基于地理信息技术的道路挖掘管理系统建设

谢有福

摘 要：传统的道路挖掘项目审批方式缺乏对挖掘项目的系统性和全局性统筹调度，往往造成道路的反复开挖。文章探讨了城市基础设施数据整合特别是多源管线数据融合的方法，并基于该数据建立道路挖掘管理系统及配套制定道路挖掘事件报送审批流程，该系统的运用不仅能合理地全局统筹道路挖掘项目，从根本上减少道路反复开挖的现象，还可以利用城市基础设施数据库，对道路挖掘项目施工可能涉及的市政设施进行分析提取，为项目的审批、统筹及施工提供重要的参考依据，大大地提高项目审批的质量和效率。

关键词：道路挖掘;空间数据库;地理信息

0    引言

城市道路是各类地下管线的主要载体，随着社会经济的发展和城市体量的不断扩大，难免会出现管线基础设施無法满足城市发展需求的情况，势必进行管线设施的新建、扩容、改造而开挖道路造成“马路拉链”。道路的反复开挖不仅严重影响交通出行，还破坏了道路的整体结构，影响使用寿命。为此，充分利用各单位的现有数据进行整理融合，解决各单位间数据碎片化的问题，建立一套权威、完整的城市基础设施数据地理信息数据库，并在此基础上建立一套基于地理信息技术的道路挖掘管理系统及配套制定相应的挖掘事件报送审批机制，对道路挖掘项目进行合理规划、统筹调度就显得尤为重要。

1    建设目标

运用信息化工具和管理手段，建立基于地理信息技术的道路挖掘管理系统，实现建设单位、涉路管线产权单位、道路管理权属部门和行政审批部门间的信息共享。辅助相关管理单位科学安排计划，统筹调度道路挖掘项目，减少因城市道路反复开挖而造成的“拉链路”。

2    建设内容

道路挖掘地理信息管理系统建设主要内容为：流程机制建设、标准规范建设、基础数据建设、道路挖掘管理系统建设。

2.1  流程机制建设

根据各级政府颁布的道路管理、工程施工、道路占用与挖掘等相关管理条例，将道路挖掘施工有关的管理标准统一纳入，形成统一的业务流程和管理机制，规范各类道路挖掘施工项目的申报和审批流程。

道路挖掘项目的申报和审批流程大致如下：建设单位上报项目→道路管理权属单位初步审核→统筹调度形成道路挖掘项目调度计划→向管线产权单位推送项目信息→管线单位反馈意见→协调确认后形成正式施工调度计划→向政府行政主管部门/单位汇报→施工计划公示→各建设单位及相关部门依照计划执行项目。

2.2  标准规范建设

标准规范建设包含数据标准和工作标准，数据标准包含基础数据标准、数据采集标准等，以及数据的使用、访问、管理和更新维护等在内的标准规范体系;工作标准是基于道路挖掘申报调度流程，按照系统的操作说明、操作要求、行为规范所做的统一规定，确保实现工作流程的信息化并与实际业务高效统一[1]。

2.3  基础数据建设

基础数据大致可分为城市基础数据和管线数据。其主要作用是给道路挖掘项目的审批及施工提供辅助决策，利用该数据分析项目施工对现有设施的影响并给予提示，从而减少盲目开挖对现有设施造成的破坏。

2.3.1 城市基础数据

城市基础数据可利用地理信息公共服务平台，如“天地图”，直接接入该服务即可使用其丰富的城市基础数据。

2.3.2 管线数据

许多城市已经建立了管线数据库，由职能管理部门维护及管理。同时大部分管线产权单位也建设了自己的管线管理系统或管线档案数据库，因此管线数据的建设以收集、处理、整合各单位现有数据为主，必要的情况下再考虑对数据的缺失部分进行实地普查。

各单位所持管线数据的现势性、坐标系、格式、属性字段等存在差异，且存在同一管线有多套不同来源数据的情况，需要经过处理加工将多源管线数据融合为数据结构统一、涵盖内容较为完整、准确的“管线一张图”[2]。多源管线数据融合流程如图1所示[3]。

（1）制定数据标准。

根据系统建设需求及现有数据情况制定数据标准，包含数据结构、格式、元数据、空间参考等内容。

（2）收集资料。

收集各单位符合要求的资料，包含各权属单位资料、各职能管理单位资料、市政管线竣工图等。

（3）数据有效性分析及剔除。

各单位的管线数据格式多种多样，主要有ArcGIS，AutoCAD，EPS，SuperMap等，将收集来的数据进行格式转换，统一数据格式及坐标系，如ArcGIS的*.shp格式CGCS2000坐标系，确保转换后的数据信息无丢失，精度无变化。由于管线数据来源于多个单位，因此存在部分区域的管线有两套或多套数据的情况，通过综合分析提取出质量、精度、完整性最为可靠的数据，并将其他数据剔除。如果多套数据中各要素质量参差不齐，则需要提取每套数据中质量最好的部分进行数据融合，形成一套最为可靠的数据;多套数据中如果存在有的空间数据质量较好，有的属性数据质量较好，则分别提取各数据中质量较好的部分融合成一套质量最好的数据。若出现内业无法判定数据质量优劣的情况，则在该数据的属性中予以标记，待后续通过外业做进一步质量评定[3]。

（4）融合接边。

将初步融合的各区域成果进行接边处理，整合为一套全区域、全种类的管线数据库。具体方法为：分种类叠加各区域管线数据，绘制相交区域接边线;利用接边线创建缓冲区;利用邻近分析功能找出缓冲区内接边处距离最近的管线，比对数据情况自动对接属性相匹配的管线数据;对于无法自动对接的数据分析具体原因并进行人工接边。

（5）数据质检及核查。

数据质检包括空间数据的拓扑检查和属性数据的合理性、规范性检查。空间数据拓扑检查包括：点线关联性、要素重叠、重复数据等;属性数据检查包括：字段类型检查、值域检查、逻辑性检查等。对于质量较差的数据，分析该数据情况评估是否可以通过加工处理提升数据质量，若处理后数据质量依然无法达到要求，则剔除该数据并考虑是否现场补测。

筛选出之前标定的疑问数据和质检时发现的不合格数据，统一进行外业核查，获得质量达到要求的管线数据融合入库。

2.3.3 道路沿线设施数据

道路沿线设施数据包含空间数据和属性数据，在没有现有数据成果的情况下可通过外业普查获得，并录入空间数据库统一管理。普查内容如下。

（1）构筑物：桥梁、隧道、人行天桥、地下通道等。

（2）交通设施：交通标志、护栏、轮廓标、隔离栅、隔音墙、信号灯、警示灯、可变情报板、诱导屏、广角镜、路名牌、监控、电子卡口等。

（3）公共服务设施：公共饮水机、公厕、公交车站、报刊亭、公共自行车站点、24小时图书馆电话亭、通信基站、邮筒等。

（4）照明及其他设施：路灯、路灯控制箱、变压器、各类箱柜体、广告牌、宣传栏、治安亭、通气口、消防栓等。

由于普查方式多种多样，可根据实际情况选择具体普查方案，本文不做展开。

2.4  系统体系结构

为便于数据源的灵活配置及业务逻辑的扩展，支持系统的迁移和部署，系统采用基于J2EE的开放式体系结构，兼容各种主流操作系统与应用平台。在技术体系结构方面使用面向服务的SOA体系结构组织搭建整个系统的框架。系统框架分为5个层具体如下[4]。

（1）基础设施层：系统依托于基础硬件设施建设（包括存储、服务器、网络等基础设施），保障系统正常运行。

（2）数据层：主要为道路挖掘业务数据和各类地理信息数据，地理信息数据包含城市基础数据、管线数据、道路沿线设施数据等。

（3）支撑层：软件系统运行的基础软件支撑环境，通过GIS引擎、报表引擎、工作流等实现道路挖掘管理系统正常运行。

（4）应用层：以道路挖掘地理信息管理系统为基础服务平台，为业务应用系统提供基础服务，在此之上构建各系统功能，以满足道路挖掘日常业务应用需求。

（5）用户层：用户层分系统管理员、系统维护人员、数据维护人员、业务操作人员以及各级领导等。

2.5  系统功能

2.5.1 GIS数据展示

在地图上直观展示道路挖掘项目情况及其他基础数据，如：道路、挖掘项目、管线设施等，实现专题图、区域统计分析、时态数据展示、地图测算等功能，辅助建设单位、道路管理权属单位及相关政府管理部门管理道路挖掘施工项目相关工作，如图2所示。

2.5.2 项目动态库

项目动态库用于各建设单位对道路挖掘项目基础数据的管理，如图3所示。

（1）项目上报：各建设单位按要求，在规定填报时间范围内通过系统填报拟实施的道路挖掘项目的属性信息和空间信息。属性信息包括项目开始时间、结束时间、建设单位、联系人等;空间信息可通过系统提供的画图功能或坐标输入功能上报，或者上传符合规范要求（格式、坐标系等）的项目施工位置图。

（2）项目库管理：各建设单位上报的道路挖掘项目基础信息在系统中汇总形成项目库。道路管理权属单位根据管辖范围可查看已上报系统的项目信息，通过预设的查询条件，可快速筛选检索到所需项目记录，项目库数据保持动态更新。

（3）空间分析：空间分析功能是基于系统中的管线数据库，使用邻近分析及缓冲区分析提取出项目施工区域内可能涉及的現有管线数据，为计划的审批、调度及项目施工提供重要的参考依据，如图4所示。

2.5.3 计划调度审批

计划调度是对道路挖掘施工项目计划进行对照分析，自动分析以相同的色块标注出相近时间、相近路段的施工项目，辅助道路管理权属单位统筹调度道路挖掘施工项目计划，如图5所示。

（1） 调度分析。

为项目调度管理人员提供辅助决策功能，将挖掘项目计划数据统一落图，系统根据申报项目计划信息自动将申请施工时间和地点相近的道路挖掘申请以高亮方式进行汇总和展示，并得出相近区域内项目计划的合并建议，辅助管理人员做出调度决策。同时可利用管线数据库对指定申请地点及周边的管线分布情况进行分析，生成挖掘项目施工可能涉及的管线设施清单，为调度管理人员统筹调度及施工单位作业提供重要的参考依据。

（2）调度管理。

计划调度管理人员通过调度分析结果进行计划合并，生成初步调度计划。系统将生成的初步调度计划信息推送给各管线产权单位确认，若调度计划存在问题则通过系统进行反馈。计划调度管理人员根据各管线产权单位的反馈信息使用计划调整功能进行手动调整计划内容。经过一系列审批流程后最终形成道路挖掘施工项目的统筹实施计划，按管理办法在规定时间内予以公示。

（3）计划调度查询。

相关单位可通过计划调度查询模块查看权限范围内的项目计划统筹调度情况，根据计划调度情况调整项目施工安排。

（4）项目计划汇总。

经公示后的道路挖掘项目计划通过系统统一汇总到行政主管部门形成下一周期城市道路挖掘施工审批计划。

2.5.4 综合分析

系统提供综合分析功能，利用BI展示工具、报表工具实现将道路挖掘管理工作相关数据通过图表分析、统计报表方式展示，辅助用户进行各类专题统计分析，为规划决策提供数据支撑。

2.5.5 档案管理

档案管理模块实现以道路挖掘项目为单元，对各阶段的项目档案进行归档，并提供多种查询方式供用户方便查询相关项目资料。

2.5.6 组织机构管理

组织机构管理模块用于创建和维护使用本系统的相关单位的基础信息、角色权限配置、流程配置等相关管理内容。

3 结语

道路挖掘地理信息管理系统的应用规范了挖掘项目申报流程，并进一步完善了管理机制。通过整合各单位数据资源，实现挖掘项目的全局统筹协调、智能分析、智慧调度，达到信息双向共享、高效办公协同的目的。从根本上减少因城市道路反复开挖而造成的“拉链路”，挖掘区域的现有管线及市政设施空间分析功能为计划调度及现场施工提供了重要的参考依据，能够有效地减少因现场资料不足而盲目开挖对管线及市政设施造成的破坏，减轻因道路挖掘施工对社会公众出行的影响。

[参考文献]

[1]黄坚，王丹，丁军.城市公共基础空间数据库建设方法初探[J].测绘通报，2003（2）：42-44.

[2]孟志义.北京市地下管线信息多源数据整合研究[J].测绘通报，2011（10）：56-59.

[3]付丽丽，韩葵，王文哲.城市地下管线数据整合技术探讨与研究[J].城市勘测，2017（6）：67-70.

[4]朱晓华，闾国年.地理信息系统技术在我国的应用与存在的问题[J].科技导报，2001（5）：37-39.

（编辑 王雪芬）