面向管線探測的城市管線信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：本文基于筆者多年從事城市地下管線探測的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以城市綜合地下管線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究對象，分析了綜合地下管線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和原則，深度探討了地下管線數(shù)據(jù)的組織和管理思路，全文是筆者長期實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有所裨益。

關(guān)鍵詞：城市綜合地下管線 管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 原則 問題 數(shù)據(jù)組織

中圖分類號：TB21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0130-02

1 城市綜合地下管線管理系統(tǒng)特點(diǎn)研究

城市綜合地下管線管理系統(tǒng)就是指利用GIS技術(shù)和其他專業(yè)技術(shù)，采集、管理、更新、分析和處理地下管線數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。同一般的GIS相比，具有以下特點(diǎn)：

A）城市綜合地下管線管理系統(tǒng)是一個四維的系統(tǒng)，隱蔽性決定了時間及三維空間動態(tài)的復(fù)雜性。B）隱蔽性、埋設(shè)位置的集中性也決定了地下管線數(shù)據(jù)的重要性，數(shù)據(jù)的完整性、可靠性與準(zhǔn)確性是地下管線系統(tǒng)實(shí)用的關(guān)鍵。C）系統(tǒng)必須自動識別管線間的連接性，即管線與管點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系非常重要。D）城市綜合地下管線管理系統(tǒng)是一個信息在空間分布上極不均勻的空間異質(zhì)系統(tǒng)，城市中心區(qū)的管線密度較大，從中心區(qū)向城市邊緣區(qū)急劇減小。E）城市綜合地下管線管理系統(tǒng)必須將地下、地_L的各種管線納入統(tǒng)一的系統(tǒng)中進(jìn)行管理。

2 城市綜合地下管線管理系統(tǒng)建立的意義

城市地下管線普查是城市建設(shè)、規(guī)劃的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)上作。20世紀(jì)90年代初以來，我國部分城市進(jìn)行了地下管線普查，獲取了大量的地下管線資料。如何管理這些寶貴的地下管線資料，最大限度地發(fā)揮地下管線普查的經(jīng)濟(jì)效益成為一項(xiàng)重要的任務(wù)。傳統(tǒng)的管線資料管理手段大多采用文本文件或者數(shù)據(jù)庫來存儲管線的屬性數(shù)據(jù)，用DWG圖形文件來存儲管線的圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)完全分離，管線資料管理混亂，資料更新速度慢，跟不上現(xiàn)代城市建設(shè)的步伐，不能保證資料的現(xiàn)勢性和正確性。因此，同步建立地下綜合管線管理信息系統(tǒng)是確保地下管線普查使用目的的實(shí)現(xiàn)與廣泛應(yīng)用的最佳方法。

A）使用計(jì)算機(jī)存儲管線信息大大縮小了存儲空間。一個城市的紙介質(zhì)圖紙可多達(dá)幾十噸，而使用計(jì)算機(jī)僅用若干磁盤或光盤就可以存放全部信息。B）提高了檢索查詢速度。利用計(jì)算機(jī)查詢某一個區(qū)域、某一地點(diǎn)或某種特征的管線信息僅需要一個命令或者按鈕既可以完成，這是常規(guī)管理辦法的人工查找無法比擬的。C）圖形顯示更加直觀。通過三維顯示技術(shù)，真實(shí)再現(xiàn)地下管線二維布局結(jié)構(gòu)。D）可以實(shí)現(xiàn)管線資料的動態(tài)更新和管線工程的動態(tài)跟蹤，提高了管理的水平。E）便于資料的網(wǎng)絡(luò)共享。

3 城市綜合地下管線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

地下管線管理系統(tǒng)的建立本身是一個系統(tǒng)工程，系統(tǒng)組織尤為重要。GIS技術(shù)是一種對空問數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、存儲、組織、分析和可視化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)的組織是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。有沒有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量如何，怎樣使數(shù)據(jù)隨城市現(xiàn)狀的變化而及時更新是GIS系統(tǒng)中的首要問題。地下管線系統(tǒng)的建立主要注意以下幾個方面：

（1）充分、細(xì)致的調(diào)查研究

系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)是為用戶服務(wù)的，必須重視和照顧用戶的需求，進(jìn)行充分的用戶需求調(diào)查，對用戶的運(yùn)行機(jī)制、信息流程、現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、用戶對系統(tǒng)和產(chǎn)品的要求等方面做詳細(xì)研究，做認(rèn)真的方案設(shè)計(jì)，并在開發(fā)過程中，根據(jù)使用者的意見，不斷修正設(shè)計(jì)方案，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和完善，逐漸完善成為切實(shí)實(shí)用而且功能完善的系統(tǒng)。

（2）協(xié)調(diào)關(guān)系，統(tǒng)一安排

數(shù)據(jù)的收集和更新，以及數(shù)據(jù)共享方面的協(xié)調(diào)和管理是系統(tǒng)建設(shè)過程中一大難點(diǎn)，也就是組織協(xié)調(diào)問題。這種協(xié)調(diào)在不同部門間進(jìn)行，若各部門沒有統(tǒng)一的領(lǐng)導(dǎo)和規(guī)劃，由于資料各有歸屬，則會在工作中出現(xiàn)難以逾越的障礙。

（3）重視數(shù)據(jù)庫建立工作

數(shù)據(jù)是GIS的核心，一個系統(tǒng)的好壞很大程度上依賴于數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。建庫包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)錄入。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要求對系統(tǒng)內(nèi)的各類數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，并分類編碼，采取嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制辦法。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化問題

系統(tǒng)的開發(fā)涉及到許多標(biāo)準(zhǔn)化問題，如地理信息編碼、數(shù)據(jù)交換格式、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和圖形定制都有許多標(biāo)準(zhǔn)化問題，要求其符合一定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以利于數(shù)據(jù)的交換、共享、更新和系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。盡量在開發(fā)建設(shè)過程中注意標(biāo)準(zhǔn)化問題。

（5）要具有長期規(guī)劃

地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)是一個長期的工程項(xiàng)目，運(yùn)行周期較長。因此，應(yīng)該有一個保證其數(shù)據(jù)更新、模型改進(jìn)的長期預(yù)算。

（6）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性

地下管線系統(tǒng)中GIS數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大，管線與管點(diǎn)之間又有復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性非常重要，在系統(tǒng)分析和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時應(yīng)該給予充分重視，以保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

4 地下管線數(shù)據(jù)的組織與管理

數(shù)據(jù)是任何GIS系統(tǒng)的核心，所有的GIS功能都需要以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)才能表現(xiàn)出來。因此，數(shù)據(jù)的完整性、一致性和質(zhì)量的好壞很大程度上決定了一個系統(tǒng)的好壞。

4.1 地下管線數(shù)據(jù)的獲取

地下管線數(shù)據(jù)獲取的方法有地下管線普查和地下管線竣工測量兩種。

（1）地下管線普查

城市地下管線普查是指在一定時期內(nèi)，按照城市規(guī)劃管理的要求，根據(jù)城市具有的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)能力，采取最經(jīng)濟(jì)和科學(xué)合理的方法，查明城市建成區(qū)或城市規(guī)劃發(fā)展區(qū)內(nèi)的地下管線現(xiàn)狀，獲取準(zhǔn)確的管線有關(guān)數(shù)據(jù)，編繪管線圖，建立管線數(shù)據(jù)庫，并在這個基礎(chǔ)上做好檔案與動態(tài)管理。城市地下管線普查作業(yè)方法：

A.地下管線現(xiàn)狀調(diào)繪

城市地下管線現(xiàn)狀調(diào)繪是指在開展地下管線探查作業(yè)前，根據(jù)已有的地下管線竣工資料、施工資料、設(shè)計(jì)資料等，將己有地下管線現(xiàn)況標(biāo)繪在1∶500的地形圖上，作為野外探測的作業(yè)的參考，減少實(shí)地探查作業(yè)的盲目性，提高野外探查作業(yè)的質(zhì)量和作業(yè)效率。同時，為地下管線探查作業(yè)提供有關(guān)地下管線的屬性數(shù)據(jù)（如管徑、管材、埋設(shè)年代等）。

B.城市地下管線探查

城市地下管線探查是在現(xiàn)狀調(diào)繪的基礎(chǔ)上采用實(shí)體調(diào)查和儀器探查相結(jié)合的方法，查明地下管線的敷設(shè)狀況、在地面上的投影位置和埋深、管線的相關(guān)位置和走向、地下管線的屬性，如管線類型、性質(zhì)、規(guī)格、材質(zhì)、載體特征等。并在地面上設(shè)置地下管線投影中心標(biāo)志和明顯管線點(diǎn)標(biāo)志，以提供下工序測繪的依據(jù)。

C.地下管線測繪

地下管線測量是指在城市等級導(dǎo)線點(diǎn)和等級水準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的圖根控制測量、地下管線點(diǎn)平面和高程位置連測及相關(guān)地形測量。

（2）地下管線竣工測量

地下管線普查在一定時期內(nèi)只能做一次，這種方法實(shí)際上是對城市地下管線資料做一個完整的總結(jié)和調(diào)查，然后建立地下管線資料庫。然而城市的管線工程每天幾乎都在進(jìn)行，因此，地下管線資料的動態(tài)更新主要依靠管線竣工測量來動態(tài)獲取管線的資料口。

地下管線竣工測量應(yīng)在地下管線敷設(shè)以后、覆土以前進(jìn)行。其任務(wù)是測定地下管線的平面位置、高程；量測地下管線的埋深、規(guī)格以及規(guī)劃審批的定位尺寸；記錄地下管線的性質(zhì)、材質(zhì)、走向、埋設(shè)時間和全書單位等。并繪制地下管線竣工平面圖和編制地下管線成果表，同時按要求填寫地下管線工程竣工測量驗(yàn)收記錄冊。

4.2 地下管線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型分析

（1）地下管線管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組成

地下管線管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括地下管線、管點(diǎn)圖形和屬性數(shù)據(jù)，坐標(biāo)分幅、道路網(wǎng)圖、城市地形圖、建筑物、地塊、注記等輔助要素，其具體數(shù)據(jù)構(gòu)成如圖1。

（2）管線數(shù)據(jù)模型

管線數(shù)據(jù)由管點(diǎn)和管線組成，每一種管線包括一個管線數(shù)據(jù)表和一個管點(diǎn)數(shù)據(jù)表，一條管線由兩個管點(diǎn)組成，即管線的起點(diǎn)和管線的終點(diǎn)。

管線數(shù)據(jù)模型如圖2所示。

5 結(jié)語

城市地下管線管理系統(tǒng)是數(shù)字城市的核心應(yīng)用系統(tǒng)之一，可以實(shí)現(xiàn)管線信息的動態(tài)管理，從而為城市規(guī)劃和建設(shè)提供服務(wù)。它不僅能夠更好地管理各種主干線信息，及時對各種專業(yè)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、維護(hù)，保證管線數(shù)據(jù)地準(zhǔn)確性和現(xiàn)勢性，而且能夠?yàn)楣芾聿块T的宏觀決策提供準(zhǔn)確、實(shí)時的管線信息，為城市的防災(zāi)、搶險(xiǎn)等提供決策服務(wù)，為保障城市地下生命線的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供強(qiáng)大的技術(shù)保障。本文深度探討了城市地下管線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，相信對同行有所裨益。

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