地下管線信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與功能架構(gòu)探討

汪培　張穎

摘 要：城市地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它的安全運(yùn)行是現(xiàn)代化城市高效率、高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。然而，由于歷史和現(xiàn)實(shí)的種種原因，我國絕大多數(shù)城市地下管線管理滯后于城市的發(fā)展，其混亂無序的狀況，已成為城市建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。該文基于筆者的工作實(shí)踐，探討了城市地下管線信息系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計思路，包括數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，系統(tǒng)功能設(shè)計等，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：城市 地下管線信息系統(tǒng) 功能 數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0154-02

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市賴以生存和發(fā)展的生命線。由于資金和技術(shù)等原因，管線數(shù)據(jù)長期以來以圖表和文字資料形式保存，管理手段落后，管理效率低下，對城市的建設(shè)與發(fā)展造成嚴(yán)重影響。近年來雖然采用計算機(jī)輔助制圖（CAD）等手段，仍不能適應(yīng)信息時代城市規(guī)劃管理和建設(shè)的需求。隨著GIS、空間數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展與成熟，基于GIS技術(shù)建立的城市地下管線管理系統(tǒng)綜合了計算機(jī)圖形技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對繁雜的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)代化科學(xué)管理，達(dá)到管線數(shù)據(jù)的可視化和實(shí)時更新，并進(jìn)行動態(tài)綜合規(guī)劃管理和分析。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)與體系結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

建立城市地下管線管理信息系統(tǒng)是一項投資大、涉及專業(yè)廣、周期長的系統(tǒng)工程。為實(shí)現(xiàn)社會效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，必須實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

（1）建立地下綜合管線數(shù)據(jù)庫：在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以GIS技術(shù)為支持，建立綜合管線數(shù)據(jù)庫，可及時對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，為不同政府職能部門提供管線數(shù)據(jù)源，為城市建設(shè)和規(guī)劃提供準(zhǔn)確的地下管線資料。

（2）統(tǒng)一管線信息的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：統(tǒng)一信息的格式、空間參照、樣式、圖例；統(tǒng)一數(shù)據(jù)的分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)。

（3）管理應(yīng)急預(yù)案：對各類管線及其附屬設(shè)施的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行收集、綁定、管理。

（4）滿足市政管理的業(yè)務(wù)需求：以整合的地下管線綜合信息為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)市政管理的行政許可、年度計劃、應(yīng)急協(xié)調(diào)等業(yè)務(wù)的信息服務(wù)和決策支持需求。

1.2 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)邏輯上從下到上依次為數(shù)據(jù)層、中間層、應(yīng)用層。

（1）數(shù)據(jù)層：系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，確保了空間和非空間數(shù)據(jù)的一體化集成，還可實(shí)現(xiàn)事物處理、記錄鎖定、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)倉庫等功能。

（2）中間層：采用ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)庫的引擎，將應(yīng)用層提出的請求轉(zhuǎn)換為服務(wù)器數(shù)據(jù)層的請求，并將數(shù)據(jù)層返回的結(jié)果提交應(yīng)用層。

（3）應(yīng)用層：應(yīng)用層是用戶直接接觸的部分，提供給用戶的是整個系統(tǒng)的最終表現(xiàn)，用戶通過應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫、查詢統(tǒng)計、圖層管理、空間分析、成果輸出等功能，完成系統(tǒng)應(yīng)用。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計上，采用基于分布式GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，采用C/S和B/S相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。這樣一方面可以保證內(nèi)部業(yè)務(wù)的處理和數(shù)據(jù)安全性，另一方面又可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和綜合應(yīng)用。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)是地下管線信息系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫的建立是實(shí)現(xiàn)地下管線信息系統(tǒng)功能的關(guān)鍵所在。

2.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

地下管線數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計和空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計，其中空間數(shù)據(jù)庫包括地下管線圖形信息和1∶1000基本比例尺地形圖，屬性數(shù)據(jù)庫分為管線線數(shù)據(jù)庫和管線點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。

2.2 數(shù)據(jù)模型

管線數(shù)據(jù)由管點(diǎn)和管線組成，

（1）管點(diǎn)的定義：包括一般測量點(diǎn)（位置點(diǎn)）、特征點(diǎn)（依管線種類不同而異，如給水有：彎頭、三通、四通等）、附屬物點(diǎn)（依管線種類不同而異，如給水窖井、消防檢、閥門等）。

（2）管線的定義：兩相鄰管點(diǎn)之間的連接?？勺鳛楣芫€起點(diǎn)和終點(diǎn)的管點(diǎn)類型有特征點(diǎn)（三通、四通、人孔）、附屬物（閥門、消防栓、窖井、接線箱、污水箅、手孔、上桿）、變徑點(diǎn)/變材點(diǎn)、埋設(shè)年代變化點(diǎn)、權(quán)屬單位變化點(diǎn)、報建案號變化點(diǎn)、測量任務(wù)變化點(diǎn)。

2.3 數(shù)據(jù)組織

系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括管線圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，圖形和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，通過ArcSDE訪問，避免了以往圖形和屬性數(shù)據(jù)分離存儲的缺點(diǎn)。整個城市的數(shù)據(jù)以管線種類進(jìn)行分類，每一類管線占用兩個數(shù)據(jù)表（管點(diǎn)表和管線表）。這種數(shù)據(jù)組織方式的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)不再需要特定的GIS格式數(shù)據(jù)，更易于數(shù)據(jù)的社會化共享。特別是能與規(guī)劃管理辦公自動化系統(tǒng)緊密結(jié)合，相互共享數(shù)據(jù)庫。

2.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（1）管線點(diǎn)表結(jié)構(gòu)

每種管點(diǎn)表的結(jié)構(gòu)都相同，如表1所示。

（2）管線線表結(jié)構(gòu)

①一般管線具有的共同字段，如表2所示。②不同的管線類型具有不同的字段，在一般管線表結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，需要添加特定類型的管線數(shù)據(jù)表字段。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)GIS管理

該模塊提供了對GIS數(shù)據(jù)管理的一些基本功能，包括文件和網(wǎng)絡(luò)管理、基本繪圖和圖形編輯、數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、符號管理和系統(tǒng)管理等。

3.2 管線查詢統(tǒng)計

該模塊可使管理人員快速方便地得到想要的資料和信息，統(tǒng)計所需要的數(shù)據(jù)，從而能夠幫助管理人員高效率、正確地進(jìn)行管理和抉擇。功能包括管線及附屬設(shè)施的快速查詢、符合條件查詢、管線及附屬設(shè)施信息的統(tǒng)計分析、最近設(shè)施搜索等。

3.3 管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新

該模塊提供管線工程竣工測量成果與普查成果的合并功能，包括誤差分析與沖突處理、管線數(shù)據(jù)的修改、管線數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入、多樣化的管線數(shù)據(jù)增加、設(shè)計及竣工數(shù)據(jù)回貼、管線數(shù)據(jù)刪除與廢棄等。

3.4 管線綜合分析

該模塊可以幫助人們較直觀地了解到地下管線的現(xiàn)狀、分布和走向及管線間的相互關(guān)系，并且可以在發(fā)生管線事故時為制訂處理方案提供技術(shù)支持。分析功能包括：管線的橫、縱斷面圖分析，管線的三維瀏覽和查詢，管線碰撞分析，管線爆管分析和關(guān)閥搜索，搶險分析，最短路徑分析，管線上下游追蹤、管線預(yù)警分析等。

3.5 對外服務(wù)

對外服務(wù)包括報建管線圖的生成（包括綜合管線圖和大比例尺橫斷面圖）和圖面整飾（包括圖形裁減、圖廓建立，以及圖形旋轉(zhuǎn)及其他圖形編輯功能）。

3.6 管線工程規(guī)劃管理自動化

竣工測量的管理：管線竣工后將正確的測量成果按相關(guān)要求錄入數(shù)據(jù)庫，對現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更改和更新操作，以及管線報建圖的操作。

辦公文檔管理：將規(guī)劃管線與辦公自動化相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃管理對辦公自動化文檔的查閱和圖文一體化操作。

3.7 管線工程輔助設(shè)計

根據(jù)國家規(guī)范和其他標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)狀管線之間的關(guān)系，限定規(guī)劃管線的布設(shè)界限。通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對涉及信息的處理，完成管線設(shè)計、統(tǒng)計計算、分析、繪圖及方案比較以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃報批、管線設(shè)計緊密結(jié)合。

3.8 網(wǎng)上報批

通過Internet實(shí)現(xiàn)與城市空間相關(guān)的建設(shè)審批。電子數(shù)據(jù)網(wǎng)上報批，報批管線的位置精確化，結(jié)合管線信息系統(tǒng)的審批功能，將使審批工作更加規(guī)范，逐步實(shí)現(xiàn)城市管理科學(xué)化的目標(biāo)。

3.9 網(wǎng)上發(fā)布

Web用戶登錄進(jìn)入專屬網(wǎng)站，在權(quán)限許可范圍內(nèi)查詢各種管線數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

系統(tǒng)的動態(tài)管理與運(yùn)行是系統(tǒng)能否成功利用的前提，建立城市地下管線數(shù)據(jù)的動態(tài)更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)實(shí)時動態(tài)更新，是保證系統(tǒng)生命活力和管理有效性的唯一途徑。系統(tǒng)的正常運(yùn)行和動態(tài)管理首先需要從制度上加以保證，其次要在技術(shù)上有一定的保障，需要有測繪隊伍常年進(jìn)行管線數(shù)據(jù)的實(shí)時更新，最后，要探索系統(tǒng)的自我發(fā)展道路，不斷收回投入，積累資金和經(jīng)驗，為下一步的建設(shè)做好資金和技術(shù)上的準(zhǔn)備。只有實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自我良性發(fā)展道路，地下管線動態(tài)管理系統(tǒng)才有生命力和發(fā)展動力。

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