徐雨锋 尚晓伟

摘要：基于SuperMap GIS新一代三维技术体系设计开发智慧排水运行管理系平台，本文提出一张排水设施分布图、两套应用模式（B/S、M/S），提供政府、企业、公众三方服务，开展积水监测、管道检测、泵闸监控、污水排放等四类智能感知，全过程支撑排水业务五大应用的建设思路。重点论述了系统架构设计、关键技术、系统功能以及BIM、V1L在排水行业领域的实践应用。

关键词：二三维一体化;排水设施;运行管理

引言

近年来智慧化理念的信息系统建设发展迅速，结合我国智慧城市发展需要，市政排水、污水处理等排水行业的智慧化管理需求也应运而生。城市排水在城市现代化进程中发挥重要的作用，尤其近年来中国城市内涝之殇和雨污混接、污水乱排导致的水体环境污染问题日益突出，成为社会关注的焦点。目前国内很多大中城市都在开展排水信息化工作，从排水数据资料的普查采集建立城镇基础空间地理信息数据库及数字化平台，到建立基于模型的管理系统，希望实现城镇水务管理综合调度的目标。但排水行业信息化建设发展里程经历了MIS系统、二维GIS和三维GIS。虽然二维地理信息系统也能满足日常管理需要，但随着大数据、云计算、人工智能、BIM、VR/AR、5G等新技术的不断应用，简单的线化图形表达形式已无法满足更直观、更精细化、更智慧的管理要求。本文基于二三维一体化平台构建智慧排水运行管理系统，实现二维三维联动协同，三维可视化逼真场景再现，真实表达管线立体空间关系，助力智慧城市排水管理业务的水平的提升，全过程支撑排水信息化业务升级。

1系统设计

基于二三维一体化平台的智慧排水运行管理系统实现一张排水设施分布图、两套应用模式（B/S、M/S），服务政府、企业、公众三方客户，开展积水监测、管道检测、泵闸监控、污水排放等四类监视监控，全过程支撑排水业务五大应用。系统总体架構如图1所示。

基础设施层主要涉及排水管理对象厂、站、网基础信息，建立统一数据标准和分类，实现排水设施数据的收集整理和建档，包括人工绘制、实地测绘、人机检测、制作整理和共享交换相关单位的数据为排水设施二维一张图和三维建模提供支持。

采集接口层应用物联网和智能感知技术把排水相关设施、设备的运行工况、水情水质、灾害险情等信息，通过无线传输网络进行采集、传输和存储。

数据处理层负责对排水规划、工程、设施、运行、维护、许可、监管、防汛等行业数据进行统一的存储和管理，以满足不同层次的数据需求和系统需求。

业务展示层主要由数据、应用、服务等中间件组成，负责构建系统功能实现的各类支撑，主要包括基础设施、数据、平台和软件服务等，为系统正常运行提供单一或组合形式的中间服务，实现B/s模式的在线业务应用和M/S模式的移动互联交互应用。

应用服务层主要通过的统一平台，实现统一用户管理、信息检索、模块化业务应用、个性化定制等功能，为政府、企业、公众提供三方服务。

2技术路线

平台的技术体系全面融合运用了新一代Super Map二三维一体GIS、大数据、微服务、分布式集群架构等技术，支持跨平台，包括Linux、Windows等操作系统。技术架构如图2所示。

2.1二三维一体化GIS技术

SuperMap的二三维一体化GIS融合了跨平台、云端一体化、新一代三维、空间大数据四大GIS技术体系，提供功能强大的云GIS应用服务器、云GIS门户服务器、云GIS分发服务器与云GIS管理服务器，以及支持桌面端、手机平板移动端、Web端的多种地理信息开发平台。同时支持倾斜摄影、BIM、激光点云、VR实景等三维数据的集成应用。

2.2大数据技术体系

应用SuperMap iServer独立的数据存储应用程序，快速创建PostgreSQL、Elasticsearch数据库，可以支持集成MongoDB数据库，实现空间大数据的存储、分析、流数据处理、可视化，采用分布式集群架构实现大体量空间数据集的高性能分布式动态渲染和分布式空间分析和数据处理。

2.3微服务架构

微服务架构（Microservice Architecture）是一项在云中部署应用和服务的新技术。采用微服务架构的SuperMap iServer，一个服务可自动扩展出多个完全相同的实例，每个实例分别占用一个进程，可有效提升服务的并发访问性能与可用性。

2.4其他技术栈

基于H5、WebGL、WebSocket、ES6、Vue、npm等现代Web技术栈，构建平台。应用Vue Mint技术，实现同时支持Android和IOS移动应用。应用程序搭建采用Dockef容器技术实现平台的快速部署。

3数据建立维护

3.1二维基础数据管理

排水管网设施数据的收集、录入、编辑、修改、上报、审核、维护，长期以来是行业管理中最为复杂、烦琐，组织实施工作量和难度最大的一项基础性工作。利用物探、测绘、计算机制图、地理信息系统、网络传输、数据库等技术，把排水管网及厂站设施等信息以数字的形式制作、存储、查询、维护和共享发布，但一次性的普查不能解决数据的长久常新、长效管理。以长效管理和应用推广为目标，结合各地市排水主管部门制定的数据维护管理机制，采用离线编辑维护、在线上传审核模式，实现厂、站、网等所有排水设施数据的绘图、编辑、修改、纠错维护，以及在线上报、审核、入库流程，全面解决排水管网设施数据、资料、档案的收集、处理、上报、审核、维护工作。提倡长效维护管理机制，做到新、改、扩建设施数据资料的及时收集、快速处理、定期上报，实现排水行业数据库的长久常新。

3.2三维模型数据建立

由于二维基础数据的收集、录入、编辑维护已形成较为完善的流程机制，数据内容完整准确，对于三维管网模型的建立就奠定了很好的基础。采用Spatial 3D Model（S3M）三维空间数据规范，基于三维管线、管点符号及自适应符号，由二维点、线属性数据快速批量构建三维管网。单体厂站等复杂设施，根据建筑图纸CAD、现场照片、遥感影像等资料，采用3DMAX建模，利用超图3DMax插件BIM生成数据集功能，并采用非关系型数据库MongoDB分布式存储及管理模型数据，实现三维建模BIM数据集的三维GIS整合应用。三维建模数据如图2所示。

4系统功能应用

4.1大数据信息展示发布

数据大屏展示发布已经越来越多的在各种行业普遍使用，大数据智能分析展示平台通过图形化的界面实现业务的辅助决策。各种管理业务场景需要大数据系统持续聚合和分析时序数据，建立专业水准的可视化应用，集多源、海量、异构数据，采用多维度、多样式、动静结合的表现形式，展示发布排水业务核心、重点和热点关注类数据的统计分析信息，使得复杂多变的大数据变得易看、易读、易懂。

4.2二维管线设施查询与分析

设施管理涉及各种管网设施，如排水管线、管线附属物、泵站以及污水处理厂等，而每项设施又包含多种管理内容。以GIS技术为支撑，通过对排水设施的基础空间和属性信息，以及运行养护建设信息的关联查询和综合管理，可以有效地提高设施的管理效率，为设施的规划、建设、养护、运行、应急处置等业务的全流程闭环管理提供支撑。基于二维地理信息系统实现排水管网数据的图一数查询统计、断面分析、联通性分析和上下游追溯，支持在线专题制图输出打印。

4.3三维建模的设施运行监管

二三维一体化的GIS应用系统的核心关键就是要实现二维到三维的无缝切换，根据地图比例尺、中心位置、视图范围、视角视距等参数实现二三维联动切换。如图5所示，三维可视化支持地上建筑地下管网、厂站室内外数据的一体化管理，大范围海量三维模式的地理数据实现了快速漫游、属性查询、信息统计和空间位置关系分析等功能。集成基于BIM建模的单体建筑模型数据信息，以BIM数据管理模式，结合GIS实现排水设施设备的工况、运行、养护、监测、监管信息的采集、接入和整合，进行运行状态更直观、逼真的动态显示观看，做到运行养护全过程信息的跟踪管控。

4.4厂站河一体化实景集成

采用VR虚拟现实技术，通过现场VR专业设备的图像采集，实现污水厂、泵站、河道及沿河排水设施的真实场景720。全方位立体展示，解决长期以来“盲人摸象”的信息化平台使用体验。相比于三维建模，vR摄影采集厂站河影像数据集成难度低、周期短，可与排水业务系统快速整合应用。

4.5规划设计工程建设管理

随着近年来GIS技术应用日趋普及，采用GIS技术对规划资料进行动态管理和更新，可以解决传统纸质图纸或CAD制图设计方案的存储查询、共享发布、及时更新、调档查阅等问题。二三维一体化GIS系统对规划文本、图档、建模等数字资料进行有效组织与管理，方便行业内外相关部门单位对规划数据进行动态管理、更新和查阅，并通过入库上图的规划管网设施数据与现状设施进行對比，分析评价管网系统建设达标情况，指导辅助工程建设和现状改造维护。

排水工程建设管理包括对排水工程建设中前中后期各阶段的资料和数据实行可视化管理和跟踪。对相关业务部门已建、在建、改建和规划的工程项目进行上图，实现从规划、立项、审批、预算、招投标、实施、合同支付款、验收、后评估等全过程以及全部档案管理，对项目投资、质量、进度等情况进行有效的监督和统计分析。

6结束语

随着城市化进程范围的快速扩张，城市雨污排水管理难度越来越大，一些城市相继发生暴雨积水、污水冒溢、路面塌陷、河道污染等事件，严重影响人们日常生产生活和城市安全有序运行。围绕国家关于城镇污水处理提质增效三年行动计划，实现补短板、强监管的目标，二三维一体化智慧排水运行管理平台基于物联网、云计算、大数据、BIM、VR/AR等新型主流技术，实现地下排水管道、地上厂站设施和相关地物水系等实物的二三维一体化的展现，并集成厂站网运行工况和实时监测检测信息，辅助支撑排水业务规划、建设、运行、养护、防汛应急全流程闭环管理应用模式。未来可继续借助现有完整数据链和业务流程，构建城市排水系统水力模型，并通过模拟来获得相应的决策调度方案，完成从数字排水向智慧排水的升级转型，改变传统的管理工作模式，从更宏观更全面的角度制定和实施排水行业管理措施，为推进智慧城市建设奠定基础。