基于GIS的校園管線測(cè)量與動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王智超 李立波 張坤鵬

（解放軍61206部隊(duì)，遼寧 大連116023）

1 引言

校區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)包括供水、排水、供電、供氣、熱力、電信、人防等。以往校區(qū)管網(wǎng)由各有關(guān)部門分別管理，缺乏綜合協(xié)調(diào)能力。由于地下管線的不可見性，在施工中經(jīng)常發(fā)生位置矛盾和沖突，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的基于管網(wǎng)信息的空間數(shù)據(jù)定位、管理、查詢等主要借助于表格呈現(xiàn)，缺乏地理要素，因此難以適應(yīng)校區(qū)建設(shè)發(fā)展的需要。而根據(jù)目前大連理工大學(xué)西山新校區(qū)建設(shè)的進(jìn)度，實(shí)時(shí)地獲取欲埋設(shè)管線的真實(shí)位置和深度，是目前亟需要做的一項(xiàng)工作。同時(shí)對(duì)采集的這些數(shù)據(jù)，用一種真實(shí)、圖文并茂、多方位顯示管理，并具有一定空間分析功能和可視化表達(dá)、進(jìn)行各種輔助決策的新系統(tǒng)開發(fā)也就成為必然。大連理工大學(xué)地下管網(wǎng)測(cè)量與動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)建立思想就是基于這種背景提出的。

本地下管網(wǎng)GIS系統(tǒng)是以Mapinfo為開發(fā)平臺(tái)，利用Microsoft Access空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)，同時(shí)以學(xué)校園區(qū)1∶500地形圖為背景，實(shí)現(xiàn)校園管網(wǎng)的可視化與功能分析的設(shè)計(jì)。為校園建設(shè)部門進(jìn)行管網(wǎng)規(guī)劃、管網(wǎng)改造、管網(wǎng)數(shù)據(jù)入庫(kù)、管網(wǎng)文件管理、系統(tǒng)維護(hù)、信息查詢、管線分析、歷史備忘等提供決策支持；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化、信息的地圖化，并能靈活進(jìn)行各類管線信息的輸入、管理和查詢［1］。這對(duì)校園資產(chǎn)管理與應(yīng)用，具有重要的指導(dǎo)意義。

2 管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集方法簡(jiǎn)介

大連理工大學(xué)地下管網(wǎng)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分為兩部分，分別是管線空間數(shù)據(jù)采集和管線屬性數(shù)據(jù)采集。其中，空間數(shù)據(jù)主要是利用大連理工大學(xué)單CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行采集、對(duì)于無法收到信號(hào)的地方，利用全站儀進(jìn)行輔助測(cè)量；地下管線探測(cè)，則可采用管線探測(cè)儀、雷達(dá)剖面儀等進(jìn)行探測(cè)采集。然后通過相關(guān)數(shù)字成圖軟件，建立滿足各種管網(wǎng)分析需要的1∶500比例尺的數(shù)字地形圖。

首先，收集作業(yè)區(qū)已有的規(guī)劃或已有的地形及各種管網(wǎng)（地上、地下）資料，并進(jìn)行實(shí)際分析，看所收集的資料能否達(dá)到需求的目的和精度，包括空間坐標(biāo)的現(xiàn)實(shí)性和可靠性，還有管線屬性的真實(shí)性和完整性，并加以利用。

其次，對(duì)管線進(jìn)行地上和地下兩部分的勘測(cè)。

（1）地上部分，利用大連理工大學(xué)單CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，對(duì)管線井口的位置進(jìn)行空間信息獲取，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取信號(hào)的地方，利用全站儀加以輔助測(cè)量，同時(shí)將管線兩側(cè)一定寬度的帶狀圖測(cè)出，調(diào)查獲取管線的主要屬性，如管徑、管材料、架設(shè)年代等項(xiàng)目。

（2）地下部分，由于大連理工大學(xué)西山新校區(qū)正在建設(shè)，有些地方已完成新管道鋪設(shè)，而且沒有進(jìn)行土方回填作業(yè)，利用網(wǎng)絡(luò)RTK（開闊處）、全站儀（樓旁附近）測(cè)量地下管線拐點(diǎn)、變坡、走向等位置，同時(shí)還對(duì)管徑、井口、交叉連通形式進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于已有的管線，利用已有資料和探坑、井位等確定地下管線各種屬性，并把其空間屬性和本身物理屬性等分類輸入數(shù)據(jù)庫(kù)［2］，各種管線的代號(hào)如表1。為了提高其位置精度，用地下管線探測(cè)儀如測(cè)地雷達(dá)、斷面掃描儀等配合全站儀確定管線的實(shí)際走向，并在地面上作標(biāo)記。

3 地下管網(wǎng)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)針對(duì)學(xué)校管理運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求，運(yùn)用GIS技術(shù)建立的一套可視化的信息系統(tǒng)。結(jié)合地理環(huán)境信息和地下管網(wǎng)的基礎(chǔ)信息，為用戶提供多種查詢、統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策等功能，對(duì)學(xué)校管理層進(jìn)行地下管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和決策提供有力的支持。

系統(tǒng)以Mapinfo軟件為開發(fā)平臺(tái)，選用VisualBasic作為開發(fā)語(yǔ)言，利用Mapinfo自帶功能模塊Map Basic對(duì)Mapinfo進(jìn)行調(diào)用，選用Microsoft Acess作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，利用資料和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)將地下管網(wǎng)的各種空間信息和屬性信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)訪問、修改、維護(hù)及分析。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1。

4 系統(tǒng)主要功能模塊

4.1 用戶管理

該系統(tǒng)實(shí)行用戶注冊(cè)管理制度，只有管理員和注冊(cè)用戶通過輸入正確的用戶名和密碼才能登陸系統(tǒng)。匿名登陸的用戶只具有瀏覽的權(quán)限。

管理員具有添加、刪除用戶，編輯用戶屬性（部門、用戶名、密碼、用戶描述和用戶類別等）的功能，并根據(jù)實(shí)際情況決定是否分配給用戶設(shè)備日常維護(hù)、屬性管理、圖形管理、報(bào)表管理、缺陷管理等操作的權(quán)限。同時(shí)還可以將某條線路或其分段設(shè)備的管理權(quán)限按用戶名稱或者部門分配給用戶。

4.2 信息檢索

通過信息檢索可以查看用戶屬性、管線屬性、管線空間信息、數(shù)據(jù)庫(kù)屬性以及地理圖元等。其中包括對(duì)地下管網(wǎng)信息的查詢和對(duì)基礎(chǔ)地理信息的查詢。包含如下模塊：

（1）工作圖形和屬性數(shù)據(jù)雙向查詢

工作底圖提供了基本的地圖查詢和圖層管理等功能，通過瀏覽圖像，可以實(shí)時(shí)顯示實(shí)體的空間信息；在地圖上直接點(diǎn)擊設(shè)備管線，可以查詢?cè)撛O(shè)備的屬性信息。也可以通過數(shù)據(jù)庫(kù)查詢屬性信息，比如直接輸入管線編號(hào)，系統(tǒng)會(huì)給出該管線的長(zhǎng)度、直徑、材料、地理坐標(biāo)等相關(guān)信息。

（2）條件查詢

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)有的屬性信息，按照SQL語(yǔ)法組合條件進(jìn)行查詢，系統(tǒng)可以自動(dòng)給定備選項(xiàng)幫助快速構(gòu)建查詢條件。具體包括：

定位查詢：輸入定位信息，如道路名稱、建筑物名稱、單位名稱、區(qū)域名稱、圖幅名稱等，系統(tǒng)將地圖定位到指定位置，并能夠給出詳細(xì)的地理要素信息和屬性信息。

屬性查詢：查詢共給出滿足條件的實(shí)體要素的屬性。

（3）路由查詢

提供對(duì)指定管道、指定線纜、指定用戶等的路由查詢，給出詳細(xì)路由信息。查詢的結(jié)果以圖形、表格、對(duì)話框等形式顯示在屏幕上，或直接通過繪圖儀、打印機(jī)輸出。對(duì)于地下管網(wǎng)系統(tǒng)來講，這種查詢方式具有很強(qiáng)的專業(yè)性，是系統(tǒng)必不可少的功能［3］。

4.3 數(shù)據(jù)入庫(kù)與編輯

數(shù)據(jù)入庫(kù)是：對(duì)于學(xué)校原有的及外業(yè)測(cè)得的管線數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)內(nèi)業(yè)程序處理，生成相應(yīng)的圖形與屬性數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按相應(yīng)的格式輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)編輯包括空間數(shù)據(jù)和屬數(shù)據(jù)的編輯。空間數(shù)據(jù)編輯包括點(diǎn)、線的增加和刪除以及背景地形圖編輯。屬性數(shù)據(jù)編輯包括管線的屬性和屬性結(jié)構(gòu)的編輯。管線的編輯要跟據(jù)系統(tǒng)精度要求設(shè)定適當(dāng)?shù)牟蹲骄嚯x。刪除管點(diǎn)時(shí)需要同時(shí)刪除連接的管線；刪除管線則要根據(jù)管點(diǎn)是否還連接其他管段判斷是否刪除管線；新增管點(diǎn)時(shí)，根據(jù)設(shè)定的捕捉容限判斷是否與已有管點(diǎn)重合或打斷已有管線；管線的增加，同樣需要捕捉距離參數(shù)，判斷起止點(diǎn)是否與已有管線起止點(diǎn)重合從而做出點(diǎn)位調(diào)整，還要判斷是否與已有管段相交做打斷操作［4］。圖2是實(shí)現(xiàn)管點(diǎn)增加功能的算法流程圖。

4.4 橫縱斷面分析

管線斷面分析是道路與管線工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理的基礎(chǔ)，也是工程查詢的必要信息。在工

作底圖窗口中對(duì)管線任意位置進(jìn)行橫斷面剖析，可以確定地下管線的空間位置，系統(tǒng)同時(shí)列示出管線的斷面尺寸、材料、埋深、位置間距等屬性。管線縱斷面分析可用于觀測(cè)管線在地下的走向和坡度的合理性。對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的管線或一條管線，指定縱斷面的范圍，可以自動(dòng)生成管線走向的縱斷面圖，同時(shí)標(biāo)示出各管線點(diǎn)的縱斷面和位置［5］。如圖3所示。

5 小結(jié)

該系統(tǒng)的建立，確保了校園管網(wǎng)資料的完整、準(zhǔn)確，方便了管理人員對(duì)大量資料進(jìn)行高效、科學(xué)的管理，同時(shí)也便于決策者隨時(shí)掌握最新管線數(shù)據(jù)信息，從而為校園地下管線的設(shè)計(jì)提供整體規(guī)劃思路，是校園綜合管網(wǎng)運(yùn)行中的有效管理工具。