地下管网地理信息系统解决方案.docx

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地下管网地理信息系统解决方案

地下管网地理信息系统

解

决

方

案

第一章前言

项目概述

城市地下管线是指在城市规划区范围内，埋设在城市规划道路下的给水、排水、燃气、热力、工业等各种管道、电力、电信电缆以及地下管线综合管沟（廊）等。

城市地下管线担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排弃的功能，是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施的重要组成部分，是发挥城市功能、确保社会经济和城市建设健康、协调和可持续发展的重要基础和保障。

城市地下管线就像人体内的“血管”和“神经”，因此，被人们称为城市的“生命线”。

据不完全统计，自清末建成首条供水管道以来，XXX目前地下已埋设各类管线上万公里，种类达20多种，不仅包括供水、供电、燃气、通信、排水管线，还有输送燃油、蒸汽及各类化学品的工业管道。

其中，化工管网长达6000多公里，50%在地下；燃气管有2850公里；供水管有3800公里。

这些管线在地下形成了一张错综复杂的“蜘蛛网”，有的具体线路和位置已很难说清楚，有的已废弃不用。

由于这些管线建设年代久远，其管理涉及不同的管理部门和权属单位，造成目前全市管线资料不准确、不完整，挖断管线事件时有发生，给城市建设和管理带来诸多不便，甚至容易引发重大危险事故的发生。

本次XXX市地下管线数字化管理平台的建设是在地下管线探测技术、数字测绘技术、计算机技术、网络技术、GIS技术、RFID技术、数据存储技术和通讯技术的支撑下，通过建立完整、准确和现势的地下管线数据中心，提供地下管线共享服务平台、管控一体化平台和决策支持平台等应用，为城市安全、信息共享、城市规划和建设管理提供保障服务。

XXX市地下管线数字化管理平台建设的目标之一是实现地下管线信息的应用与共享，为此，我们需要对城市地下管线普查数据和竣工测量数据进行有效管理，建设一个为城市地下管线信息的动态管理和共享应用提供技术支撑的平台。

具体来说，一是综合运用地下管线探测技术、测绘技术、数据仓库技术和3S技术，建立城市现状地下管线数据库，并提供数据共享服务；二是综合运用计算机技术、网络技术和通讯技术，构建覆盖城市应急指挥中心、政府与地下管线相关的各个职能部门、各专业管线公司等单位间的高效、快速、通畅的信息网络系统；三是加强法规标准建设，规范和完善地下管线信息的采集、收集、整理、分析，提高信息质量；四是决策支持平台，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。

城市地下管线信息属于城市的基础地理信息，需要为城市各种地下管线信息使用者提供共享应用服务。

建设城市地下管线信息共享平台，既要为城市工程规划、设计、施工和管理的政府部门提供现状地下管线信息服务，又要为各管线权属单位的地下管线运行和维护管理提供相关地下管线信息服务，更要为城市应急指挥和抢险的政府部门提供完整、准确和现势的地下管线信息。

城市地下管线信息是进行城市地下空间规划建设的基础，城市规划管理部门在城市规划过程中，必须准确掌握地下管线的情况，才可以正确合理的进行城市规划；同时，地下管线信息是城市建设施工过程中必不可少的信息。

因此，城市地下管线信息化建设，既可减少规划失误，也可为城市建设施工提供准确、完整的地下管线信息，减少施工破坏地下管线事故。

此外，城市地下管线信息共享平台的构建，可以方便、准确、快捷的对新建、改建和扩建的地下管线信息更新到地下管线数据库中，从而保证城市地下管线信息的完整性、准确性和现势性，使地下管线信息与现状从动态上保持一致。

通过对城市地下管线的普查，可以摸清城市地下管线的现状信息，从而摸清地下管线的资产，为今后对城市地下管线资产的管理提供数据依据。

平台的建设，使地下管线及其附属设施的空间信息和属性信息查询检索工作变得方便和快捷，从而提高地下管线设施运行维护工作的效率。

建设思想

项目建设的基本思路：

按照“平战结合、平灾结合、以防为主，准确预报，快速反应，救援措施迅速有效”的指导方针和“勤俭办事，综合效用”的要求，遵循先进性与实用性、兼容性和扩展性、标准化和开放性、合理性和经济性、可靠性和稳定性、安全性和保密性相结合的原则，建设成为一个信息及时可靠、决策科学合理、处置统一高效的安全监管应急管理指挥平台。

建设目标

一.1.1.总体目标

XXX市地下管线数字化管理平台的建设目标是：

建立XXX市“管线齐全、管位准确、使用便捷、统筹维护”统一权威的地下管线数字化管理中心，建立一个覆盖全市用于应急保障、日常监管、信息共享的数字化地下管线信息平台，建立城市地下管线信息平台和有效的管理运行机制，使城市地下管线在城市的建设和管理中真正能起到基础性的保障和服务作用，最终将实现XXX市管线的政府监管、有序建设和方便管理，达到国内一流、国际领先水平。

一.1.2.建设内容

建设管线数据共享服务平台、管控一体化平台和决策支持平台三大应用平台，为此，需要对城市地下管线普查数据和竣工测量数据进行有效管理，建设一个为城市地下管线信息的动态管理和共享应用提供技术支撑的平台。

具体来说：

一是综合运用计算机技术、网络技术和通讯技术，构建覆盖城市应急指挥中心、政府与地下管线相关的各个职能部门、各专业管线公司等单位间的高效、快速、通畅的信息网络系统。

二是综合运用地下管线探测技术、测绘技术、数据仓库技术和3S技术，建立城市现状地下管线数据库，并提供数据共享服务。

三是加强法规标准建设，规范和完善地下管线信息的采集、收集、整理、分析，提高信息质量。

四是建设管控一体化和决策支持平台，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。

一.1.3.城市管理目标

（1）为城市地下空间规划、建设、管理、应急提供基础

地下管线是维系城市地上地下空间、保证城市整体运行的基础设施，规划、建设和管理好地下管线是未来充分利用地下空间的重要的基础工作。

城市综合管线信息是进行城市规划建设工作的基础，规划部门在进行城市规划审批过程中，必须准确掌握地下管线的铺设情况、连接方向及埋设方式，才可以正确合理的进行审批，减少规划决策失误。

同时地下管线信息也是进行建设施工的信息保证，避免出现破坏管线事故的发生，以及为城市地下管线设施维护工作快速、准确的提供设施信息。

（2）辅助应急事故处置和领导决策

地下管线事故轻者影响到城市的交通和城市居民的生活，重者造成人身伤亡或传染病的传播，甚至会导致大量人员伤亡、建筑物坍塌、城市地下水体污染等重大事故，严重者可能会损坏国家在国际上的形象。

管线管理平台的建设，可为城市应急指挥、抢险系统提供基础数据支撑，为应急指挥和抢险提供准确的数据依据，提高决策效率。

一.1.4.效益目标

一.1.4.1.降低地下管线数据更新成本

建立城市地下管线信息管理系统，在城市主干道路、次干道路和支路范围内，可实现地下管线的统一数据更新和地下管线信息的共享，从而避免各建设单位（包括管线权属单位）在上述范围内分别进行地下管线探测或测量工作，从而降低地下管线数据的更新成本。

一.1.4.2.提高市民满意度

地下管线管理的好坏将直接影响老百姓的生活，任何一次管线事故与老百姓的生活都息息相关，都将造成事故地区的断水、断电、断气或通讯中断。

城市地下管线信息管理系统的建设，将大大减少此类事故的发生，提升政府形象，保证人民生活的正常进行；也有利于合理有效的进行施工管理，减少重复工程建设，减少“马路拉链”的情况发生，同时为缓解城市交通做出贡献。

一.1.4.3.提高社会运行效率

城市地下管线信息是城市基础设施非常重要的一部分，地下管线信息是“数字城市”建设中非常重要的信息，实现地下管线的信息化管理，可大大提高政府部门的审批效率，提高了社会的运行效率。

一.1.4.4.实施周期目标

20XX年1月份，有条件的管线主管单位或权属单位完成管线收集、自查、核查和上报工作，各管线完成管线电子数据上报工作。

20XX年3月份，完成数据库中心建库工作，有条件的管线电子数据接入数据库中心；制定管线普查计划，开展其他未明管线的普查工作；制定管线图纸数据的计划，要求主管单位或权属单位开展数字化工作。

20XX年6月份，项目一期工程建设完成，重点地下管线普查结束并接入数据库中心，地下管线共享服务平台、管控一体化平台、决策支持平台部分建设完成。

20XX年7月份开始，管理中心开始运营，建立常态化的管线管理、数据更新和共享服务的工作机制，丰富地下管线数字档案，逐步完善系统面向各类用户群体的应用功能，为地下管线建设、城市管理和城市安全提供保障。

建议实施周期目标以：

20XX年1-7月建立试点区（区可选面积较小、管线并不复杂的区）→试点区运行并达到目标后再进行全市逐区建设。

试点区运行正常的标准请考虑。

并且说明首先建立试点区的理由（协调上、政策上、技术上等方面）。

编制依据

一.1.5.国家文件

《1:

10000基础地理信息更新与建库技术指南》（国家测绘局颁布）

《1:

500、1:

1000、1:

2000地形图数字化规范》（GB/T17160—1997）

《基础地理信息要素分类与代码》（GB/T13923－2006）

《1:

500，1:

1000，1:

2000地形图图式》（GB7929-87）

《国家城市测量规范》（CJJ8-99）

《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61—2003J271-2003）

《中华人民共和国标准软件产品开发文件编制指南》

《城市基础地理信息系统技术规范》（CJJ100-2004）

《中华人民共和国标准计算机软件开发规范》

《国务院关于进一步加强安全监管工作的决定》（国发〔2004〕2号）

《国务院关于实施国家突发公共事件总体应急预案的决定》（国发〔2005〕11号）

《国务院关于全面加强应急管理工作的意见》（国发[2006]24号）

《安全监管"十一五"规划》（国办发〔2006〕53号）

《关于引发“十一五”期间国家突发公共事件应急体系建设规划的通知》（国办发[2006]106）

《中国EPC标准草案》

国家基础地理信息数据使用许可管理规定（1999年12月22日国家测绘局第5号令）

重要地理信息数据审核公布管理规定（2003年3月25日中华人民共和国国土资源部第19号令发布）

软件产品管理办法（中华人民共和国信息产业部令第5号）

城市建设档案管理规定（中华人民共和国建设部令第61号）

中华人民共和国测绘法（2002年8月29日第九届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议通过）

传感器国家标准

密码算法标准

密钥管理标准

防信息泄漏标准

信息安全产品标准

系统与网络安全标准

GB4943数字处理设备的安全；

应用工程安全标准信息安全评估标准

信息安全管理标准

一.1.6.国家安全监管监督管理总局文件

《国家安全监管应急平台体系建设指导意见》（安监总应急〔2006〕211号）

第二章总体设计

系统建设原则

管网及重大危险设施地理信息系统符合危险设施监测和应急管理、城市应急体系建设规划。

重大危险源安全监管工作是社会突发公共安全事件应急管理工作的重要组成部分，系统的建设将遵循监测和应急指挥体系的总体建设统一规划原则，对区域覆盖范围内的各类管线、危险源、安全隐患和应急资源分布现状作出全面调查、摸清种类、空间分布、存量、危害范围及危害重点对象、物资和设备状况、主管部门等，建设危险源库、应急资源库、应急避难场所（分布、疏散路线、疏散工具和容纳能力）、应急决策咨询专家库、应急预案库、突发事件案例库、辅助决策知识库等应急基础数据库。

安全监管应急管理体系以“一案三制”（应急预案，应急管理体制、机制、法制）为指导原则，以“两网五库”（即监测网和应急管理组织体系网，应急救援队伍库、应急物资储备和避险场所库、应急管理专家库、应急预案库和突发事件典型案例库）为工作内容，由应急调度指挥体系、应急力量体系、应急装备体系、物资储备体系、战勤保障体系、专家队伍体系六大体系组成。

其中监测网和应急指挥体系是以体系构成为科技核心，以信息技术为支持，以监测数据和危险预警、应急管理流程为主线，以前段监测设备和网络技术为基础；软硬件相结合的管网及重大危险源地理信息系统，是实施监测和应急预案执行的工具：

具备风险分析、信息报告、监测监控、预测预警、综合研判、辅助决策、综合协调与总结评估等功能。

安全监管应急管理流程从下往上为监测监控、预测预警、分析评估、处置决策，从上往下为资源调度、作战规划、现场指挥、救援处置，两者结点应急管理部门对流程监督与协调。

：

二.1.1.先进技术，有效利用

以物联网技术为基础技术架构，将RFID、传感、SCADA、I/O控制、视频技术、通讯技术、警报技术、GIS、SAAS技术有机融合并与城市网络、政府网络、企业网络、互联网通过专用通讯协议，形成具备实时监测、数据冗余、自我检测、数据处理、自我决策、险情预警、险情警报、应急指挥的综合性监测管理平台。

二.1.2.纵向贯通，横向联动

数字管网系统提供开发的接口，能够灵活地将其他系统和管控中心平台实现数据交换与共享服务，并实现业务的互联互通。

系统同时能够建立统一的数据标准和规范，能够提供标准化数据及业务接口，支持多安全监管专项平台的接入，实现与各安全监管平台的信息畅通和多种网络的通讯。

通过建设统一的数据共享与交换平台，支持监测与应急平台建设规范、并为安全监管部门提供接口标准，从而实现多个单位数据共享、应急救援相关单位的统一指挥的信息畅通，确保安全监管与应急管理指挥工作上下贯通。

二.1.3.统一标准，优化结构

基于应用支撑平台建设系统的设计框架，将大量共用的、关键的服务统一集成在支撑平台，按照模块化、组件化、平台化的设计，为逐步接入更多的业务功能创造了条件，为接入模块留出了扩展的余地。

系统以灵活的方式提供与外部系统的通讯。

系统依托应用支撑平台可实现业务流程的灵活定制，实现安全监测和应急业务的流程化管理，保障整个系统具有良好的扩展性和适应性。

实现各个应用系统之间松耦合的特性，使得整个系统建设可以按照模块化的方式来添加新服务或更新现有服务，以解决新的业务需要，从而可以选择通过不同的渠道提供服务，并可以把平台现有的仍能满足正常业务需要的应用通过相应适配器进行访问，不会影响原有系统的任何功能，为各部门的现有软硬件资产或投资带来了更好的重用性；能够在新建的和现有的应用之上创建应用；使用户和使用者免予服务实现的改变所带来的影响；实现升级单个服务或服务消费者而无需重写整个应用。

二.1.4.信息共享，互联互通

本系统中的子系统众多，以往由于管理上以及系统体系建设等方面的原因，在客观上容易形成众多分散的、异构的、相互封闭的“信息孤岛”，致使部门间、系统间信息共享困难，以至于难以互相访问和调用相关业务服务，更不用说跨业务部门之间进行协同办公，上级领导不能及时掌握相关数据和制定相关决策，也不能监督相关指令是否被正确和及时执行了，更谈不上实现政令畅通。

为了解决系统之前不合理规划和建设产生的信息孤岛，以及尽量避免将来系统运用新技术而产生新的信息孤岛，必须先解决各应用系统之间的信息互联互通和实现相互调用服务，整合各流程控制、事务处理等业务。

而建设应用支撑平台就是为了实现业务系统之间的资源的共享，信息的交换，业务集成等功能，从技术上根本解决信息孤岛产生的难题。

二.1.5.整合流程，注重实效

随着重大危险源监测和应急业务的发展，用户对流程整合的需求不断高涨，应用支撑平台可以满足发展过程中对系统架构可扩展性的需求，其中工作流引擎可以满足用户在业务流程管理中对于流程的执行与监控的需求，流程重组将对业务与管理流程进行优化，将应急各业务部门的职能化管理模式转变成流程化的管理模式，而目前的各业务系统难以灵活配置流程，无法提供跨系统的流程化管理。

应用系统的灵活配置优势和监测、应急业务功能的可扩展性得到了充分体现，无论是监测业务流程调整，还是行政改革带来的新增业务需求，都可以通过平台进行功能配置实现。

如果没有应用系统平台的支持，则需要对系统进行调整修改或开发新的业务系统，既费时费力，还难以及时满足实际需求。

二.1.6.科学决策，一专多能

系统建设是实施科学化精细化管理、提高决策水平的重要保障。

应急安全业务相关数据是进行安监决策和科学化、精细化管理的基本依据。

只有通过建立统一的信息平台、统一的业务规范，实现主体业务应用系统的有效融合和信息共享，实现各信息资源的互联互通，安监业务管理的科学化、精细化才有坚实的技术和数据支撑，应急安全决策的正确性、及时性才有基本的信息保障。

二.1.7.实时监测，应急联动

管网与危险设施的有效监测和数据的实时交互，是预防事故发生的前提。

感应器与RFID等前端采集系统数据的实时上报、管控中心数据的实时处理、各部门间数据的有效交换，是有效监测的最大保障。

实时监测有利于及时发现故障点和有效判断危险级别，以为事故的处理提供数据依据。

以监测数据为依据，当发生故障时，管控中心平台可根据制订的规则自动通知相关各单位，发出警报提示，同时提示位置、管线类型、警报级别、主要责任单位、预案级别等信息，以备各相关单位作出应急反应，及时处理事故，防止特大事故的发生，最大程度减少事故造成的生命财产损失。

二.1.8.预案辅助，有据可依

预案数字化对重大危险源突发事故相关的要素信息进行周密的分析,将文字预案进行数字抽象化，针对某一类重特大的安全监管事故的应急处置，事先在系统中做出事故处置方案、救援疏散路线救援进攻路线等，并且通过GIS系统直观形象，图文并茂的标绘展示给指挥决策人员。

预案数字化编制遵循以下理念：

随时动态掌握主要人力、物力、财力、交通运输、医疗卫生及通信保障等情况。

提供对应急资源的协调管理，保障应对应急过程中所需资源及时到位

将各类预案进行数字化，并进行任务分解，每一预案由若干个可控制的子任务构成

任务的分解以各职能分工和责任为依据进行编制分解

基于任务化、责任化、可视化并结合历史案例的预案系统并强化落实执行，将历史案例的方法、措施、缺点等进行分析、筛选、归纳融合进预案系统。

系统功能架构

根据XXX市地下管线数字化管理中心的建设目标和建设内容，将系统总体架构设计如下：

系统总体架构

系统支持决策层、管理中心、主管单位、权属单位、建设企业和社会公众通过不过的访问方式从系统获得所需的服务。

基础平台一个构建良好的软硬件平台，有助于网络的互连互通、数据承载，也有助于维护网络安全。

数据中心是系统的核心内容，存储包括主体的管线空间和属性数据，以及与管线相关的其他资源数据，通过管线采集、普查、更新、检查等手段，以及与其他数据源的数据交换，保证数据的完整、准确和现势性，经过数据挖掘和处理为应用系统提供基础的数据源服务。

集成平台起到“承下启上”的作用，“承下”是指其基于数据中心，提供数据关联、处理和转换等服务，“启上”是指其为上层应用系统提供数据和整合服务。

此外，集成平台也为系统与外部系统、外部资源提供交换和集成服务。

数据共享服务根据管线数据标准、各相关职能部门的管理需求、专业管线单位情况以及数据保密等要求，为政府、各职能部门、各产权单位和公众服务的网络信息共享网络平台，实现管线数据的共建共享。

管控一体化平台和决策支持平台在地下管线共享服务平台的基础上，梳理各类管线的规划、设计、建设、运营和维护等情况，建立全面管理、流程控制、上下联通、实时监控的管控一体化平台，建立地下管线综合分析、辅助决策、高效指挥平台。

门户展现层提供访问系统应用服务的统一入口，实现单点登录、信息发布、管线查询、监督举报等功能。

标准规范包括地下管线管理的各项规章制度方面的行业管理规范，以及管线共享与交换标准、服务接口规范等技术规范，是各项工作的依据。

安全体系从物理层安全、网络层安全、系统层安全、应用层安全和制度层安全等方面为整个系统的安全提供保障。

IT服务管理为系统正常、稳定运行提供维护团队、维护计划和内容、执行检查等服务。

系统拓扑结构

系统由管控中心平台、数据采集前端、监测中心、市监测与应急指挥中心、各级单位监测与应急响应中心、各级应急响应中心、群众报警系统组成。

系统拓扑结构如下：

系统拓扑结构

系统架构设计

二.1.9.技术依据

系统依据物联网的技术模型，采用RFID、传感器与管线建立基础联系，整合SCADA、SOA、GIS系统建立管控中心平台，采用多种客户端模式，通过城市网、政府网、互联网将管控中心与各相关单位紧密联系。

二.1.9.1.物联网

物联网技术：

物联网是物物相联的网络（TheInternetofthings），通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器、GIS、SAAS等各种装置与软件技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。

其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

物联网体系统结构及应用模型

物联网四大技术模型

二.1.9.2.RFID技术

RFID起源于二战时的敌我识别系统，第一次沙漠战争时美军用于军事物资的标识与管理，随着RFID成本的降低，逐渐进入各个行业，RFID也随需求而发展，目前除基本的标识功能外，还具备了一定感知功能；

二.1.9.3.传感网技术

传感网是由具备自组网功能的传感器和前端通讯系统组成。

传感网的定义为随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。

传感网中的传感器具备通讯、标识、逻辑、数字化数据通讯的传感装置，可用于液体、气体、电力、危险物品的监测，具备数据的识别与校验功能，遵循规范的数据协议，可与网络按需通讯；传感网在应用方面，涉及航天、航空、军事、特种设备、城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。

传感网模型

二.1.9.4.SCADA技术

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。

是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。

SCADA系统是以计算机为基础的DCS与自动化监控系统；它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

SCADA系统拓扑图

SCDA系统可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

随着SCDA应用技术的发展和各类油气管道的建设，SCDA系统在油气管道管理、压力容器、压力管道、市政系统中凸现优势。

在管道中应用SCADA系统能够实现中心和站控系统对生产数据的实时采集和历史存储功能、调压阀和电动球阀的控制功能、管道阴极保护数据和可燃气体的监视功能、强大的报警功能、通过监控摄像头对生产重要部位全天候监视功能、管道输气仿真功能，并且SCADA系统具有强大的扩展功能。

系统主要由调控中心和子站构成。

调控中心是SCADA系统的最高控制层，负责整个系统运行的控制和管理。

调控中心设有工程师站、操作员站、调度员站、模拟仿真工作站、培训工作站、投影仪工作站。

工程师站完成整个SCADA系统的管理、维护和根据生产需要进行的开发工作，不参加生产运行管理；操作员站控制整条管道的运行，完成对各个站场生产数据的监控和生产运行管理工作；调度员工作站完成生产调度工作，依据生产运行指