制，用户根据授权范围可以控制数据和机密信息。业务逻辑层响应用户界面层的用户请求，执行任务并从数据层提取数据，然后将必要的数据传送给表示层，从而实现表示层与数据层之间的交互。业务逻辑层包含了在应用程序中执行关键处理的组件，这些应用程序遵守所有的业务规则及限制。数据层负责对数据进行管理并向业务逻辑层提供标准化的开放访问接口[8]。
在三层结构中，三个层可以分别部署，表示层用户界面只能与业务逻辑层相联系，无须直接访问后台数据库，使后台数据库与用户界面隔离，提高应用系统的可靠性和扩展性，提高系统数据的安全性。
2.2XML与WebService技术
XML(可扩展标记语言)是Internet上数据表示和数据交换的新标准。XML关注信息本身，是Web上表示结构化信息的一种标准文本格式。具有良好的可扩展性、语言简单有效、可自行定义标记;有严格的语法要求，便于分析统一和与数据库信息转换;便于传输，为纯文本形式，可通过Http协议直接传输，可跨越防火墙等[9]。
Web服务(WebService)使用基于XML的消息处理作为基本的数据通讯方式，消除使用不同组件模型、操作系统和编程语言系统之间存在的差异，使异类系统能够作为计算网络的一部分协同运行。由于Web服务是建立在一些通用协议的基础上，如HTTP、SOAP、XML、WSDL、UDDI等，这些协议在涉及操作系统、对象模型和编程语言的选择时，没有任何倾向，因此Web服务将会有很强的生命力[10]。
2.33DGIS
3DGIS是三维GIS的简称，是一个解决空间数据的存储、表现、查看、管理、量算和分析等一系列问题、具有良好的可扩展性及可伸缩性的三维地理信息系统。能实现实时反射、实时折射、动态阴影等高品质、逼真的实时渲染3D图像。
在城市管线管理中能根据现有的相关图形和属性数据，使现状与规划相结合，快速真实再现城市管网三维场景。可利用3DGIS平台方便对城市管线三维场景进行各种操作，并能实现管线属性信息快速查询、管线场景的漫游、任意给定线路的三维飞行、图形及动画输出、数据的更新与维护等。
3数据资源建设
3.1数据资源建设内容
(1)数据标准规范建设，包括：制定北京热力管线地理信息数据标准规范。
(2)基础地理数据库建设，包括：北京市政务版电子地图数据、北京市基础地形图数据和影像数据整合、处理、入库;北京市政务版电子地图数据、北京市基础地形图数据和影像数据的配图设计与服务发布。
(3)热力管线数据加工及数据库建设，包括：依据集团公司现有的热力管线资料进行加工处理，开展管线资料整理、属性挂接、数据加工及质量检查工作，经过细致严谨复核工作无误后，形成成果数据，生成热力管线GIS数据，建立热力管线GIS数据库，并制作热力管线符号库。
(4)综合管线数据库建设，包括：依据集团公司现有的资料，加工热力管线周边的综合管线数据。
(5)热力管线三维建模，包括：建立热力管线及附属设施三维模型数据库，并依据热力管线GIS数据建立热力管线三维模型数据。主要包括管点模型(包括各类特征、附属物)、管线模型(包括管线、管沟和管廊)和建(构)筑物模型(包括小室、沉淀池等)。
3.2数据标准规范建设
为了统一北京市热力集团热力地下管线地理信息数据建库的内容与方法，保证与北京市地下管线数据建库标准统一，特制定本标准。
地下管线建库数据来源为验收合格的地下管线基础信息数据。包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业、地下管廊等各类管线及其附属物的空间和属性数据，以及地下管线工程元数据。
地下管线数据库内容的几何精度、属性、逻辑一致性、完整性应符合相应要求。
地下管线数据应按管线大类分为点、线、设施面、辅助线和注记等不同类型。地下管线数据图层宜按照“管线大类+数据类型”的组合方式命名。以热力管线为例，具体分层、层名及颜色见表1。
3.3数据库总体设计
空间数据库分为基础地理数据库、热力管网数据库、综合管网地理数据库三大库，并且根据实际项目需求建立子库及对应的元数据库，为数据的高效检索提供保障。为保证数据历史可追溯，需要建立历史数据库，每年年底将现状数据库整版导入历史库，以年为时间单位对历史数据进行整版保存。空间数据库总体设计见图2。
4系统功能实现
本项目通过建立管线数据库，将空间化处理后的热力管线、综合管线及相应属性信息录入到数据库中，使数据资料成果满足数据信息化管理需求。建立数据库管理系统和质检系统，包括管线信息的编辑、删除、检查、检测等功能，实现电子化管理手段。建立测绘资料应用分析子系统，可针对不同用户的使用需求提供不同功能，随着集团公司工程的不断开展，测量管线资料将会越来越多，通过该数据库可随时更新、完善现有资料和新增资料，充分发挥测量管线资料的服务作用，辅助进行决策分析，提高管理工作效率。
4.1热力管线质检子系统
热力管线质检子系统，作为工具型软件，利用程序自动检查，查找热力管线数据中管点、管线、小室图层的空间图形、属性信息和逻辑一致性等错误，提高检查效率和数据质量。实现热力管线数据加载，热力管线文件检查、图形检查、属性检查、逻辑性检查、空间碰撞检查、几何表达检查、检查结果统计输出和系统设置等功能。对于集中供热地理信息系统而言，入库数据质量的好坏决定了信息系统能否真正有效使用。
4.1.1技术路线
热力管线质检子系统基于热力管线外业测量数据成果，在保密环境中的涉密终端进行部署运行，整个系统分为基础设施层、数据层、中间件层和系统层四个层次。具体思路见图3。
4.1.2软件实现
软件主界面主要分为五大功能模块：数据加载、数据操作、数据检查、统计输出、系统帮助等，此外，还设有快捷功能区，即悬浮工具条，主要是数据操作常用的功能按钮。
在普查数据检查界面，勾选相应的检查项，执行数据检查。运行的过程中会实时显示每一个检查项规则的运行状态以及总体的完成进度。检查结束后，即将可视化范围内的所有错误要素加载到当前视图中，以方便整改人员对错误原因进行查看，通过单击错误定位可以定位到每一个错误要素，并查看其详细的属性信息。
可查看每一项检查结果文件的存放位置以及文件生成时间，也可删除不需要的检查结果，避免空间资源的占用。
通过配置检查规则对软件检查规则中的检查参数、数据字典进行管理配置。
4.2测绘资料应用分析子系统
测绘资料应用分析子系统在北京市政务版电子地图数据的基础上，结合北京市热力集团实际情况，基于GIS开发的系统。软件主要实现GIS基本功能、热力管线查询定位、地下管线统计、地下管线空间分析、三维场景展示、二三维联动、管线三维基本空间分析、离线包申请审核管理、运维管理、GPS竣工测量、智能移动设备管理、移动设备轨迹监控和现场踏勘工作统计等功能。
4.2.1技术路线
数据外部交换通过数据共享与交换平台，实现数据的可靠、稳定、及时的交换，各个应用终端采用客户端浏览器的方式根据不同权限进行数据的查询、浏览、统计等操作。
系统部署运行在北京市热力工程设计有限责任公司与外界物理隔离的专用局域网内，整个系统分为基础设施层、数据层、中间件层和系统层四个层次。具体思路见图4。
基础设施层主要包括政务内网网络环境、软硬件支撑环境安装部署，主要用于满足系统运行的必要环境。数据层包括地下管线成果数据库，及基于成果库加工的地下管线三维数据库，元数据库、GIS辅助数据库及运行数据库，上述数据库除运行数据库外，其他数据库跟地下管线数据管理维护系统共用。中间件层包括二维GIS中间件、三维GIS中间件和数据库引擎，一方面支持空间数据库的读写，一方面支持系统的二三维功能开发与运行。系统层主要工作界面与工具，包括与地下管线数据共享、查询、统计、分析相关的功能模块。
4.2.2软件实现
测绘资料应用分析子系统主要实现对管线成果的查询、二三维浏览、数据统计、管线分析、更新维护、管线数据出图及下载等。部分主要功能界面如下所示。
通用分析功能包括横断面、纵断面分析，垂直净距、水平净距分析，覆土深度、连通性分析。
移动信息功能包括移动设备注册、管理，移动设备轨迹监控、现场踏勘工作统计。
地图定位、管线查询、管线统计、通用分析等功能都能在二三维界面进行。其中三维横断面分析见图5。
5结束语
本项目的开展既能创建北京热力集团自有管线的三维资料库，完善测量成果，又能在北京市管网系统中取得技术上的领先。统一的标准，避免了各单位重复工作和投资，使项目竣工图的验收归档更加顺畅。此外，热力工程的测绘资料应用系统可应用于管网巡检、抢修中，为集团各分、子公司提供服务。
随着集团公司工程的不断开展，测量管线资料将会越来越多，通过该数据库可随时更新、完善现有资料和新增资料，充分发挥测量管线资料的服务作用，提高管理工作效率。
根据国家《测绘法》的要求，城市大比例尺地图为保密资料。在逐步建立和完善数据库的基础上，建立完善的热力设计测量管线成果资料管理制度，可严防失泄密及损毁事件的发生。
利用建立的集中供热地理信息平台，可集成现有的管线测量资料，加大了资料的重复利用率，减少工程的测绘工作量，节约成本并加快工程进度。同时，随着资料的动态积累和技术的不断完善，将为相关单位提供更丰富的地理信息服务。
