城市地下管線的數(shù)據(jù)組織與系統(tǒng)集成研究

鄧建林

摘 要：本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套城市綜合地下管線信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對管線的輔助設(shè)計(jì)、規(guī)劃審批、竣工測量、數(shù)據(jù)入庫與保存、數(shù)據(jù)維護(hù)等整個(gè)流程來設(shè)計(jì)，采用的軟件和開發(fā)工具比較先進(jìn)流行，技術(shù)設(shè)計(jì)合理，同時(shí)建立了管線動態(tài)數(shù)據(jù)庫，很好地解決了城市管線普查數(shù)據(jù)的管理、使用問題，并在近年來各種管線規(guī)劃、施工過程中發(fā)揮了積極作用。

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：F291.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0047-02

1 地下管線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

城市地下管線信息與地形、城鎮(zhèn)地籍、房產(chǎn)信息同為城市中最具代表性的空間信息。與其他三者相比，管線數(shù)據(jù)有自身的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面。

（1）數(shù)據(jù)量大，定位精度要求高。

（2）涉及的管線權(quán)屬單位和信息使用部門多，信息收集及管理難度大。

（3）從中心城區(qū)向周邊方向，管線數(shù)據(jù)的重要性和使用頻率逐漸降低，在空間形態(tài)分布上呈不均勻性。

（4）市政管線空間數(shù)據(jù)范圍相對固定，多在規(guī)劃道路的下面。

（5）在同一空間位置上，依附的管線屬性信息多且復(fù)雜。不同的用戶其關(guān)心的對象各不相同。

（6）管線埋設(shè)于地下，具有隱蔽性，采集困難。

（7）時(shí)間屬性至關(guān)重要，是一個(gè)四維、動態(tài)的空間信息源。

（8）管線信息的連通關(guān)系要求特別高。

由于上述特點(diǎn)，城市地下管線數(shù)據(jù)的質(zhì)量好壞和數(shù)據(jù)完整性一致是地下管線信息系統(tǒng)的建立瓶頸問題之一；同時(shí)，開發(fā)一個(gè)具有實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性、安全性、網(wǎng)絡(luò)化的綜合管線信息系統(tǒng)，也具有一定的難度。因此，許多城市管線信息系統(tǒng)建立都和管線普查聯(lián)在一起。

2 管線數(shù)據(jù)的信息結(jié)構(gòu)

根據(jù)管線數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征，將管線實(shí)體劃細(xì)分為計(jì)算機(jī)可以表達(dá)的點(diǎn)、線數(shù)據(jù)類。

（1）管線點(diǎn)：包括管線附屬設(shè)施點(diǎn)、特征點(diǎn)、建（構(gòu)）筑物中心點(diǎn)等，用一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示。

（2）管段：為兩相鄰管線點(diǎn)之間的連線；用兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示，為直線段。

（3）管線串：若干具有同一屬性的管段的集合，多個(gè)坐標(biāo)值構(gòu)成。

（4）管網(wǎng)：同一類性質(zhì)的管線串及管線點(diǎn)的集合，一種性質(zhì)的管線只有一個(gè)管網(wǎng)，且在同一層，具有有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。管網(wǎng)有樹狀和網(wǎng)狀兩種結(jié)構(gòu)。

圖1中，A到G為管線特征點(diǎn)，AB、BC、CD、BF等為管段，BEFG為管線串。

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(gè)系統(tǒng)的好壞。

3 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(shí)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(gè)基礎(chǔ)上做好檔案與動態(tài)管理。

（2）地下管線竣工測量。

地下管線普查在一定時(shí)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(gè)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。

4 地下管線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型

（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。

（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(gè)管線數(shù)據(jù)表和一個(gè)管點(diǎn)數(shù)據(jù)表，一條管線由兩個(gè)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 數(shù)據(jù)編碼

每一個(gè)信息系統(tǒng)都有編碼系統(tǒng)。為便于數(shù)據(jù)交換和共享，制訂了城市地下管線綜合信息系統(tǒng)編碼方案及屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案。

（1）管線類別編碼，分10類。代碼分別為給水（J）、雨水（Y）、污水（含雨污合排）（P）、煤氣（M）、交警信號燈（T）、路燈（R）、供電（L）、電信（X）、道路中心點(diǎn)（C）、人防特征點(diǎn)（F）。

（2）街道編號：將城市所有街道進(jìn)行編號，用4位整數(shù)順序編號（0001～9999）。

（3）管線點(diǎn)編號：用10位字符串編號。前6位為1∶500比例尺圖號，第7位為管線類別碼，后3位為管點(diǎn)順序號。在數(shù)據(jù)入庫時(shí)管線點(diǎn)號帶有圖幅號，在圖面注記、顯示時(shí)只有后4位。此種方式既保證了編號唯一，又使圖面注記簡潔。

（4）管線編碼：為6位。第1位為大寫字母P，用于同其他基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)編碼方案區(qū)分；第2位管線類別碼；第3位為每類管線的子類型碼；第4位為要素類型碼，從1到5分別表示中心線、管線特征點(diǎn)及附屬物、管線地面建筑物中心點(diǎn)、管線輔助要素、管線注記；第5位為按順序排列的要素序號；第6位暫保留。

（5）管段由管線特征點(diǎn)結(jié)構(gòu)表中相關(guān)字段產(chǎn)生，沒有編碼。

管網(wǎng)要素的屬性信息主要包括線屬性和點(diǎn)屬性，分別對應(yīng)管線（中心線）要素和管線點(diǎn)狀要素。對于管線輔助要素（管線地面建筑物、依比例尺管線邊界等）無相關(guān)屬性表，其屬性分別由對應(yīng)的中心點(diǎn)和中心線表示。

在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)表中建立管點(diǎn)表和管線表，在特征表中對應(yīng)10種管線，設(shè)定19種字段結(jié)構(gòu)，相應(yīng)連接19種表。每類管線均有一單獨(dú)的附屬設(shè)施表；子類管線有不同的屬性表但結(jié)構(gòu)相同；每類管線有對應(yīng)的管線特殊屬性表，用來記錄相應(yīng)管線的埋深、管偏等特殊屬性等。

6 數(shù)據(jù)組織

在城市地下管線綜合信息系統(tǒng)中，所有管線信息都為要素，可有零至多項(xiàng)屬性值。系統(tǒng)采用混合數(shù)據(jù)模型，將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開保存。要素的圖形數(shù)據(jù)存放在地圖文件中，利用MicroStation的DGN圖形文件；屬性數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle。圖形元素中具有要素標(biāo)識和屬性標(biāo)識。另外，由于整個(gè)城市的地下管線數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)按1∶5000比例尺分區(qū)存放在不同的設(shè)計(jì)文件中，對應(yīng)地與不同的數(shù)據(jù)庫表連接；在DGN圖形文件中，其符號和線型均按1∶500比例尺存放，可按需要縮編為其他任意比例尺；文本注記放在點(diǎn)狀要素中處理。在數(shù)據(jù)庫中保存所有數(shù)據(jù)的描述信息，通過一系列數(shù)據(jù)表來描述和管理所有數(shù)據(jù)，系統(tǒng)用工程來組織數(shù)據(jù)集。

7 數(shù)據(jù)入庫和更新

（1）地下管線數(shù)據(jù)一般來源于：以圖紙和成果表形式保存的歷史數(shù)據(jù)；通過外業(yè)探測采集的數(shù)據(jù)；存在于其他管線信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)；其他形式的數(shù)據(jù)等。對上面各種形式的數(shù)據(jù)編寫特定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫處理。

（2）GIS的數(shù)據(jù)更新是一個(gè)復(fù)雜的問題，地下管線系統(tǒng)同樣如此，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新主要采用：根據(jù)更新的范圍半自動從數(shù)據(jù)庫中裁剪數(shù)據(jù)，并定義特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存此數(shù)據(jù)；新的管線竣工測量數(shù)據(jù)與周邊數(shù)據(jù)通過人工編輯完全融合連成一體。歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的替換過程可相互轉(zhuǎn)換，以便于歷史資料的恢復(fù)與查詢。

8 系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成包括數(shù)據(jù)集成、各子系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊的集成、各子系統(tǒng)間集成三個(gè)方面的內(nèi)容。

在數(shù)據(jù)集成中，將各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，包括管線信息、地形信息、城市基礎(chǔ)信息、輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、地名信息與電話號碼信息等，按管線信息管理與管線工程業(yè)務(wù)工作的需要，整合為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)信息庫。數(shù)據(jù)集成的內(nèi)容主要包括：一是建立不同比例尺圖形數(shù)據(jù)間的索引關(guān)系，包括建立1∶500管線圖與1∶5000管線圖，1∶500地形圖與1∶25000城市基礎(chǔ)地形圖間的索引關(guān)系；二是建立屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括管線要素屬性數(shù)據(jù)與管線圖的關(guān)聯(lián)，城市基礎(chǔ)圖與道路名、地名的關(guān)聯(lián)，單位分布圖形與電話號碼的關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)管線圖形與設(shè)計(jì)管線屬性的關(guān)聯(lián)等。數(shù)據(jù)集成為數(shù)據(jù)的有效利用提供了基礎(chǔ)。

9 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(shí)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)的準(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(shí)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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