近年来，随着我国城市建设的不断推进，城市的地下管线建设规模不断扩大，地下管线管理中暴露出的问题越来越突出^[1-3]。我国的地下管线建设缺乏统一规划、建设和监管，马路拉链现象屡见不鲜^[4]。目前，我国地下管线存在的问题已经受到社会各界的强烈关注，加强我国地下管线管理，已成为城市管理中刻不容缓的一项重要工作^{[5, 6]}。

为了从根本上解决武汉市城市地下管线管理中存在的问题，2014年7月，武汉市人民政府下发的《市人民政府关于进一步加强全市城市管线建设管理工作的意见》，明确提出了建立武汉市城市地下管线综合信息平台的要求^{[7, 8]}。

本文采用GIS、云计算以及工作流定制等技术，重点突破了计算资源负载均衡、装配式开发、管线精细化三维自动建模等技术难题，建立了武汉市城市地下管线综合信息平台，实现了对城市地下管线信息的综合管理和对管线规划、建设和监管的全生命周期管理，并针对武汉市地下管线的规划编制与审批、市政工程统筹与协调等实际业务需求，提供了相应的二三维地理信息空间决策及辅助支持，以实现城市地下管线的全业务类型和全生命周期的信息化管理与空间决策支持，促进城市地下管线管理工作的规范、有序和健康发展。

1 平台总体设计 1.1 平台总体框架

为了打破固有的管线地理信息系统建设与应用模式，提高平台的稳定性、连续性和可用性，本文将云计算技术应用到了武汉市城市地下管线综合信息平台的总体设计中。采用云计算技术，使平台具备负载均衡、部署方便、资源弹性扩展、性能安全可靠等特征，并实现动态、按需地调整与扩展系统所占用的基础设施^[9-11]。

平台的总体框架是按照数据资源与应用功能相分离的原则，采用结构化、模块化分层体系架构构建基础设施层、虚拟层、中间层、数据层、服务层和应用层等6个逻辑层，如图 1所示。

基础设施层主要由均质化的服务器、网络、存储等硬件资源组成。虚拟层主要实现资源和应用的虚拟化，资源虚拟化将多台分布的计算资源、存储资源、物理网络节点等资源动态整合为一个共享资源池，实现虚拟计算服务; 应用虚拟化将应用程序与操作系统耦合，为应用程序提供一个虚拟的运行环境。这个环境不仅包括应用程序的可执行文件，还包括所需的运行环境。中间层负责基础设施层的虚拟化资源管理，实现各种资源的自动虚拟部署。数据层包括基础地理数据、专题数据和元数据。各类数据将以标准的OGC(open geospatial consortium)数据服务方式为服务层提供数据源。服务层是指遵循OGC标准协议建立的数据服务和功能服务，数据服务包括时空数据引擎、元数据等服务；功能服务包括空间查询、分析决策等服务。不同的数据服务可以聚合与叠置，不同的功能服务可以互操作。应用层是指所建立的1个基础信息平台、3个管线管理专业系统和N个运维系统。

1.2 平台开发环境

平台采用C/S、B/S和M/S相结合的混合架构。数据库平台采用Oracle 11g和ArcSDE 10.2空间数据库引擎。GIS平台采用ArcGIS 10.2企业级服务器平台软件和桌面软件，其中C/S采用ArcEngine，B/S采用ArcGIS API for JavaScript，M/S采用ArcGIS for Android和ArcGIS for IOS。开发平台采用Microsoft Visual Studio 2010，开发语言为C#，支持.Net Framework 4.0框架和64位操作系统。此外，还采用了第三方工作流引擎RoadFlow、DotNetBar、EasyUI、H+界面框架等开发环境。

1.3 平台数据库

平台数据由基础地理数据库、专题数据库和元数据库等3大数据库组成。基础地理数据库是地理空间框架，主要包括系列比例尺线划图数据、建立金字塔结构的航空和卫星正射影像图数据、全景地图数据、行政区划数据、地名地址数据等。专题数据库是城市地下管线数据，主要包括管线综合规划、道路修规等规划数据，管线现状普查、管线权属单位专业管线、管线权属单位隐患排查等现状数据，管线工程审批、管线工程建设、管线监管等业务数据。元数据库主要对数据库中各类数据的来源、标准、精度、属性字段等信息进行描述和说明。其具体内容如图 2所示。

1.4 平台业务系统

平台业务系统由1个基础信息平台、3个管线管理专业系统和N个运维系统组成，简称1+3+N平台。其中，3个管理专业系统分别是管线规划管理系统、管线建设管理系统、管线监管管理系统；N个运维系统是根据业务需求进行定制和扩展的多个综合业务系统，如信息共享平台系统、管线应急指挥系统等。

1) 基础信息平台系统。对地下管线数据进行检查、编辑、入库、更新和发布共享，并为平台中其他各个系统的管线业务管理与分析应用提供基础地理信息服务和管线数据服务。系统主要功能包括数据集成与管理、资源创建与管理、服务注册与检索、数据集成与展示、地下管线信息网、平台运维管理等。其主要应用部门为平台的数据管理中心。

2) 管线规划管理系统。以服务武汉市城市地下管线规划管理为核心，以推进管线与新改(扩、建)道路的同步规划设计和辅助管线工程规划审批为目的，实现管线规划审批有序、动态和科学的管理。系统主要功能包括管线规划编制成果管理、管线规划审批、管线规划批后监管和小微管线工程报备等。其主要应用部门为武汉市规划管理部门。

3) 管线建设管理系统。在管线建设计划、施工、验收、竣工档案管理等环节对管线建设与施工单位进行全过程的管理，确保管线工程的施工质量。该系统包含的功能模块主要有年度计划、综合设计、施工注册和竣工归档等。其主要应用部门为武汉市管线建设相关单位。

4) 管线监管管理系统。确保在管线运行、维护管理中严格执行报建制度和动态管理制度，便于准确掌控和及时处理有关管线运行、维护的问题。系统的主要功能包括燃气热力管理、占道挖掘管理、井沟盖管理、压占违建管理等。其主要应用部门为武汉市城市管理部门。

5) 共享交换系统。由各管线权属单位结合自身管线专业的特点，以满足自身专业化应用与运营维护的需要而通过新建或升级改造的方式搭建的各类管线专业应用系统，并通过授权访问的方式解决不同管线权属单位的管线信息共享交换问题。该系统主要包括排水、给水、燃气、热力、电力、工业、通信等8大模块。其主要应用部门为各管线权属单位。

平台中的各个子系统根据制定的标准规范进行数据交换与业务协同，并在业务协同的过程中实现了对地下管线数据的实时更新。平台对每个管线项目赋予了唯一的工程编号，管线项目在不同生命阶段之间的信息通过这个唯一的工程编号进行关联。在一个子系统中录入或产生的信息会根据业务管理需要，自动流转或共享到另一个子系统中。上一个业务环节执行完毕后，下一个业务环节(或子系统)用户会收到消息提醒。

2 应用与示范

依据上述关键技术，搭建了武汉市城市地下管线综合信息平台，应用于武汉市城市地下管线综合信息管理、管线规划管理、管线建设管理和管线监管。图 3是武汉市城市地下管线综合信息平台的登录主页面，主要是用于登录到基础信息平台系统、3个管线管理专业系统以及信息共享系统的功能模块。

图 4是基础信息平台中的集成管理系统主界面和集成展示系统主界面。集成管理系统主要用于实现地理空间框架数据、地下管线数据的二三维一体化动态管理、更新维护、自动建模、分析应用和输入输出；集成展示系统主要用于地理空间框架数据及地下管线等数据二三维一体化网络发布、集中展示与共享应用。

图 5是地上、地下三维一体化集成和三维场景下地下管线开挖分析、地下管线爆管分析等空间决策支持应用图。

3 结束语

本文针对目前我国城市地下管线规划、建设和监管工作存在的各种问题，利用GIS技术、云计算技术以及工作流定制等技术，建立了武汉市城市地下管线综合信息平台，实现了城市地下管线的二三维一体化的存储、集成、维护、更新、分析与展示功能，将城市地下管线的规划、建设和监管全生命周期进行了一体化整合，并将平台应用于武汉市城市规划管理部门、建设管理部门和市政管理部门，覆盖了城市地下管线全生命周期的管理，促进了武汉市城市地下管线管理由传统型、粗放型、经验型向协同化、精细化、科学化的管理决策模式转变。