排水管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)入庫(kù)與更新方法研究

付仲良，李金濤，范 亮

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079）

排水管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)入庫(kù)與更新方法研究

付仲良1，李金濤1，范 亮1

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079）

在對(duì)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了其在排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中的入庫(kù)算法，對(duì)新測(cè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)和歷史管網(wǎng)數(shù)據(jù)先進(jìn)行緩沖區(qū)分析確定數(shù)據(jù)更新范圍，然后疊加分析并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)編輯，實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的更新。

數(shù)據(jù)入庫(kù)；數(shù)據(jù)更新；緩沖區(qū)分析；疊加分析；GIS

隨著現(xiàn)代管線探測(cè)和GIS等技術(shù)的迅速發(fā)展，許多城市已通過(guò)開(kāi)展城市排水管網(wǎng)普查工作，逐步建立起排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)及排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的有效管理。由于城市建設(shè)進(jìn)程發(fā)展迅速，而城市排水管網(wǎng)建設(shè)是城市建設(shè)過(guò)程中必不可少的一部分，且處于不斷地更新和完善中，這對(duì)之前調(diào)查的或已入庫(kù)的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性產(chǎn)生了很大的沖擊。隨著時(shí)間的推移，歷史排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)逐漸缺乏現(xiàn)勢(shì)性，特別是在城市建設(shè)密集的區(qū)域。因此，實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的及時(shí)入庫(kù)和更新，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，是排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)能正常發(fā)揮作用的關(guān)鍵。本文就排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的入庫(kù)方法和更新問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)外業(yè)測(cè)量獲得的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)算法的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的更新處理。

1 排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)特征

排水管網(wǎng)是眾多城市地下管網(wǎng)中的一種，在城市污水、雨水的排放、處理等方面起著很強(qiáng)的協(xié)調(diào)作用。城市排水管網(wǎng)主要是指污水管網(wǎng)、雨水管網(wǎng)和合流管網(wǎng)（合流管網(wǎng)是指存在雨水、污水合流情況的管線、管點(diǎn)）[1,2]。排水管網(wǎng)除了具有城市地下管網(wǎng)的基本特征（隱蔽性、密集型、多樣性、擴(kuò)張性等[1]）外，還具有自身特征：

1）連通性。城市排水管網(wǎng)橫貫城市交通網(wǎng)絡(luò)及居民區(qū)域，一般埋設(shè)于地下表層，用于生活污水、工業(yè)污水、醫(yī)院污水以及雨水等的排放，在排水管道中，它們之間相互連通，按照一定的流向在排污口匯集。

2）方向性。為了便于維修和管理，排水管網(wǎng)主線路一般沿道路鋪設(shè)，而一個(gè)城市的道路是按照一定的方位進(jìn)行鋪設(shè)的，所以沿道路鋪設(shè)的管線具有一定的方向性。

3）點(diǎn)、線設(shè)施相接性。一個(gè)城市的排水管網(wǎng)整體來(lái)看具有線段的性質(zhì)，一段管線的兩端一般與相應(yīng)的管點(diǎn)設(shè)施相連接，如與檢查井、沉泥井、跌水井、凈化池、雨篦等管點(diǎn)或附屬物相連[3]。排水管網(wǎng)的這種性質(zhì)給管網(wǎng)空間位置的測(cè)量提供了很大便利，對(duì)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)字化成圖也提供了相應(yīng)的參考和依據(jù)。

根據(jù)排水管網(wǎng)的以上特點(diǎn)，在工程中對(duì)排水管網(wǎng)的調(diào)查、測(cè)量、鋪設(shè)均可沿道路進(jìn)行施工，測(cè)量檢查井、跌水井等設(shè)施的坐標(biāo)，并按照一定的編號(hào)進(jìn)行記錄。本文涉及的管點(diǎn)類型主要有檢查井、跌水井、沉泥井、凈化池、雨篦等。其編號(hào)記為“物探點(diǎn)號(hào)”，并與管線的起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)相對(duì)應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)物探點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)一段管線的起點(diǎn)和另一段管線的終點(diǎn)，這是由管網(wǎng)的點(diǎn)、線設(shè)施相接性決定的。

2 數(shù)據(jù)入庫(kù)

2.1 正元地下管線數(shù)據(jù)處理與智能成圖系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.2 數(shù)據(jù)導(dǎo)入排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

“正元系統(tǒng)”在數(shù)據(jù)的采集、處理、成圖等方面優(yōu)勢(shì)明顯，操作方便，可以滿足工程需求，但在數(shù)據(jù)的空間分析方面與GIS系統(tǒng)相比存在一定的差距。所以，將采集的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)的空間分析操作，是十分必要的。本文涉及的管網(wǎng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)全部通過(guò)外業(yè)測(cè)量獲得，并導(dǎo)入“正元系統(tǒng)”中進(jìn)行數(shù)據(jù)的屬性編輯，按照需求將編輯后的數(shù)據(jù)以文件數(shù)據(jù)庫(kù)的形式導(dǎo)出成*．mdb文件。由于導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)表沒(méi)有空間參考等信息，所以不能直接應(yīng)用于排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)。本文以編程的方法將*．mdb文件中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中，然后進(jìn)行管網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視化、符號(hào)化，并進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)以及各種空間分析等操作。管網(wǎng)數(shù)據(jù)入庫(kù)的具體操作流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)入庫(kù)操作流程圖

“正元系統(tǒng)”導(dǎo)出后的*．mdb文件中含有多張排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)表，其中HS_POINT、HS_LINE、WS_ POINT、WS_LINE、YS_POINT、YS_LINE 6張數(shù)據(jù)表與合流管點(diǎn)、合流管線、污水管點(diǎn)、污水管線、雨水管點(diǎn)、雨水管線相對(duì)應(yīng)，本文設(shè)計(jì)入庫(kù)算法如下：

1）讀取*．mdb文件中所有數(shù)據(jù)表名（含有以上6張數(shù)據(jù)表之外的其他數(shù)據(jù)表），并將表名按照HS_ POINT、HS_LINE、WS_POINT、WS_LINE、YS_ POINT、YS_LINE的順序進(jìn)行篩選和排序。

2）鏈接*．mdb文件，按照以上表名順序依次讀取管點(diǎn)、管線中的數(shù)據(jù)，2張表為一組。首先將管點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，并用局部變量Dictionary＜string,IPoint＞ pointList記錄錄入的管點(diǎn)點(diǎn)名（即“物探點(diǎn)號(hào)”）和坐標(biāo)值，其中鍵名（String類型）為物探點(diǎn)號(hào)，用鍵值（IPoint類型）來(lái)記錄管點(diǎn)坐標(biāo)。

3）管線入庫(kù)。在*．mdb文件中獲取與2）中管點(diǎn)數(shù)據(jù)表名稱相應(yīng)的管線數(shù)據(jù)表，并依次讀取管線記錄的起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，在傳入變量PointList中查找與之相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值生成Polyline線要素。如果PointList中不存在該管線的起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)或終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)（即PointList中沒(méi)有與管線起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)或終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)相同的物探點(diǎn)號(hào)），則將該條記錄輸出到日志文件中，并跳過(guò)該記錄，進(jìn)行下一條管線數(shù)據(jù)的入庫(kù)，直到該管線數(shù)據(jù)錄入完成。

4）循環(huán)2）、3）3次，依次將合流管點(diǎn)、合流管線、污水管點(diǎn)、污水管線、雨水管點(diǎn)、雨水管線中數(shù)據(jù)錄入，一個(gè)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)*．mdb文件的入庫(kù)操作便執(zhí)行完成。

5)旅游設(shè)施和管理缺失。由于森林古道地理位置特殊，尤以海拔較高處管理相對(duì)薄弱，缺乏相應(yīng)的旅游設(shè)施，游客上山所攜帶的食品包裝成為隨處可見(jiàn)的垃圾。部分游客在人文古跡上亂涂亂畫(huà)，另有游客進(jìn)行燒烤野炊等污染環(huán)境的行為。

管網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)的具體流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)入庫(kù)算法流程圖

3 數(shù)據(jù)更新

在進(jìn)行城市排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新時(shí)，結(jié)合其空間數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定、改造節(jié)點(diǎn)更新困難的特點(diǎn)，一般針對(duì)改造節(jié)點(diǎn)開(kāi)展數(shù)據(jù)更新工作，即參照改造節(jié)點(diǎn)的空間位置、屬性等信息對(duì)城市排水管網(wǎng)開(kāi)展數(shù)據(jù)更新工作[3]，其更新流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)更新流程圖

排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的更新分為大范圍管網(wǎng)新建、部分管網(wǎng)拆遷與屬性更新、一定范圍內(nèi)管網(wǎng)新建和局部重測(cè)或補(bǔ)測(cè)更新3種情況。

3.1 大范圍管網(wǎng)新建

對(duì)于這種情況，可以通過(guò)以上的數(shù)據(jù)入庫(kù)方法，將“正元系統(tǒng)”處理過(guò)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)直接入庫(kù)，入庫(kù)后，根據(jù)調(diào)查記錄檢查新舊管網(wǎng)數(shù)據(jù)的接邊情況，并進(jìn)行必要的編輯工作。這種方法可以大大減少在排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)的編輯工作，能夠有效保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性、安全性和可靠性。

3.2 部分管網(wǎng)拆遷與屬性更新

在管網(wǎng)實(shí)地調(diào)查工作中，對(duì)已經(jīng)廢棄或更新過(guò)的排水管網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)屬性標(biāo)記或位置標(biāo)記（通過(guò)外業(yè)實(shí)地測(cè)量獲得）。外業(yè)工作結(jié)束后，在排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中通過(guò)空間查詢和屬性查詢的方式查找外業(yè)標(biāo)記的管線和管點(diǎn)，然后進(jìn)行要素核實(shí)。核實(shí)通過(guò)后，進(jìn)行相應(yīng)管線、管點(diǎn)的刪除和屬性更新等工作。

3.3 一定范圍內(nèi)管網(wǎng)的更新

一定范圍內(nèi)管網(wǎng)新建和局部重測(cè)或補(bǔ)測(cè)[4]的情況，一般發(fā)生在因某種原因原來(lái)部分管網(wǎng)設(shè)施被廢棄或損壞，并在這些設(shè)施附近或原處進(jìn)行管網(wǎng)重建。在這種情況下，若對(duì)廢棄管網(wǎng)設(shè)施一一進(jìn)行調(diào)查和標(biāo)記，工作難度會(huì)比較大，許多管點(diǎn)、管線難以進(jìn)行標(biāo)記。在排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中對(duì)歷史數(shù)據(jù)直接應(yīng)用以上2種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，工作量比較大，而且效率不高。針對(duì)這種情況，本文在排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中對(duì)新測(cè)管網(wǎng)圖層數(shù)據(jù)設(shè)定緩沖區(qū)，從而對(duì)歷史管網(wǎng)圖層數(shù)據(jù)中需要排查的管線、管點(diǎn)要素進(jìn)行范圍圈定，對(duì)歷史管網(wǎng)圖層數(shù)據(jù)中被圈定部分的要素進(jìn)行相應(yīng)的編輯。編輯完成后，對(duì)新舊數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加，從而完成對(duì)難以調(diào)查和標(biāo)記的歷史數(shù)據(jù)的更新。具體方法如下：

1）提取需要更新部分的數(shù)據(jù)并導(dǎo)出成圖層，記為P_History。

2）利用以上數(shù)據(jù)入庫(kù)的方法，將新測(cè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到一個(gè)新的要素圖層中，記為P_New。

3）以新測(cè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)為參照底圖，并以新測(cè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)圖層P_New中要素作緩沖區(qū)分析（緩沖區(qū)半徑根據(jù)調(diào)查中的實(shí)際情況而定），對(duì)緩沖區(qū)范圍內(nèi)P_ History中數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除、屬性編輯、圖形編輯等更新操作。

4）對(duì)處理過(guò)的歷史數(shù)據(jù)P_History和新測(cè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)P_New圖層進(jìn)行疊加分析，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查。

5）數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后，將P_History圖層和P_New圖層數(shù)據(jù)進(jìn)行最后的融合處理，即將P_New圖層數(shù)據(jù)添加到P_History圖層中，然后進(jìn)行相應(yīng)的接邊處理檢查。

6）檢查無(wú)誤后，對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)更新。具體操作流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)更新流程圖

管網(wǎng)一般沿道路鋪設(shè)，道路范圍在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生很大變化，管網(wǎng)的主體架構(gòu)范圍也不會(huì)發(fā)生太大變化。新管網(wǎng)的鋪設(shè)與歷史管網(wǎng)之間的距離差會(huì)控制在一定范圍之內(nèi)，通過(guò)設(shè)定一定緩沖區(qū)范圍對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)排查檢驗(yàn)是比較簡(jiǎn)單有效的。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在對(duì)城市排水管網(wǎng)進(jìn)行特征分析的基礎(chǔ)上，提出利用“正元系統(tǒng)”對(duì)外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理和屬性編輯，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的排水管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)入庫(kù)算法，方法簡(jiǎn)單、可靠。在此基礎(chǔ)上，提出對(duì)新測(cè)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)設(shè)置緩沖區(qū)以確定歷史數(shù)據(jù)更新范圍并進(jìn)行相應(yīng)編輯，對(duì)新測(cè)數(shù)據(jù)圖層和歷史數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加更新，從而實(shí)現(xiàn)在排水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的更新，為今后排水管網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)的更新操作提供了一定的參考。

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P208

B

1672-4623（2016）02-0036-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.013

付仲良，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)管理與更新、遙感圖像處理與分析、地圖掃描影像識(shí)別、車牌識(shí)別及地理信息工程技術(shù)等。

2014-11-25。