引言
城市地下综合管线是城市能量与信息的传递者,是城市赖以生存和发展的重要物质基础,被誉为城市的“生命线”。通过智慧管网信息资源共享平台的建设,可以实现地下综合管线数据的统一有效管理,提供管线信息数据服务接口,实现地下管网信息共享与一体化应用,提升城市管线管理、城市规划、城市建设和管理水平,维护城市“生命线"的正常运行。
1、设计需求
1.1管网数据管理需求
地下管线的数据包括地下管线空间数据、管线实时监控数据等,数据量是相当大的,并且是不断增长的,在设计过程中在保障当前的需要的同时,要考虑方便扩充等问题,以适应城市发展带来的数据增长形势。总结管网数据管理需求包括数据存储需求、数据统一管理需求、数据更新维护需求、历史数据存储需求、应对数据结构变化需求和查询统计需求等。
1.2数据资源共享需求
为满足智慧城市建设过程中部门之间资源共享的要求,提供精细化管理的数据支撑,系统需要将地理信息数据、专业管线数据、综合管线数据等进行分类、整合、汇总后,通过非涉密网和专网实现各部门之间的互联互通、资源整合、资源更新和信息共享。
1.3辅助决策需求
除建委管线办以外的其他委办局对管网信息系统的业务需求主要是依靠系统提供的信息进行辅助决策,使得决策有据可依,避免决策失误带来的损失。这类的业务需求很多,最典型的应用是应急救灾。以应急救灾部门为例,当发生地震等自然灾害时,应急救灾部门需要知道燃气管线爆管位置,及时关闭燃气阀门,控制燃气的扩散范围,避免扩散燃气燃烧爆炸带来的二次灾害。
1.4大数据存储、挖掘需求
管网数据集中存储对存储空间要求较大,存储系统建设应满足未来两年内的数据存储空间需求,并保障存储系统能够进行动态扩充,以适应未来至少10年扩充需求,避免将来出现存储瓶颈而推倒重建带来的资源浪费。
1.5信息安全功能需求
能够对外提供全面、稳定、高效、安全、优质的虚拟化服务,具备可靠的安全保密特性,为服务器虚拟化提供较好的支持,为用户的数据传输、存储提供高强度安全防护。
1.6兼容可扩展需求
地下管网的管理涉及政府部门、行业用户和相关企事业单位,为信息系统的各类用户提供相应权责范围内的统一服务接口,实现地下管网信息管理的全管理事项的集成,以满足政府对管线信息管理的信息化运行的需求。在统一的平台上提供标准接口协议与服务接口,与已有系统互联互通,同时整合在建系统。
2、总体架构
智慧管网平台将建设覆盖连接市建委、各管线权属部门一级单位的专网,通过建立基于SOA架构的数据与服务管理系统,实现业务功能模块的服务化、组件化、定制化管理;通过数据库设计、数据普查入库,形成综合管线核心数据库,并挂载与发布基础地形服务,实现综合管网的 “一张图模式”管理;建立管线综合管理及应用服务分系统和管线设施监测及信息服务分系统。系统具体逻辑架构如下图所示。
图1 管网信息资源共享平台总体架构
管线数据及信息共享(云)平台分系统覆盖基础层、数据层、平台支撑层及服务层,通过裸金属虚拟化技术整合物理存储设备和处理设备,构建管线数据及信息共享(云)平台分系统底层存储资源池、计算资源池以及虚拟化网络,为管线数据及信息共享(云)平台分系统提供基础虚拟设备和虚拟网络环境。同时,通过虚拟化技术为海量数据存储提供存储资源池、计算资源池及网络资源池。
借助数据分布式存储、分布式并行计算、流程调度、消息中间件等核心技术手段为上层应用提供目录服务、应用服务、数据交换服务等基础的数据共享与交换服务,实现各行业数据的集中整合,并作为行业数据共享中介,完成行业应用数据在不同行业之间的交互与共享。通过平台服务层封装的基础GIS服务为业务应用层的各智能应用系统提供统一的城市空间地理信息位置服务。
应用层基于服务层提供的服务构建管线综合管理及应用服务和管线设施监测及信息服务两方面的应用。
3、系统方案
3.1管线数据及信息共享(云)平台
管线数据及信息共享(云)平台包括数据服务引擎子系统、分布式流程管理子系统、报警网关子系统、接入网关子系统、访问控制子系统、管网数据管理子系统、运维管理子系统和扩展开发子系统和安全虚拟化子系统九个子系统。
管线数据及信息共享(云)平台通过整合云中心基础资源构建分布式并行计算、分布式存储等一系列基础服务,为管线数据管理及应用服务平台和管线设施状态及信息监测平台提供并行计算及海量数据云存储能力。通过流程调度和设备监测等服务实现对应用服务的业务流程监控和物理设施运行状态的监测,实现管网系统软硬件环境的实时监测。通过报警网关服务为设施状态监测应用平台提供报警源、报警事件处理能力。
3.2管线综合管理及应用服务分系统
管线综合管理及应用服务分系统包括管网二维基础应用子系统、管网三维展示应用子系统和管网综合业务管理子系统三个子系统。管线综合管理及应用服务分系统针对管线应用服务需求提供空间信息管理、三维信息展示与管网专业分析等功能,为管线数据管理与决策应用提供技术支持,并提供全流程的管线会签,简化工作流程,提升管线审批效率。
3.3管线设施监测及信息服务分系统
管线设施监测及信息服务分系统包括管线监测信息系统建设以及管线监测设施部署工程两部分内容。管线设施监测及信息服务分系统通过对管线传感器数据采集处理,为管线权属单位、管线办及城市应急指挥部门提供实时管线状态信息。通过状态预警分析功能,为管线权属部门提供事故预警服务,在事前解决可能存在的安全隐患。通过应急处置功能为城市应急部门提供应急预案,综合调动事故周边各方信息,提升应急协同能力,提高城市应急指挥能力。
4、应用模式
4.1数据共享模式
平台能够将各种管线数据、地理信息数据进行分类、整合、汇总后,集中到数据中心,同时,资源在传输及汇总的过程中设立了一定的安全保障机制,采用安全云计算技术,确保数据的准确性与完整性。平台采用专网与内网相结合的方式实现数据共享。具体的部署及接口方式如下图所示。
图 2智慧管网平台部署及内外部接口
专网包括管线数据及信息共享(云)平台、管线综合管理及应用服务分系统和管线设施监测及信息服务分系统,主要服务于建委管线办和管网权属单位。内网建设依托于专网基础软件架构,搭建包括管线数据及信息共享(云)平台和管线综合管理及应用服务分系统为主的服务环境,主要服务于政府委办局,另外,对当前已建成或在建系统,平台预留数据交互接口,提供良好的兼容性。
4.2数据应用模式
政府部门用户及权属单位用户通过系统提供的客户端程序登录基础展示系统,后台服务系统将管网信息数据和城市空间数据以二三维联动的方式展示管网空间信息。其中:二维平面图方式提供的综合管线电子地图可作为施工建设的依据指导管线施工;真三维管线模型提供更直观的管线空间位置关系。
4.3权限管理模式
管网资源共享平台面临多用户、多权属共用管线数据的问题,因此,要求平台能够满足多类用户受控访问管网信息数据,在保证各部门、各权属单位正常应用的基础上实现管网信息的最小信息共享应用的要求。
建委管理员用户通过管网运维管理系统设置管网各行业一级管理员用户及政府部门应用用户,将相应的数据访问权限分配给相应的用户。获取权限的各类用户可根据本单位内部职能分工,按区域、按职责、按层级分设下一级用户并赋予相应权限。同时,为了兼顾应急抢修情况下管线施工单位需要了解事故路段地下管线全部信息这一特殊要求,系统提供访问权限绿色通道服务模式,应急抢修部门可将事故路段范围标注,通过绿色通道功能向管线办申请数据开放权限。管线办接收申请后核实响应路段信息,开放相应路段访问权限,申请单位即可查看相应区域管线信息,待抢修完成后系统将自动回收相应权限。
4.4扩展开发模式
考虑到智慧管网各类用户未来系统建设功能扩展的需要,系统通过对管网信息查询服务、分析服务、统计服务及地上信息查询服务等服务的封装提供多类型基础功能,同时,基于云平台构建的扩展开发系统提供丰富的存储、处理服务及服务注册机制。管网信息系统用户可根据新增业务的需求,利用现有服务接口,快速构建基础通用的原型系统,并通过原生服务接口构建面向特殊需求定制服务,并将服务统一注册到平台中,通过平台统一调度服务,提供专业系统应用。
4.5数据更新模式
各权属单位通过系统提供的数据上传账户将本单位新建、改建管线数据上传至管线办服务器;管线办管理人员确认数据安全后将数据转入管网数据管理系统;各权属单位数据更新人员即可在各自数据管理平台中查询到更新的数据信息,权属数据维护人员可根据更新数据与原有数据的对比情况判断更新信息和数据是否符合实际,确认无误后将新数据更新到本单位专业管线信息中,完成专业管线的数据更新;系统将自动完成二维管线到三维管线的生成工作,并更新综合管线图中相关信息,完成管网信息的同步更新。
4.6实时监测模式
选取部分供水管线作为监测示范区,根据管线分布情况在主要干管道部署传感器预计部署约20个点,覆盖示范区内主要供水管线。供水责任部门通过系统提供的管线监测系统实时查询管线的状态信息,包括流量、压力等。并通过系统提供的漏损分析等功能分析该区域供水漏损情况,指导维修部门对相应漏损管线进行维修。同时,通过压力信息实时监测也可对爆管、冻裂等情况进行准确预警,提高管线跑、漏、滴、冒等问题的预警能力。
5、结束语
智慧管网信息资源共享平台在智慧城市的框架体系下设计和实施,充分构建了数据共享和运营服务体系,可实现地下管线信息的跨行业、跨部门共享,为各专业管线权属单位和城市规划、建设、人防、交通等多政府部门提供数据支持。通过搭建共享服务云平台和创建完备的运营服务机制,实现了信息化系统的统筹集约建设,保证了管线数据的及时更新,节约了政府的财政支出,是一项利民惠民的重大工程。
作者:吕荣生 哈尔滨市城乡建设委员会副处长、高级工程师
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