基于GIS的城市地下管線信息系統的功能設計研究

李薇

摘 要：城市地下管線是城市的重要基礎設施，它的安全運行是現代化城市高效率、高質量運轉的保證。然而，由于歷史和現實的種種原因，我國絕大多數城市地下管線管理滯后于城市的發展，其混亂無序的狀況，已成為城市建設和國民經濟發展的瓶頸之一。該文基于筆者的工作實踐，探討了城市地下管線信息系統的架構設計思路，包括數據庫的設計，系統功能設計等，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

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：1672-3791（2017）04（b）-0020-02

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 系統建設目標

建立城市地下管線管理信息系統是一項投資大、涉及專業廣、周期長的系統工程。為實現社會效益與經濟效益的統一，必須實現以下目標。

（1）建立地下綜合管線數據庫。

在計算機網絡環境下，以GIS技術為支持，建立綜合管線數據庫，可及時對數據庫進行更新，為不同政府職能部門提供管線數據源，為城市建設和規劃提供準確的地下管線資料。

（2）統一管線信息的數據標準。

統一信息的格式、空間參照、樣式、圖例；統一數據的分類和編碼標準。

（3）管理應急預案。

對各類管線及其附屬設施的應急預案進行收集、綁定、管理。

（4）滿足市政管理的業務需求。

以整合的地下管線綜合信息為基礎，實現市政管理的行政許可、年度計劃、應急協調等業務的信息服務和決策支持需求。

1.2 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）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。

（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。

（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。

1.3 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。

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1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∶1 000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。

（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）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。

2.4 數據結構

（1）管線點表結構。

每種管點表的結構都相同，如表1所示。

（2）管線線表結構。

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，在一般管線表結構基礎之上，需要添加特定類型的管線數據表字段。

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3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 對外服務

對外服務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，以及圖形旋轉及其他圖形編輯功能）。

3.6 管線工程規劃管理自動化

竣工測量的管理：管線竣工后將正確的測量成果按相關要求錄入數據庫，對現狀管線數據庫進行更改和更新操作，以及管線報建圖的操作。辦公文檔管理：將規劃管線與辦公自動化相關聯，實現規劃管理對辦公自動化文檔的查閱和圖文一體化操作。

3.7 網上發布

Web用戶登錄進入專屬網站，在權限許可范圍內查詢各種管線數據。

4 結語

系統的動態管理與運行是系統能否成功利用的前提，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。系統的正常運行和動態管理首先需要從制度上加以保證，其次要在技術上有一定的保障，需要有測繪隊伍常年進行管線數據的實時更新，最后，要探索系統的自我發展道路，不斷收回投入，積累資金和經驗，為下一步的建設做好資金和技術上的準備。只有實現了系統自我良性發展道路，地下管線動態管理系統才有生命力和發展動力。

參考文獻

[1] 區福邦.城市地下管線普查技術研究與應用[M].南京：東南大學出版社，1998.

[2] 鄔應忠.城市地下管網管理信息系統研究[D].濟南：山東科技大學，2005.

[3] 楊曉偉.阜新市地下管線信息系統應用研究[D].阜新：遼寧工程技術大學，2004.