基于ArcEngine的地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

崔磊，錢(qián)林，陳廷武

(1.北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，北京 100038； 2.城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038)

1 引 言

地下管線(xiàn)是城市運(yùn)行的生命線(xiàn)。作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，城市地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和統(tǒng)一化管理尤為重要。2015年4月，北京市政府啟動(dòng)北京市地下管線(xiàn)基礎(chǔ)信息普查工作，要求按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程，對(duì)地下管線(xiàn)進(jìn)行探測(cè)、補(bǔ)測(cè)，重點(diǎn)掌握地下管線(xiàn)的規(guī)模大小、位置關(guān)系、功能屬性、產(chǎn)權(quán)歸屬、運(yùn)行年限等基本情況。現(xiàn)行《地下管線(xiàn)探測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB11/T 316-2015將地下管線(xiàn)劃分成9大類(lèi)，若干小類(lèi)，按照GIS數(shù)據(jù)組織要求，規(guī)定了管線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)，元數(shù)據(jù)的格式等內(nèi)容，原有的數(shù)據(jù)處理軟件不能滿(mǎn)足新技術(shù)規(guī)程的要求，開(kāi)發(fā)新的地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、編輯、檢查驗(yàn)收、成果輸出等全過(guò)程、一體化、信息化管理勢(shì)在必行。本文基于ArcEngine和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)，以管線(xiàn)數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)據(jù)、影像圖數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以點(diǎn)、線(xiàn)、面為基本單元，開(kāi)發(fā)了地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、編輯、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析、檢查、輸出等功能，為北京市地下管線(xiàn)基礎(chǔ)信息普查工作提供了軟件平臺(tái)和技術(shù)支撐，為城市地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息化管理和服務(wù)提供了保障。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1 開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)境

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)模式，采用ArcEngine 9.3組件開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Visual Studio 2005，開(kāi)發(fā)環(huán)境為C#。空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)分別采用Geodatabase 9.3與SQL Server 2005，客戶(hù)端部署在Windows XP或Windows 7及以上操作系統(tǒng)中運(yùn)行。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

其中，基礎(chǔ)設(shè)施層包括系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)施，數(shù)據(jù)層包括內(nèi)業(yè)采集處理的空間數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，為數(shù)據(jù)采集與處理提供了數(shù)據(jù)支撐。中間層依托ArcGIS技術(shù)體系進(jìn)行系統(tǒng)搭建，并實(shí)現(xiàn)了普查數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)構(gòu)建。在應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)了信息管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能和相關(guān)模塊。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了9大類(lèi)管線(xiàn)數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)信息，每一類(lèi)管線(xiàn)數(shù)據(jù)又分為管線(xiàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)、管線(xiàn)段數(shù)據(jù)、管線(xiàn)設(shè)施面數(shù)據(jù)、管線(xiàn)輔助線(xiàn)數(shù)據(jù)及管線(xiàn)注記數(shù)據(jù)。地下管線(xiàn)要素存儲(chǔ)在45個(gè)數(shù)據(jù)層中，表1為數(shù)據(jù)分層與命名匯總表。地下管線(xiàn)要素?cái)?shù)據(jù)層的命名采用要素種類(lèi)+幾何類(lèi)型的命名方式。要素種類(lèi)是指9種管線(xiàn)，幾何類(lèi)型包括P(點(diǎn))、L(線(xiàn))、A(面)、T(注記)、FZL(輔助線(xiàn))。

數(shù)據(jù)分層與命名表 表1

空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)管線(xiàn)要素的空間信息和屬性信息。表2列出管線(xiàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，其他類(lèi)型數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)略。

管線(xiàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu) 表2

系統(tǒng)管理表設(shè)計(jì)包含網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)作業(yè)處理中的保障系統(tǒng)運(yùn)行、業(yè)務(wù)規(guī)范操作流程的所有數(shù)據(jù)，其中包括用戶(hù)表、權(quán)限管理表、日志表等。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)包括系統(tǒng)功能模塊、數(shù)據(jù)錄入成圖功能模塊、數(shù)據(jù)批量自動(dòng)化處理功能模塊、數(shù)據(jù)一鍵檢查功能模塊、多樣成果輸出模塊等。

3.1 系統(tǒng)總體功能

地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)錄入、編輯、處理、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)合并、檢查、導(dǎo)入導(dǎo)出、測(cè)量、定位、用戶(hù)管理等9大功能模塊。系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。

3.2 數(shù)據(jù)錄入成圖

根據(jù)管線(xiàn)點(diǎn)表和管線(xiàn)段表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錄入項(xiàng)，建立對(duì)應(yīng)項(xiàng)的數(shù)據(jù)字典，數(shù)據(jù)錄入時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)判斷錄入內(nèi)容是否完整、合理、并給出智能提示。數(shù)據(jù)錄入時(shí)可以同步建立連接，實(shí)現(xiàn)圖形的同步繪制與顯示。錄入下一點(diǎn)時(shí)，軟件自動(dòng)繼承同種管線(xiàn)上一點(diǎn)信息，減少錄入工作量，提高效率。管線(xiàn)數(shù)據(jù)錄入界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入界面

3.3 數(shù)據(jù)批量自動(dòng)化處理

為了解決管線(xiàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中復(fù)雜耗時(shí)的問(wèn)題，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多個(gè)批量自動(dòng)化處理功能，如：自動(dòng)流向、自動(dòng)繪制方溝輔助線(xiàn)、自動(dòng)生成小室邊點(diǎn)及內(nèi)部連線(xiàn)、自動(dòng)歸算埋深、自動(dòng)修改偏心井點(diǎn)號(hào)、批量合并數(shù)據(jù)等。在處理小室邊點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，如圖4所示，通過(guò)設(shè)計(jì)如下算法實(shí)現(xiàn)：①通過(guò)拓?fù)溆?jì)算獲取與小室相交的同類(lèi)同線(xiàn)號(hào)管線(xiàn)；②計(jì)算交點(diǎn)坐標(biāo)；③根據(jù)交點(diǎn)坐標(biāo)生成小室邊點(diǎn)；④重構(gòu)內(nèi)部連線(xiàn)；⑤屬性賦值。

圖4 系統(tǒng)自動(dòng)處理小室邊點(diǎn)的過(guò)程

3.4 數(shù)據(jù)一鍵檢查

基于規(guī)則庫(kù)構(gòu)建技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管線(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化檢查，包括完整性檢查、邏輯一致性檢查、要素表達(dá)檢查、拓?fù)錂z查、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢查，形成檢查報(bào)告，并對(duì)檢查到的記錄進(jìn)行標(biāo)記，同時(shí)提出建議修改措施。如果項(xiàng)目要求發(fā)生變化或者相關(guān)技術(shù)規(guī)范已經(jīng)修訂只需對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行調(diào)整，不必對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重建。系統(tǒng)檢查功能配置界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)檢查功能配置界面

3.5 多樣成果輸出

根據(jù)相應(yīng)技術(shù)規(guī)程，結(jié)合工程需求，設(shè)計(jì)了多種格式的成果輸出功能，如各類(lèi)圖表、坐標(biāo)文件、圖形交換文件、數(shù)據(jù)庫(kù)文件、GIS數(shù)據(jù)等。具體成果輸出類(lèi)型如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)成果輸出類(lèi)型

4 系統(tǒng)應(yīng)用

地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)界面如圖7所示。圖中加載了 3 000 km管線(xiàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)支持疊加顯示地形圖、影像圖等數(shù)據(jù)，支持管線(xiàn)自定義符號(hào)、線(xiàn)型顯示。通過(guò)在北京市地下管線(xiàn)普查項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，并不斷地進(jìn)行系統(tǒng)完善和優(yōu)化升級(jí)，數(shù)據(jù)瀏覽順暢、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，體現(xiàn)了系統(tǒng)在地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的顯著優(yōu)勢(shì)，為北京市地下管線(xiàn)普查工作順利開(kāi)展和城市地下管網(wǎng)信息化管理提供了保障。

圖7 地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)界面

5 結(jié) 語(yǔ)

基于ArcEngine組件式接口開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS等技術(shù)，結(jié)合多年來(lái)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了地下管線(xiàn)信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入、編輯處理、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、檢查分析、成果輸出、用戶(hù)管理等功能模塊的一體化設(shè)計(jì)與管理，在北京市地下管線(xiàn)普查實(shí)際生產(chǎn)中得到了成功應(yīng)用，為北京市地下管線(xiàn)普查工作順利開(kāi)展提供了管理平臺(tái)和技術(shù)支撐，系統(tǒng)還可應(yīng)用于管線(xiàn)竣工測(cè)量、管線(xiàn)探測(cè)等其他工程項(xiàng)目中，對(duì)于其他城市地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。