XX地下管线信息系统技术方案
1 概述
为了提高XX公司厂区管理水平和管理效率，本系统主要实现厂区现有管线数据的收集、整理与电子化，运用地理信息技术手段将厂区包括电力、热力、天然气、供水、通讯、供风等各类管线进行整合为“一张图”模式。通过“一张图”模式的应用，实现厂区管线数据信息的基本维护，可视化交互查询，管线位置快速定位、管线管理与分析、管线辅助设计等各项业务应用。
根据项目总体规划(详见章节2.1系统总体构架设计)，动力总厂地下管线系统在一期主要完成二维地下管线数据建库与管线管理系统开发；二期在一期的基础上实现厂区内的三维管线建模和各项功能的研发。
本文档是控制整个XX管线项目（二期）的目标、进度、资源配置的管理型文档。主要包括：项目建设的意义、目标、总体设计、项目各个阶段主要的工作内容、组织结构以及总体的实施计划与安排。
1.1 XX管线信息化的总体规划
根据XX管线信息化的总体规划，整个厂区的信息化建设蓝图分为四步实现：
1) 管线管理：改变多年的来管线资料仅有纸质蓝图和CAD设计文件的现状，建立厂区二维管线数据库和数字化管线成果库，实现了管线数据库设计、保存、管理一体化、数字化。 2) 三维建设：主要基于厂区已经建设完成的二维管线数据库的基础上建立厂区三维管线模型库和三维地形库，实现虚拟化的三维管线管理系统。
3) 总厂数字化：与总厂现有应用系统和业务系统实现对接，并实现工作绩效与管线系统相对接的功能，最终实现动力总厂数字化管理与生产建设。
4) 数字XX：逐步推进XX集团下属各个单位的数字化建设，实现XX整个厂区的三维虚拟化建设和信息化平台的建设。
图1.1XX管线信息化总体规划图
1.2 一期建设取得的成果
在XX动力总厂领导的指导以及各分厂领导和技术人员的共同努力下，XX地下管线信息系统（一期）完成了以下几项工作：
1.2.1 制定完成厂区管线数据标准和管线制图标准
建设了XX动力总厂管线数据标准和管线制图标准：《地下管线数据库结构标准》和《管线CAD制图标准》，规范了技术人员管线绘制的方法和管线审批的步骤，让厂区管线建设有章可循。
1.2.2 建设完成厂区二维管线数据库
建设了XX公司厂区内给水、排水、空压、电力、通讯、天然气、氮气、纯水、消防水、自喷水等十二类管线专业的GIS管线数据库，改变了厂区内多年来管线数据仅仅只有蓝图和CAD文件的现状，将
复杂的地下管线结构实现了标准化、数字化的存储，方便存储、维护和查找。
1.2.3 为厂区管线设计人员研发了管线管理系统
XX地下管线地理信息系统（C/S）结合了企业各类管线的管理模式和需求，充分考虑到新建的地下管线管理系统与原有的系统对接、后期的三维扩展，以及后续系统（绩效考核评价等）的扩展，提出了一整套从设计—入库—管理一体化的地下管线数字化管理系统的解决方案。该方案不仅能够在管线的日常巡检、运维数据整体上报、 管线实时业务数据的查询与统计、管线资料的设计审批中发挥作用，更是将数据一体化、功能一体化、设计—入库—管理一体化等一体化管理思路融入于系统中，对厂区的各类管线进行全面管理。
让使用该系统的用户可以直观、方便的查找、定位管线位置，并可通过强大的分析功能为领导及专业人员提供辅助决策的依据。
图1.2XX地下管线地理信息系统（C/S）
1.2.4 使厂区领导在管线审批和管理上数字化、信息化
XX地下管线地理信息系统（B/S）在宏观上解决了整个厂区管线分布状况的浏览、相关设计资料的审批及设计人员设计图纸的提交等功能。结合厂区地下管线管理系统的特点，对传统的地下管线系统进行了大胆的创新应用，将原来的管线设计、管线信息存储入库及管线管理等分散的系统进行融合，实现了从管线设计—数据入库—管理的一体化综合管理模式，取得了很好的成效。
图1.3XX地下管线地理信息系统（B/S）
1.3 项目建设目标与意义 1.3.1
建设目标
1.3.1.1 实现厂区二三维数据一体化
系统使用SuperMap强大的数据支持及处理能力，将二维管线数据集转换成可以进行空间分析查询的三维GIS地理数据，最大限度的整合利用已有的各类管线数据，完成了地形数据、业务数据的一体化存储与管理，实现了在SuperMap Deskpro、Objects、 iServer中二三维数据共享、互访互问一体化管理。
1.3.1.2 建设二三维功能一体化系统平台
系统全面地综合厂区管线管理相关的所有功能，集用户管理、空间数据库管理、地图基本操作、管线查询分析、管线设计、管线业务审批、二三维一体化等诸多功能于一体，最大限度地满足了用户的各类需求，同时简化了企业管线管理的程序和工作流程，提高了业务管理水平。
1.3.1.3 建设管线管理与工作绩效一体化平台
系统将管线管理与相关管理人员的工作绩效挂钩，借助于管线管理信息，例如管线维修、更新、设计等，作为相关工作人员的考核参考标准之一，为现代下的企业管理提供了新的思路和管理模式。
1.3.2 建设内容
1.3.2.1 厂区三维建模建设范围
对厂区内以下范围进行建模：
包含XX全厂区（含XX新区）地形表面以上的地貌、植被、水体、地质、以及厂房等各类建筑物；
包含XX全厂区（含XX新区）地形表面以上的重点设施：水阀、设备井、检修井、冷凝塔、纯水罐、消防栓等附属设施；
包含XX全厂区（含XX新区）地形表面以上的各类专业管线及管线上的附属设备；
包含XX全厂区（含XX新区）地形表面以下的各类专业管线及管线上的附属设备；
以上除厂房等各类建筑物外均按照三维全景模式和内部模式精细化建模，总面积约为2.5平方公里。
1.3.2.2 厂区三维管线系统开发
二期系统功能设计，将基于厂区地下管线地理信息系统一期系统功能成果，整理借鉴目前技术成熟的管线三维应用模式，整合深化一期已经完成的软件功能，如管线的查询、分析以及编辑功能等等，将这些功能进行三维方面的深化扩展，从而达到在直观的在三维立体空间场景内展示厂区内错综复杂的地下管线网络结构，及一期系统功能基于管线三维建模数据的三维功能实现，从而达到系统功能的二三维一体化。
二期系统功能，主要包括如下子系统：三维场景管理子系统、三维管线查询子系统、三维管线分析子系统、三维管线统计子系统、三维通用工具子系统、用户管理子系统和系统管理子系统等。
1.3.2.3 一期成果应用深化
厂区地下管线地理信息系统一期在产品选型时已经考虑到二期的功能扩展，选择的XX软件产品即支持三维开发；一期已经完成的软件功能虽然能够进行厂区内各类管线的查询、分析以及编辑功能，但是不能很直观的在三维立体空间的场景内更加直观的展示厂区内错综复杂的地下管线网络结构，不能更好的指导厂区内相关领导、管线设计人员以及管线数据探测设计人员的工作，因此三维GIS技术的最新成果正好能够很好地满足这一要求，可以清晰、直观地表达厂区内管网系统的关系。
1.3.3 建设意义
地下管线是厂区的重要基础设施，属于基础设施中的生命线工程，是厂区规划、建设和管理的基础资料，也是地下管线安全运行的保证。随着厂区地下管网规模不断扩大，其关系也日益复杂。传统的管网管理模式已不再满足新时期的要求，三维GIS技术的最新成果能够很好地满足这一要求，能够清晰、直观地表达厂区内管网系统的关系，因此建立厂区三维综合管线GIS系统对于厂区管线从规划到日常管理的整套流程有重要的实际意义。
（1） 通过地下三维管线信息系统的建设，提升厂区管网资源管
理效益。三维地下管线规划设计系统无论从使用角度还是从管理角度，都更贴近现实管线状态，提供易于理解的三维管线空间展示，从而减少厂区管线部门从规划、设计、施工和管理等等一系列工作的时间、人力和才力投入。
（2） 通过地下三维管线信息系统的建设，提升厂区管网资源管理现代化水平。从技术角度，也是必然趋势，可以实行精细型的管网管理模式，对XX厂区的所有管网、管道和阀门等部件进行管理，极大地提高了信息化水平，使得管线规划设计更规范、合理、高效和务实。
2 项目三维管线信息系统总体设计
2.1 系统总体架构设计
系统总体采用分层体系，各层之间相对，各层从下往上互相依赖，从数据、基础功能、到业务再到应用。层中各功能和业务应用以组件的方式进行设计和开发，使层内各功能耦合度最小。
1) 基础软硬件与网络层
基础层主要包含支持系统软件运行的硬件设备，具体包含数据库服务器、应用服务器、网络设备等。
2) 数据库层
数据层的数据库采用大型关系型数据库，主要用来存储系统图形数据库和属性数据库。包括所有由数据库管理系统（DBMS）和空间
数据库引擎（SuperMap SDX+）进行管理和驱动的空间/非空间数据、文本数据和基础地理信息系统的空间数据库等，支持三维数据的存储和共享。其中主要包括：厂区管线三维建模数据库、厂区地形图数据库、厂区管线数据库、系统设计成果库和厂区设备及其它数据库。
3) 基础平台层
以SuperMap GIS的桌面式GIS、组件式GIS、服务式GIS来提供基础GIS功能支撑。
4) 应用层
为用户开发全方位基于三维管线模型的应用系统，系统主要功能包括：地图管理子系统、三维管线查询子系统、三维管线分析子系统、三维管线统计子系统、通用工具子系统、用户管理子系统和系统管理子系统。
2.2 关键技术 2.2.1
二三维一体化技术
在二期建设中，从技术层面将有效做到二维和三维一体化应用，采用基于Realspace GIS（真空间GIS）技术技术构建的SuperMap GIS 6R系列平台，能够在有效保障和满足一期建设需求外，为二期预留出丰富的三维数据和功能接口。
SuperMap GIS的Realspace GIS（真空间GIS）技术体系能保证二维与三维GIS技术的无缝融合，包括：二维与三维在数据模型、数据存储方案、数据管理、可视化和分析功能的一体化，提供海量二维数
据直接在三维场景中的高性能可视化、二维分析功能在三维场景中的直接操作和越来越丰富的三维分析功能。Realspace GIS突破三维GIS以前只能满足查一查看一看的应用瓶颈，推动三维GIS的深度应用。
二三维空间数据管理和操作一体化
三维厂区展示
2.2.2 面向服务的Service GIS技术体系，实现与现有业务
系统的无缝对接
在本次管线项目的建设过程中，需要同前期已有的系统和数据进行整合与对接，为了有效实现管线系统与原有系统跨平台、跨数据库对接，本次项目采用Services GIS技术。
Service GIS（服务式GIS）是一种面向服务体系架构(SOA)的GIS技术体系，它以规范的Web Service接口提供GIS的全部功能，并以服务聚合专利技术实现多级嵌套服务聚合。Service GIS方便构建基于SOA思想的应用系统，创新了面向服务的地理信息共享应用模式，不仅可实现异构GIS平台之间的数据共享，还可实现GIS功能共享。
高可用的服务技术
2.2.3 高性能跨平台的Universal GIS技术，有效保障系统
高效稳定运行
管线系统作为厂内最重要的信息化系统之一，为全厂各部门提供管线信息服务，为了保障系统运行的稳定性和高效率，在系统设计底
层上，采用高性能、跨操作系统的GIS技术，从GIS层面为本项目的应用提供保障。
Universal GIS（共相式GIS）是一种高性能、跨操作系统的GIS技术架构体系。基于标准C++完全重构了GIS的功能内核开发GIS系列平台软件，支持在Unix、Linux和Windows等多种操作系统上高性能运行，基于该技术体系的Service GIS和Web GIS平台支持SUN、IBM、HP等高端Unix/Linux服务器，为高端用户和大规模计算用户提供专享的GIS 平台支撑。
SuperMap GIS平台支持的操作系统
2.2.4 SuperMap SDX+海量空间数据管理引擎，满足不断
增长的管线数据管理需要
管线系统管理的数据种类繁多、在后期系统运行过程中，还有不断的数据信息加入，为了有效解决大数据量的管理、访问速度等问题，
项目中采用SuperMap SDX+大型空间数据库引擎来管理与空间信息有关的数据。
点 对 象Oracle线 对 象Oracle SpatialSQLServer面 对 象SDX+ 空间数据引擎各种空间几何对象和影像数据集都可以通过SDX+引擎，存放到关系型数据库中，形成空间数据库和属性数据一体化的空间数据库...Informix SDK+空间数据引擎
SuperMap SDX+对于这些数据库提供全面的支持，为客户端提供全透明的访问。SuperMap SDX+对这些数据库平台的访问接口进行了一致的封装，用户不必关心这些数据库是运行在什么样的服务器硬件平台和操作系统平台上，也不必了解后台的数据库类型、服务器的类型和操作系统的类型即可按统一的接口对数据进行存储和管理操作，大大简化了空间数据库的配置、开发和应用的难度。
2.2.5 多种富客户端GIS技术
为了提供系统的可操作能力和用户交互性，充分从各个环节考虑进行系统设计，本系统的B/S架构采用SuperMap的富客户端技术。其能够从SuperMap GIS服务器获取地图与服务，在三维环境下快速地完成海量数据加载、二维三维地图联动、空间和属性查询、空间分析、简单编辑、地址定位等功能，从而可以使用户体验到表现丰富、
交互深入的地图应用。
富客户端技术展示
2.2.6 工作流引擎技术
工作流引擎是以消息为中心，以流程为驱动，可以实现管线的流程审批，可以实现数据规范录入及数据的业务归档。通过工作流引擎技术可将“工作流审批系统”与“业务管理系统”进行有机结合、协同工作，从而实现了系统间的无缝集成，避免了信息的重复录入，解决了信息孤岛的问题。
3 项目厂区三维管线数据库设计与建库
3.1 厂区三维管线数据库设计
3.1.1 数据库总体设计
三维管线数据需要以厂区基础场景为基础，在基础地形场景上来整合管理、设备等相关信息数据，动力厂本项目二期三维数据库总体
结构如下。
厂区三维数据库厂区三维场景厂区三维管线图3.1数据库总体设计
厂区重点设施
3.1.2 厂区三维地形场景总体设计
1) 建模工具
采用的建筑物建模将采用单体建筑物建模的方式，建模工具选用3DMAX建模，纹理处理选择Photoshop进行纹理效果处理。
2) 建筑物纹理提取与休整
从外业采集到的建筑物照片上，提取建筑物建模所需各个面的纹理，利用Adobe Photoshop CS 软件对纹理进行提取与修整，对窗户、门、阳台、墙面等纹理进行提取。并进行分割存储，以便利用三维建模时进行纹理贴面。
纹理命名规范：根据模型命名规范进行命名。
3) 建筑物三维建模
通过对从外业采集到的建筑物照片进行分析，然后确定建筑物的各边长及外部结构。通过3DMax进行建筑物外部结构建模，以外业
采集的照片为依据，将提取的建筑物纹理进行贴面。
4) 效果展示
图3.2厂区三维展示
3.1.3 三维管线总体设计
XX管线二期三维管线数据库建模范围主要包含厂区内十二类管线专业，分别是给水、排水、空压、电力、通讯、天然气、氮气、纯水、消防水、自喷水、电力、冷却水。
给水排水厂区三维管线数据库通信冷却水纯水氮气天然气电力消防水自喷水压空制冷
图3.3厂区三维管线专业
图3.4厂区三维管线专业
图3.5厂区三维管线专业
3.2 技术要求
项目三维模型平面坐标系应与提供的电子地形图中项目位置坐标系保持一致；模型数据制作统一使用3DMAX进行，提交格式为max源文件（*.max）；全部模型纹理要求清晰可辨。提交的三维模型内容包括项目规定的所有三维模型，包括：建筑、景观小品以及绿化等。
1) 模型等级
精细模型：采用3Ds max工艺制作，以基础地形图数据为平面定位基础，通过实地纹理与高度采集，建立对应建筑物、道路、交通设施、市政设施等地物的精细三维模型。
重点区域建筑模型：采用测图工艺和3Ds max工艺结合制作，以
基础地形图数据为平面定位基础建立对应建筑物、植被等地物的精细三维模型。
一般区域：采用像对测图的方式制作，以基础地形图数据为平面定位基础，通过实地纹理与DEM数据，建立对应建筑物等地物的三维模型。
2) 精度等级
精细模型：采集所有单体占地面积较大的非临时建筑物的外围轮廓，当轮廓线凹凸较小时可进行综合。
一般现状建筑：能够表现建模物体的大致轮廓，结构凹凸的部分用纹理替代，相似面可复制，主体外观一致的建筑物允许复制。
3.3 三维数据建设方法
1) 建模工具
采用的建筑物建模将采用单体建筑物建模的方式，建模工具选用3DMAX建模，纹理处理选择Photoshop进行纹理效果处理。
2) 建筑物纹理提取与休整
从外业采集到的建筑物照片上，提取建筑物建模所需各个面的纹理，利用Adobe Photoshop CS 软件对纹理进行提取与修整，对窗户、门、阳台、墙面等纹理进行提取。并进行分割存储，以便利用三维建模时进行纹理贴面。
纹理命名规范：根据模型命名规范进行命名。
3) 建筑物三维建模
通过对从外业采集到的建筑物照片进行分析，然后确定建筑物的
各边长及外部结构。通过3DMax进行建筑物外部结构建模，以外业采集的照片为依据，将提取的建筑物纹理进行贴面。
3.4 三维数据成果与效果
图3.5厂区三维场景效果图
图3.6厂区三维场景效果图
图3.7厂区三维管线效果图
图3.8厂区三维管线效果图
4 项目软件应用系统功能设计
三维管线应用系统功能，主要包括如下子系统：三维场景管理子系统、三维管线查询子系统、三维管线分析子系统、三维管线统计子系统、三维通用工具子系统、用户管理子系统和系统管理子系统等。
4.1 三维场景管理子系统
本子系统提供海量三维地图数据管理功能，可方便快捷实现地形图和三维管线地图的新建、编辑、更新和保存。
4.2 三维管线查询子系统
本子系统实现对厂区三维管线进行选择查询、单项查询、综合查询、数据定位等GIS查询和浏览展示。
4.3 三维管线分析子系统
本子系统可为厂区管线管理部门提供专业管网分析功能，实现事故处理预案、管网碰撞检测、辅助规划设计等重要决策支持功能，将完全满足厂区内管线管理的实际应用。
4.4 三维管线统计子系统
本子系统能够灵活的统计出多种三维地下管线数据的属性信息，并以饼图和柱状图直观的表达。
4.5 三维通用工具子系统
本子系统能够提供丰富、便捷的系统工具，进行三维管线和其它场景的长度、高度、面积的量算；以及图层的控制和三维管线的属性信息查看。
4.6 用户权限管理子系统
本子系统实现管线所属单位、部门、角色、用户模式进行登陆权限的灵活设置。
4.7 系统管理子系统
本子系统实现快速的增加、编辑用户组和用户。并且对系统的操作日志进行实时查看，以保证系统数据和三维管线的安全性。
