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1、城市市政管网信息管理与监控系统目 录1.系统简介32.系统概述42.1系统架构42.2系统定位72.3与外部系统的交互82.3.1实时状态监控子系统92.3.2预警和紧急制动系统102.3.3数据分析、预测处理和决策系统接口102.4实现技术113.城市市政管网信息管理与监控系统信息模型123.1.数据模型123.1.1.概念模型123.1.2.层次模型133.1.3.物理模型133.2.数据组织133.2.1.数据分类133.2.2.空间属性与属性数据的关联143.2.3.数据结构143.2.4.访问管理和审计143.2.5.数据索引154.城市市政管网信息管理与监控系统功能154.1 信息
2、管理154.1.1 数据采集154.1.2 数据整理154.1.3 数据录入164.1.4 数据管理与更新164.1.5 查询/浏览164.1.6 系统输出184.2 监控194.2.1 数据源定位194.2.2 远程数据实时显示204.2.3 预警204.2.4 统计分析204.2.5报表制作224.2.6 数据保存224.2.7.在线设置224.2.8. 实时数据传输224.2.8. 三维可视化224.3. 信息管理与监控231. 系统简介地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市建设、规划和管理的重要基础信息。它就像人体内的“神经”和“血管”，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市
3、的“生命线”。城市的飞速发展对地下管网设施的管理提出了高标准的要求，建立市政管网地理信息系统，实现给水、排水、燃气、供电四类主要管网规划设计、输配管理、图档管理、抢修辅助决策及综合查询、统计等项工作的科学化、自动化，已迫在眉睫。本系统适应现代化城市、数字化城市建设的需要，在国家宏观科技研究规划方针指引下，立足实际，充分分析实际管线信息管理及可视化动态管理需求，研究该领域国内、外先进技术，对地下管线网络制定统一的数据标准进行系统信息模型设计和系统功能设计，实现各类专业管线多种信息采集、输入、存储、编辑、配置、三维可视化浏览、鹰眼图浏览、查询、动态更新及各类专题图可视化动态输出的统一管理。另一方面
4、，由于管线用途的特殊性和复杂性，其布设遍及地下、空中、水下等，只有通过三维方式才能够真是反映其空间位置关系。本系统在传统的市政管线管理基础上，应用先进的GIS空间数据库、空间分析、管网探测技术和三维可视化技术，研究在多数据库系统上，构架分布式GIS空间数据库系统，并以此为基础提供基于管线数据的分布、走向、埋深等信息实时的空间分析和三维可视化功能。为给水、排水、燃气、供电地下管线勘探、施工、维护和管理提供信息支持。提高城市市政管网信息管理水平，使市政管网管理水平步入规范化、自动化、科学化的轨道。2. 系统概述2.1系统架构市政管线网络拓扑图如图2-1所示，由接入网、传输网、应用网，片级采集区级汇
5、总市级应用三层组成。给水、排水、燃气、供热管线信息由采集点获取，经不同的传输方式（如电缆、GPRS、CDMA1x等）汇聚到各片区的专业管网信息采集站。各专业采集站将管线信息经由有线电缆或光缆方式传输到IP主干网，在IP网中进行信息的传输，后由应用层各种应用服务器处理专业管线数据，对管线数据进行实时监控、可视化、空间分析、三维展示等。应用网通过高速以太网接入IP主干网，由各专业应用服务器和综合服务器向用户提供服务。用户使用各种终端设备（如监视器、PC机、绘图仪等）接入以太网，对管网信息进行全面监测分析。图 21：市政管线网络拓扑图针对系统的种种需求，我们设计了如图2-2所示的框架，并依照该框架完
6、成了对框架内容的充实，最终实现了系统。图 22：系统框架图本系统中主要实现了以下关键技术：1） 数据采集层技术：针对各管网对象采集数据的特点制定不同的数据采集接口规范；2） 数据存储层技术：实现各管网各类数据的存储组织模型；3） 数据集成访问服务层技术：实现各管网分布式存储的数据的逻辑统一融合，基于元数据的目录服务是其中关键技术。4） 应用支撑平台层技术：实现基于管网信息的各应用系统公共功能组件，为系统应用层提供组件功能服务；5） 业务逻辑映射层：根据应用需求配置服务组件；6） 应用系统层技术：实现各个子系统间的信息、功能集成技术；管网监控系统、管网预警系统、管网信息管理系统作为系统的三个应用
7、子系统，分布在应用服务器上。应用服务器接收客户端发送的服务请求，获取数据库服务器上的相应数据执行业务，并响应客户端的请求。数据接口服务器部署了本系统与外部系统的各种接口。在与外部应用系统连接后，接收外部系统的数据请求，向其提供业务运行的数据。数据库服务器上部署了采集数据接口，定时向数据采集服务器请求即时数据，传递给监控子系统；并记录到历史数据库。图 23：系统部署图2.2系统定位系统对城市的给水、排水、燃气、供热管线信息进行管理并进行可视化监控管理。本系统在整个城市市政管理相关部门其他系统的相互关系如下图所示：图 24：系统边界图在系统运作中，外部系统通过本系统提供的接口，对城市管网的监控和分
8、析业务提供数据和处理能力上的支持：l 外部分析系统为系统提供分析能力支持，在系统原有的分析基础上对系统的分析能力进行外部扩充。l 外部决策系统为系统提供决策能力支持，在对系统进行分析的基础上执行决策支撑，在系统原有的决策支撑基础上对系统的决策支撑能力进行外部扩充。l 外部预测系统为系统提供预测能力支持，对管网的运行情况进行预测，如爆管预测，故障影响范围预测等，引入外部最新预测信息预测。l 数据采集服务器，采集远端各级采集点的管网信息进行分析处理后存储到响应的数据库服务器中。2.3与外部系统的交互为了使系统能够在系统部署和运作中，充分利用现有的数据和硬件资源以及外部系统，并使整个系统具有良好的可
9、扩展性，通过设置各种应用接口，市政管网信息管理与监控系统与实时数据采集等外围系统之间进行了良好的衔接，并预留了与预测、分析及决策系统的接口。l 系统与外部环境相互独立，部署灵活且可靠性高。l 便于实施各种安全策略。l 充分使用现有资源和系统。l 预留应用接口，提高系统的可扩展性。2.3.1实时状态监控子系统市政管网的基本数据，如管线分布、地理环境、管线基本属性等，都存储在系统的数据库中。但在监控子系统中，数据的实时性要求高，且变化频繁，这些数据的获取要借助外部系统来完成，即与管网监测点的实时采集数据进行接口。实时系统是市政管网信息管理与监控系统的重要数据来源，它可以提供管网实时运行状态的有关数
10、据，是管理部门对管网工作状况进行监管的主要手段，也是管网系统评价与规划的重要依据。与实时系统的连接有三种方式：1)实时系统直接进行WEB 发布；2) 访问实时运行数据库；3) 通过应用系统，与实时系统进行通讯。在本系统的实施中，管网中的监测点和采集点通过数据采集服务器统一管理和交互，基于以上情况，本系统中实现了与数据采集服务单元的接口来实现实时数据的获取。市政管网信息管理与监控系统与外部实时数据采集单元的交互业务流程如图2-5所示：图 25：采集交互业务流程图2.3.2预警和紧急制动系统在意外事故或紧急情况发生后，监控系统捕获事件，向用户反映。同时，预警系统会启动事故地点附近的预警指示设备（故
11、障灯等），并根据预先设定的策略执行关闭事故管段，进行分流等基本的紧急措施，防止损失的扩大。为了实现以上的动作流程，本系统中实现了与管段中控单元的接口，通过此接口来发出预警指示并采取基本紧急措施。图2-6描述了一次事故发生时系统的处理流程：图 26：事故处理流程图2.3.3数据分析、预测处理和决策系统接口市政管网信息管理与监控系统本身具有了较强的数据分析和预测能力。但为了适应将来可能出现的变化和新需求，系统实现了数据处理接口，可以将系统中记录的历史数据传送到外部应用系统进行挖掘和决策等操作。图 27：外部接口图2.4实现技术系统运行中的动作由事件触发。用户操作、管网状态更新等事件触发系统的各种动
12、作，进行相应的业务处理。系统采用了客户端/服务器架构（C/S）进行部署，用户在个人终端上通过客户端程序（Client）借助高速以太网访问系统，使用系统提供的服务。服务器端使用J2EE技术构建，分为三层结构（详见图2-3）：l 应用服务器：使用单一的高性能服务器节点构建，直接面向用户提供服务，接受用户的操作请求，将用户的操作事件传送给下一层的业务处理服务器；同时将业务处理服务器的监控状态、操作结果等信息反馈给客户端程序前的用户。l 业务处理服务器：城市市政管网信息管理与监控系统的核心处理单元，使用高性能服务器构建。业务处理服务器上部署了城市市政管网监控、管理和分析等子系统，接受并响应应用服务器传
13、来的用户请求；并把从数据服务获得的数据分析加工，以监控状态和管理信息等形式提供给应用服务器使用。同时，业务处理服务器还提供了数据采集、数据分析决策处理等面向其他外部系统的接口。l 数据服务：城市市政管网信息管理与监控系统的数据来源和数据存储单元。数据服务器分为管网数据库和历史数据库两部分，前者存储管网的基本信息和属性，后者存储过时的管网状态信息以供分析之用。考虑到现有管网数据库分散和异构的现状，管网数据库采用分布式数据库结构进行数据存储，部署上使用多台高性能数据库服务器实现；历史数据库采用单一数据库服务节点进行存储服务，并定期将数据增量式存入其他介质的存储系统（如磁带机）。为保障管网信息的安全
14、和系统可靠运转，系统中采用了一台相同配置的高性能服务器对业务处理服务器进行热备份，在故障发生时第一时间进行切换，确保将故障影响降到最低。3. 城市市政管网信息管理与监控系统信息模型市政管网管理系统的管网数据采用数据库进行存储。具体实现采用扩展关系存储方式，在本系统中使用了ArcSDE + Oracle方式。该方式通过在标准RDBMS中增加一个空间数据管理层，使得GIS软件的空间数据管理能直接基于RDBMS进行。与传统的混合式等存储方式相比，扩展关系存储方式采用SDE作为GIS应用程序与RDBMS的连接层，是目前较为成熟的空间数据集成式管理方式。从空间数据库管理的角度来看，ArcSDE可以看成是
15、一个连续的空间数据模型，借助这一模型将空间数据加入到RDBMS中去。图 31：ArcSDE体系结构示意图3.1.数据模型3.1.1.概念模型综合地下管线的概念模型是独立于具体的计算机系统之外的实体关系模型。概念模型的对象实体是埋设于地下的各种类型的管线和管道，包含权属单位、位置、埋深等几十类属性，赋予标识码和对象实体之间的联系。3.1.2.层次模型综合地下管线的层次模型是将地下管线和相关的空间数据，以有向有序的树状结构按自然的层次关系组织起来，反映了不同类型数据之间的相互关系。由于地下管线数据库的数据量非常巨大，且包含了海量空间数据，为了实现多途径快速检索和数据分析，我们采用了数据分层存放和分层管理。分层的原则是：地下管线的点、线和注记按照不同的类别(但是不按权属单位)进行分层，分别组织;基础空间数据以背景信息方式进行管理;历史数据和现状数据分开存储;与数据检索密切相关的道路信息和地名信息分别单独成层管理。3.1.3.物理模型地下管线数据库的物理模型是逻辑层的基础，主要说明空间数据库的存储机制和储存方式。地下管线数据库的逻辑层次是:数据库子库图层空间实体，按照G
