地下管線信息系統(tǒng)數據結構與功能架構探討

汪培　張穎

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(fā)展，其混亂無序的狀況，已成為城市建設和國民經濟發(fā)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(tǒng)的架構設計思路，包括數據庫的設計，系統(tǒng)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(tǒng) 功能 數據庫

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

城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，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(fā)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(guī)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(fā)展與成熟，基于GIS技術建立的城市地下管線管理系統(tǒng)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(tài)綜合規(guī)劃管理和分析。

1 系統(tǒng)建設目標與體系結構

1.1 系統(tǒng)建設目標

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。為實現社會效益與經濟效益的統(tǒng)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(huán)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(guī)劃提供準確的地下管線資料。

（2）統(tǒng)一管線信息的數據標準：統(tǒng)一信息的格式、空間參照、樣式、圖例；統(tǒng)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(yè)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(yè)務的信息服務和決策支持需求。

1.2 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)邏輯上從下到上依次為數據層、中間層、應用層。

（1）數據層：系統(tǒng)采用關系數據庫管理系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)的最終表現，用戶通過應用層實現數據入庫、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)應用。

1.3 系統(tǒng)結構

在系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)的核心，數據庫的建立是實現地下管線信息系統(tǒng)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∶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，

（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?？勺鳛楣芫€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(tǒng)數據包括管線圖形數據和屬性數據，圖形和屬性數據統(tǒng)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(guī)劃管理辦公自動化系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計、數據輸出、數據轉換、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(tǒng)計分析、最近設施搜索等。

3.3 管線數據動態(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(fā)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 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(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(guī)劃管線與辦公自動化相關聯，實現規(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 管線工程輔助設計

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

3.8 網上報批

通過Internet實現與城市空間相關的建設審批。電子數據網上報批，報批管線的位置精確化，結合管線信息系統(tǒng)的審批功能，將使審批工作更加規(guī)范，逐步實現城市管理科學化的目標。

3.9 網上發(fā)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(tǒng)的動態(tài)管理與運行是系統(tǒng)能否成功利用的前提，建立城市地下管線數據的動態(tài)更新機制，實現管線數據實時動態(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(tǒng)的自我發(fā)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(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。

參考文獻

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