守护城市地下“生命线”——城市地下市政基础设施智慧管理平台

参赛院校：苏州科技大学             

指导老师：冯琰  王颖              

队员姓名：董宇轩  尹言舒  郝星源  陆欣睿

一、系统设计背景   

近年来，各个行业智慧管理平台发展迅猛，市场需求不断增长，该领域仍面临了诸多挑战，海量数据难以管理，人工检索效率低，城市管理体系不完善等，这为本项目提供了广阔的发展空间和实际应用价值。

针对这些问题，本项目基于SuperMap iDesktop、SuperMap iServer等产品开发出了城市地下市政基础设施智慧管理平台，该平台具有显著的创新性和实用性，本项目的实施有助于推动管理平台的发展，提高大学生的创新能力和实践能力。同时，本项目还将为“城市家底”数据的管理提供有效的解决方案，促进产业升级和社会发展。

二、系统架构

本系统采用分层架构，自底向上依次为数据层、服务层、业务层和展示层。数据层负责数据的存储和访问，服务层提供基础服务和业务逻辑处理，业务层实现具体的业务功能，表示层负责与用户进行交互。各层之间通过接口进行通信，实现一个B/S架构软件系统。

如图1是平台系统架构图，数据层选择PostgreSQL进行数据存储同时结合PostGIS插件处理非结构化数据。业务逻辑层采用Spring Boot框架来构建业务逻辑。服务层通过RESTful API与表现层进行通信。展示层使用Vue和Ant Design Vue构建用户操作界面。

图1 平台系统架构图

三、系统功能设计与展示

图2 平台整体功能式设计图

1、驾驶舱

主要包括4个统计板块：入库地下管网设施统计、市政管网要素统计、排水管网隐患排查长度统计、排水管网排查隐患点统计，主要以图表方式展现统计与查询结果。

2、地图操作

地图操作部分主要有距离量算、面积量算、全图展示、清除绘制、图层控制、查询定位、点位标注、图层绘制、地图飞行的功能。地图操作反映所在区域现象的空间分布、‌组合、‌联系、‌数量和质量特征及其在时间中的发展变化，根据海量数据库，为使用者提供便捷、有效的区域情况。

3、专题展示‌

（1）基础设施一张图

基础设施一张图主要可以用于分析各专项规划、重大项目与管控要素之间的冲突情况，便捷直观地查看重叠范围、所属项目、所在位置等分析结果，为及时、妥善处理空间矛盾冲突提供了技术支撑；在这幅图中我们可以选择所需分析的图层进行叠加显示。

（2）排水管网排查缺陷管段与隐患点分布图

目前在市政排水管道中常见的结构性缺陷有破裂、变形、腐蚀、错口与渗漏。常见的功能性缺陷有沉积与障碍物等。使用者可以清晰的排查管网的缺陷，明确管网现状。

排水管网(包括污水管及雨水管)的排查勘测是对城市管网现有设施设备及相关档案等数据资料进行排查、踏勘、复核及分析的过程,图例中用不同的颜色表示不同级别的隐患管段与管点，呈现出排水管网排查隐患点分布图。

4、空间分析

空间分析包括横断面分析、纵断面分析、开挖分析分析三个部分。空间分析通过海量数据分析与整合，对地下管网、管点进行可视化观测。

（1）纵断面分析

点击纵断面分析，有选择管线、开始分析、清空选择、退出选择4个选项。在选择的管线上使用者可以得到所选管线的编号、类型、类别和操作，可以出现地下管线纵断面图，在图中用绿色折线代表地面高程，用蓝色折线代表选中的管线高程，同时给出间距、规格、埋深的信息。如图所示，为纵断面分析成果图。

图3 纵断面分析示意图

（2）横断面分析

点击横断面分析，有选择管线、开始分析、清空选择、退出选择4个选项。在选择的管线上使用者可以得到所选管线的编号、类型、类别和操作，可以出现地下管线断面图，在图中用绿色折线代表地面高程，用蓝色折线代表选中的管线高程，同时给出间距、规格、埋深的信息。如图所示，为横断面分析成果图。

图4 横断面分析示意图

（3）开挖分析

开挖分析是指通过机械设备等工具对地面、地下提起土石或其它物料的行为。在建筑、矿产开发、道路建设等领域,开挖是一项常见而重要的工作。如图所示，为开挖分析示意图。

图5 开挖分析示意图

5、综合分析

综合分析包括管网长度查询、管网点数统计、点选查询、面选查询、条件查询。是对区域的综合分析。

（1）管网长度统计

对于区域的选择可以有圆域、多边形、全局3种选择，选中区域可以在图表中查询管网的长度。如图7圆域管网长度统计结果管网、管线选择示意图。

图6 圆域管网长度统计结果管网、管线选择示意图

（2）点选查询

用户选择具体的一点，点击可得到点的编号、类型、管点高程、井深、隐蔽点特征、井盖形状、所在道路。如图点选查询结果示意图。

图7 点选查询结果示意图

（3）面选查询

有圆域和多边形2中选择，用户可以选择其中一种面选查询，然后圈出想查询的区域，即可得到所选区域内所有管线的编号、类型和类别。如图所示，为面选查询结果。

图8 面选查询结果

（4）条件查询

点击条件查询可以得到管点和管线属性、材质、管径、所在道路的信息。如图所示，为条件查询。

图9 条件查询示意图

五、系统亮点

1、融合地上地下一体化的三维可视化实现

地下市政基础设施智慧管理平台通过先进的技术，实现了地上倾斜摄影所带来的逼真实景三维展示，一比一还原真实场景。而对于原本不可见的地下部分，运用图层的叠加显示和实时监测技术将地下场景及其对应的数据呈现在屏幕上，实现地上地下的无缝展示。此外，由于庞大的数据，三维可视化实现的效率往往较低，但智慧管理平台通过分布式部署、模型轻量化技术以及细节模型处理等技术手段，实现了高效的浏览，极大地提升了可视化的效率和效果，为相关领域带来了全新的体验和应用可能。

2、面向地下复杂空间数据的分析功能开发

在面向地下复杂空间数据的分析功能开发方面，我们的地下市政基础设施智慧管  理平台中的空间分析板块包含了横断面分析、纵断面分析和开挖分析三个功能，实现了从不同角度对地下市政基础设施的全面、综合分析，打破了传统单一分析方法的局限性。开挖分析功能结合横断面和纵断面分析，能够为施工提供精确到具体位置和深度的指导，大大减少施工中的不确定性和错误，提高施工的精准度和效率。此外，平台中的QV和CCTV监测还可以帮助我们排查出存在隐患的管线，降低安全隐患。这些面向地下复杂空间数据的分析功能相互配合，为城市地下市政基础设施的管理和规划带来了全新的、高效的手段。

3、行业价值

平台可以应用在城市管理、城市规划、应急安全等管理部门，可以有效提升行业管理效率和管理水平，主要表现在：

提升城市基础设施现代化管理水平：通过科学规划和合理布局，平台将各类管线集中管理，实现了资源的共享和优化配置，显著提升了城市基础设施的智能化和信息化水平，增强了城市的运行效率和应急响应能力。

推动城市可持续发展：通过集中管理各类管线，减少了资源的浪费和环境的破坏。借助现代信息技术和智能化设备，可以实现对管线隐患排查，平台提供了信息化技术手段，提升隐患排查效率和管线更新周期，保障城市的安全和稳定。

提升居民生活质量：平台对管线数据进行有效管理，降低了管线故障的发生概率，减少因管线维修导致的路面开挖和交通拥堵，提高了居民的出行效率和生活便利性。

五、团队总结    

由本系统搭建的平台旨在满足海量多源数据源的管理，数据分析与挖掘和三维管理平台的开发以及地上地下一体化的三维可视化实现等需求。我们希望通过设计的系统所搭建的平台实现对各种类型和来源的数据进行统一的管理和分析，挖掘出数据中蕴含的潜在价值和信息，为决策提供科学依据；同时，通过开发和实现一个功能全面、操作简便的三维管理平台，使得用户能够更加直观、生动地了解和掌握数据，提高工作效率。

六、指导老师点评

团队成员在充分调研行业需求基础上，结合GIS技术，设计开发了功能全面、操作简单、界面友好美观、符合用户使用习惯的城市地下市政基础设施智慧管理系统。该作品选题新颖且具有较大行业应用价值。

本系统架构设计良好，数据完整规范，代码结构清晰，具有较好的可维护性和可扩展性。功能模块的设计较为完善，从数据组织到功能实现的过程中，能够以二维和三维的形式展示并且进行分析，满足了用户查询、空间分析、地图可视化等多种需求。本作品在智慧城市建设中地下市政的三维化管理和分析方面有着较高的应用潜力。

整个开发过程中，团队分工明确，配合默契，不仅克服了技术难题，还通过学习新技术不断拓展了专业视野。团队成员也锻炼了地理信息运用能力，提高了对于Web技术和SuperMap GIS系列软件的掌握和应用能力。

七、团队合影 

左起：陆欣睿、郝星源、冯琰（指导老师）、王颖（指导老师）、董宇轩、尹言舒