面向城市地下管線綜合分析的信息系統設計

孫田

摘 要：城市地下管線的安全運行對于城市的正常運轉至關重要，該文將GIS技術引入到城市地下管線管理中，設計實現了城市地下管線信息系統，并結合青海某市的地下管網數據，探討了具體的應用效果。結果表明，將GIS引入到城市地下管線的管理中，對于提升城市地下管線的現代化管理水平，有著重要的意義。

關鍵詞：城市 地下管線信息系統 功能 數據庫

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（c）-0079-02

城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市賴以生存和發展的生命線。由于資金和技術等原因，管線數據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，對城市的建設與發展造成嚴重影響。近年來雖然采用計算機輔助制圖（CAD）等手段，仍不能適應信息時代城市規劃管理和建設的需求。隨著GIS、空間數據庫、計算機網絡等技術的發展與成熟，基于GIS技術建立的城市地下管線管理系統綜合了計算機圖形技術和數據庫技術，實現了對繁雜的管線數據進行現代化科學管理，達到管線數據的可視化和實時更新，并進行動態綜合規劃管理和分析。

1 系統建設目標與體系結構

1.1 系統框架

系統邏輯上從下到上依次為數據層、中間層、應用層。

1.1.1 數據層

系統采用關系數據庫管理系統Oracle管理空間數據和屬性數據，確保了空間和非空間數據的一體化集成，還可實現事物處理、記錄鎖定、并發控制、數據倉庫等功能。

1.1.2 中間層

采用ArcSDE作為空間數據庫的引擎，將應用層提出的請求轉換為服務器數據層的請求，并將數據層返回的結果提交應用層。

1.1.3 應用層

應用層是用戶直接接觸的部分，提供給用戶的是整個系統的最終表現，用戶通過應用層實現數據入庫、查詢統計、圖層管理、空間分析、成果輸出等功能，完成系統應用。

1.2 系統結構

在系統的應用結構設計上，采用基于分布式GIS的結構設計方案，采用C/S和B/S相結合的結構體系。這樣一方面可以保證內部業務的處理和數據安全性，另一方面又可實現數據共享和綜合應用。具體設計如圖1所示。

2 數據庫設計

數據是地下管線信息系統的核心，數據庫的建立是實現地下管線信息系統功能的關鍵所在。

2.1 數據庫結構設計

地下管線數據庫結構如圖2所示，包括屬性數據庫設計和空間數據庫設計，其中空間數據庫包括地下管線圖形信息和1∶1000基本比例尺地形圖，屬性數據庫分為管線線數據庫和管線點數據庫。

2.2 數據模型

管線數據由管點和管線組成。

2.2.1 管點的定義

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

2.2.2 管線的定義

兩相鄰管點之間的連接。可作為管線起點和終點的管點類型有特征點（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/變材點、埋設年代變化點、權屬單位變化點、報建案號變化點、測量任務變化點。

2.3 數據組織

系統數據包括管線圖形數據和屬性數據，圖形和屬性數據統一存儲在關系型數據庫中，通過ArcSDE訪問，避免了以往圖形和屬性數據分離存儲的缺點。整個城市的數據以管線種類進行分類，每一類管線占用兩個數據表（管點表和管線表）。這種數據組織方式的特點是數據不再需要特定的GIS格式數據，更易于數據的社會化共享。特別是能與規劃管理辦公自動化系統緊密結合，相互共享數據庫。

3 系統功能設計

3.1 基礎GIS管理

該模塊提供了對GIS數據管理的一些基本功能，包括文件和網絡管理、基本繪圖和圖形編輯、數據查詢和統計、數據輸出、數據轉換、符號管理和系統管理等。

3.2 管線查詢統計

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

3.3 管線數據動態更新

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、管線數據的修改、管線數據批量導入、多樣化的管線數據增加、設計及竣工數據回貼、管線數據刪除與廢棄等。

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狀、分布和走向以及管線間的相互關系，并且可以在發生管線事故時為制訂處理方案提供技術支持。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，管線爆管分析和關閥搜索，搶險分析，最短路徑分析，管線上下游追蹤、管線預警分析等。

3.5 管線工程輔助設計

根據國家規范和其他標準、現狀管線之間的關系，限定規劃管線的布設界限。通過系統實現對涉及信息的處理，完成管線設計、統計計算、分析、繪圖及方案比較以實現規劃報批、管線設計緊密結合。

4 青海某市地下管線信息系統實現及應用

本著界面友好、操作簡便的設計原則，系統采用了 Window界面風格，主界面包括菜單欄、工具欄、圖層控制欄、狀態欄、視圖窗口5個部分組成。

4.1 管線查詢應用

該系統提供了多種方式的查詢功能。主要有圖幅號、道路名、單位名、索引號以及包括紅線區域、坐標精確定位和道路的交叉路口等多種的查詢方法。在所有查詢過程中，所有被選中的管線或管線點，都將被高亮顯示，并即刻在信息屬性窗口中顯示其相關的屬性數據和空間信息。

4.2 管線統計應用

系統可以根據需要選擇一個或多個管線點圖層進行管線點數量的統計分析，并將統計結果以“圖表統計”和“報表統計”兩種方式顯示。當用戶選擇“圖表統計”時，當前窗口將跳轉至“圖表統計”窗口。

4.3 管線搶險分析應用

搶險分析提供了分析點到搶險地點的最佳路徑的功能。例如：當某處管線出現故障時，系統根據分析點進行搶險分析，尋找出能避開該故障點的另外一條可以連通分析點的最短路徑管線，并高亮顯示。搶險分析包括選擇分析點、選擇障礙點、顯示分析結果和清除分析結果4個操作步驟組成。

4.4 數據導出應用

在成果表輸出的過程中，系統可根據相應的成果表模板文件，對當前選擇集中的管線和管線點數據，進行匹配處理，進而查找計算各個屬性數據，把逐個屬性地讀出并填寫到 Excel文件中。

5 結語

將GIS引入到城市地下管線的管理中，對于提升城市地下管線的現代化管理水平有著重要的意義。但還必須意識到系統的動態管理與運行是系統能否成功應用的前提，在實現了城市地下管線信息系統的基礎上，建立城市地下管線數據的動態更新機制，實現管線數據實時動態更新，是保證系統生命活力和管理有效性的唯一途徑。

參考文獻

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