武漢市城市地下管線全生命周期數(shù)據(jù)庫建設的設計與實現(xiàn)

成小溪，何偉，江威

(1.武漢市海綿城市和綜合管廊建設管理站，湖北 武漢 430023； 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

按照國家和省市相關文件精神要求，武漢市實施了城市地下管線綜合信息平臺建設，提出了地下管線數(shù)據(jù)和平臺“互聯(lián)共享”的工作思路，整體考慮地下管線建設在規(guī)劃階段、建設階段和監(jiān)管階段的全生命過程管理流程，以地下管線工程項目為管理單元，全面控制管線工程從規(guī)劃、審批、開工、施工、跟蹤、竣工和運行監(jiān)管等關鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全市地下管線信息的共享互聯(lián)應用。其中，建立完整、全面、系統(tǒng)的地下管線數(shù)據(jù)庫是建好平臺面臨的首要任務和基礎保障，通過建立有效的數(shù)據(jù)聯(lián)動更新機制，打破了目前很多地方都存在的不同部門間的數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)了管線全生命周期數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享，更好地保證了全市地下管線數(shù)據(jù)庫的實時動態(tài)更新。

2 建庫內(nèi)容

2.1 地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)

地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)包含地下管線普查的二維數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)、地下管線事故和隱患排查數(shù)據(jù)、地下管線權屬單位調(diào)查數(shù)據(jù)，以及用于更新管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的管線竣工測量數(shù)據(jù)、管線修補測數(shù)據(jù)和管線異動數(shù)據(jù)。管線竣工測量數(shù)據(jù)、修補測數(shù)據(jù)和異動數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源用于更新管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)庫在此環(huán)節(jié)對其不另作存儲。

2.2 地下管線規(guī)劃管理數(shù)據(jù)

地下管線規(guī)劃管理數(shù)據(jù)包含管線規(guī)劃編制數(shù)據(jù)和規(guī)劃審批數(shù)據(jù)。規(guī)劃編制數(shù)據(jù)有管線規(guī)劃數(shù)據(jù)，道路修規(guī)數(shù)據(jù)，排水修規(guī)數(shù)據(jù)和規(guī)劃道路數(shù)據(jù)，其中管線規(guī)劃審批數(shù)據(jù)主要以管線規(guī)劃建設項目為管理單元，覆蓋管線專項規(guī)劃、綜合規(guī)劃、詳細規(guī)劃和修建規(guī)劃數(shù)據(jù)等。審批數(shù)據(jù)包括選址意見書數(shù)據(jù)，用地許可證數(shù)據(jù)，工程許可證數(shù)據(jù)，核位紅線圖數(shù)據(jù)和紅線定位圖數(shù)據(jù)。

2.3 地下管線建設管理數(shù)據(jù)

地下管線建設管理數(shù)據(jù)主要是針對管線建設管理過程中涉及的各類業(yè)務數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)組織，以管線建設項目為管理單元，建立管線建設年度計劃數(shù)據(jù)、管線工程施工項目數(shù)據(jù)、管線工程竣工項目數(shù)據(jù)和管線工程檔案歸檔數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管線建設業(yè)務管理數(shù)據(jù)的標準化、規(guī)范化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化綜合管理。

3 建庫流程

3.1 地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)

(1)地下管線二維數(shù)據(jù)建庫流程

地下管線二維數(shù)據(jù)建庫主要是將地下管線二維普查數(shù)據(jù)進行檢查和處理修正，形成拓撲結(jié)構(gòu)合理的地下管線數(shù)據(jù)庫。由于地下管線數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)檢查和處理的工序較為復雜。主要流程為：①進行數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設計；②根據(jù)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行圖庫一體化數(shù)據(jù)檢查，確保地下管線圖形和入庫數(shù)據(jù)的一致性；③對檢查的錯誤標注原因，根據(jù)錯誤原因?qū)?shù)據(jù)庫進行修正；④通過數(shù)據(jù)檢查后，按照建庫要求對數(shù)據(jù)類型和層次結(jié)構(gòu)進行重組建庫，并對接邊數(shù)據(jù)進行處理。建庫流程圖如圖1所示。

圖1 地下管線二維數(shù)據(jù)建庫流程

(2)地下管線三維模型建庫流程

地下管線三維模型建庫是以二維地下管線數(shù)據(jù)為基礎，對其管點和管線分別基于三維模型的制作進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查，包括空間關系、屬性信息、投影信息等內(nèi)容，依照相關數(shù)據(jù)的標準，進行處理和入庫；依據(jù)二維地下管線成果，建立三維地下管線和管點的模型數(shù)據(jù)庫，利用處理平臺自定義建立三維地下管線模型，并通過參照三維地面上模型，對地下管線的模型進行補充完善、渲染烘焙等操作，地下管線三維模型建庫流程如圖2所示。

圖2 地下管線三維模型建庫流程

(3)管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)建庫流程

管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)指的是全市各權屬單位的專業(yè)管線數(shù)據(jù)。為了全面表達全市管線現(xiàn)狀、充分利用已有管線資料，對管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)進行調(diào)繪、歸集、整理、建庫工作，將管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)與管線普查數(shù)據(jù)整合在一起，互為補充地表達全市管線現(xiàn)狀。

管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)歸集建庫主要是在充分分析各管線權屬單位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎上，將Shape或多種Geodatabase存儲格式的管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)采用批量導入或分片導入的方式，將數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)庫；對已經(jīng)建立通用數(shù)據(jù)服務的數(shù)據(jù)，也可以采用直接接入數(shù)據(jù)服務的方式，將管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)庫。

(4)管線事故和隱患排查數(shù)據(jù)建庫流程

對于權屬單位已經(jīng)建立有管線事故隱患空間數(shù)據(jù)庫的情況，系統(tǒng)采取與管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)相似的手段完成管線事故、隱患數(shù)據(jù)的歸集和建庫，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導出和數(shù)據(jù)導入的方式將權屬單位的管線事故、隱患數(shù)據(jù)批量導入或分批導入到對應數(shù)據(jù)庫中。

對于未建立空間數(shù)據(jù)庫的情況，采用表格導入、數(shù)據(jù)編輯、圖屬掛接等動作完成管線事故和隱患數(shù)據(jù)的錄入、建庫工作，主要分成兩種方式完成。一種是針對帶坐標的表格數(shù)據(jù)，可以通過讀取Excel格式的管線事故、管線隱患數(shù)據(jù)，獲取坐標信息，在創(chuàng)建幾何實體的同時錄入事故、隱患信息，從而完成建庫工作；另一種是針對不帶坐標的表格數(shù)據(jù)，可以通過讀取Excel格式的管線事故、管線隱患數(shù)據(jù)，先將事故、隱患信息錄入空間庫中，賦予空幾何實體，數(shù)據(jù)錄入人員再通過圖形編輯和圖屬掛接工具，實現(xiàn)空間實體與屬性的對應，從而完成建庫工作。

3.2 管線規(guī)劃管理數(shù)據(jù)建庫流程

管線規(guī)劃管理數(shù)據(jù)建庫主要包括管線規(guī)劃編制數(shù)據(jù)建庫和管線規(guī)劃審批數(shù)據(jù)建庫。

對于管線規(guī)劃編制數(shù)據(jù)，采用與管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)相似的手段將綜合規(guī)劃數(shù)據(jù)，道路修規(guī)數(shù)據(jù)，排水修規(guī)數(shù)據(jù)和規(guī)劃道路數(shù)據(jù)進行歸集和建庫，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導出和數(shù)據(jù)導入的方式將規(guī)劃編制數(shù)據(jù)批量導入或者分批次導入到對應數(shù)據(jù)庫中。

對于管線規(guī)劃審批數(shù)據(jù)，開發(fā)相應工具將紅線定位圖中管線信息導入到數(shù)據(jù)庫中，表格形式的屬性信息以屬性掛接的方式導入到數(shù)據(jù)庫中。“一書兩證”以文件形式存儲，并通過屬性字段與管線紅線數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。

3.3 管線建設管理數(shù)據(jù)建庫流程

管線建設管理數(shù)據(jù)建庫主要包括管線工程年度計劃建庫、管線工程基礎信息建庫、管線工程施工信息建庫、管線工程竣工信息建庫和管線工程檔案資料建庫。

管線工程年度計劃建庫、管線工程基礎信息建庫、管線工程施工信息建庫都是以管線建設項目范圍線為空間對象載體，進行計劃信息和施工信息的掛接，完成建庫工作。

管線工程竣工數(shù)據(jù)建庫主要流程包括管線探測成果數(shù)據(jù)檢查，管線圖形的生成，管線圖形檢查、接邊處理，管線數(shù)據(jù)拓撲關系的建立，數(shù)據(jù)庫建立，數(shù)據(jù)導入，數(shù)據(jù)庫檢查，網(wǎng)絡拓撲關系的建立和版本注冊。管線竣工數(shù)據(jù)建庫完成后，將管線工程中的管點和管線組合，并掛接上管線工程信息，完成竣工工程數(shù)據(jù)的建庫。

4 數(shù)據(jù)庫設計

地下管線全生命周期數(shù)據(jù)庫設計主要按照數(shù)據(jù)庫概念設計、邏輯設計和物理設計三個階段依次進行。

4.1 數(shù)據(jù)庫概念設計

地下管線數(shù)據(jù)庫概念設計是對系統(tǒng)建設要求描述的地下管線建設管理全過程建立抽象的概念數(shù)據(jù)模型。概念設計成果準確地反映各類地下管線數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分層的抽象表現(xiàn)形式，對數(shù)據(jù)的分層名稱、代碼和幾何類型進行規(guī)定。

4.2 數(shù)據(jù)庫邏輯設計

地下管線數(shù)據(jù)庫邏輯設計是對地下管線建設管理全過程具體的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)進行設計，主要反映地下管線全過程管理業(yè)務邏輯關系。邏輯設計成果決定了地下管線數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)中應用的整體效能。其中將管線項目的項目號作為數(shù)據(jù)庫唯一標識碼，實現(xiàn)管線工程建設全生命周期不同階段管理的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和共享。

4.3 數(shù)據(jù)庫物理設計

在邏輯設計的基礎上，數(shù)據(jù)庫的物理設計主要包括對地下管線數(shù)據(jù)庫存儲記錄結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫存儲物理設計和數(shù)據(jù)庫索引設計等幾個方面內(nèi)容。在地下管線普查數(shù)據(jù)庫中，關系型數(shù)據(jù)庫存儲于Oracle，空間數(shù)據(jù)使用ArcSDE存儲于Oracle中；數(shù)據(jù)庫存儲物理設計按地下管線所屬行政區(qū)進行分區(qū)，設置不同的物理存儲空間，以提高數(shù)據(jù)訪問性能并對數(shù)據(jù)故障進行有效隔離；數(shù)據(jù)庫索引設計主要采用屬性索引、矢量數(shù)據(jù)索引和柵格數(shù)據(jù)索引等方式進行建立。

如表1、表2所示是在數(shù)據(jù)庫設計中的部分設計實例。

管線規(guī)劃數(shù)據(jù)庫概念設計(數(shù)據(jù)分層表) 表1

管線規(guī)劃數(shù)據(jù)庫邏輯設計(紅線定位圖數(shù)據(jù)表) 表2

5 質(zhì)量控制

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制主要包括以下標準制定、質(zhì)檢制度制定、檢查內(nèi)容制定等幾個方面的內(nèi)容。主要目的是規(guī)范數(shù)據(jù)生產(chǎn)建庫的組織，保證數(shù)據(jù)生產(chǎn)建庫的質(zhì)量。

5.1 制定《武漢市地下管線基礎信息平臺數(shù)據(jù)技術規(guī)定》

在深入調(diào)研的基礎上，結(jié)合普查地下管線和權屬單位調(diào)查地下管線的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀情況，對地下管線數(shù)據(jù)建庫標準和共建共享機制的建立進行研究，更好解決地下管線信息跨部門跨領域的共享互聯(lián)交換。

以《城市地下管線探測技術規(guī)程》(CJJ61-2003J271-2003)為依據(jù)，對地下管線信息平臺的數(shù)據(jù)編碼規(guī)則、數(shù)據(jù)分層規(guī)則、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖示圖例等進行的規(guī)定，制定了《武漢市地下管線基礎信息平臺數(shù)據(jù)技術規(guī)定》。

5.2 建立數(shù)據(jù)質(zhì)檢制度

檢查采用中間過程檢查、完成成果檢查和驗收提交檢查三級檢查制度，各級檢查都要求逐級進行，不允許略過任一步驟。數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查采取人工與計算機相結(jié)合的方式，對數(shù)據(jù)生產(chǎn)建庫的整個過程進行嚴格的質(zhì)量控制把關。基于圖庫一體化編輯和檢查軟件進行批量檢查和人工修改，盡量減少人工編輯的工作，做到數(shù)據(jù)檢查的及時反饋，數(shù)據(jù)修改編輯的及時更正，保證數(shù)據(jù)檢查和編輯的完整一致性。

5.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查內(nèi)容

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查內(nèi)容主要分為五個部分，即定位精度檢查、屬性精度檢查、數(shù)據(jù)邏輯性檢查、數(shù)據(jù)關聯(lián)關系檢查、完整性檢查。通過數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查，能夠進一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)空間拓撲和屬性信息的準確一致性。

6 建庫成果

截至2018年底，武漢市地下管線現(xiàn)狀數(shù)據(jù)成果主要包括：①管線普查數(shù)據(jù)成果，覆蓋武漢市中心城區(qū)范圍的地下管網(wǎng)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，包括電力、給水、排水、燃氣、通信、專用、熱力、工業(yè)、綜合管溝九大類共計約 37 500 km，地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)普查內(nèi)容包括：管線類型、平面位置、高程、埋深、斷面尺寸、電纜根數(shù)、材質(zhì)、保護材料、構(gòu)筑物、特征、附屬物、壓力、流向、建設時間、運行時間和權屬單位等；②管線專項調(diào)查數(shù)據(jù)成果，主要包括電力、電信、排水和燃氣等權屬單位的管線數(shù)據(jù)；③事故數(shù)據(jù)和隱患排查數(shù)據(jù)成果，主要包括事故和隱患管線的管線類型、隱患類型、隱患級別、隱患亞類、安全隱患地點、安全隱患描述、責任單位、整改類型、整改情況、隱患部位等信息。管線規(guī)劃管理數(shù)據(jù)成果主要包括：①管線規(guī)劃編制數(shù)據(jù)成果，包括綜合規(guī)劃數(shù)據(jù)成果，道路修規(guī)數(shù)據(jù)成果，排水修規(guī)數(shù)據(jù)成果和規(guī)劃道路數(shù)據(jù)成果；②管線規(guī)劃審批數(shù)據(jù)成果，包括選址意見書數(shù)據(jù)成果，用地許可證數(shù)據(jù)成果，工程許可證數(shù)據(jù)成果，核位紅線圖和紅線定位圖數(shù)據(jù)成果。管線建設管理數(shù)據(jù)成果主要包括：管線建設項目的工程任務號、工程名稱、開工時間、竣工時間、建設單位、施工單位聯(lián)系人、施工單位聯(lián)系電話、道路名稱、工程許可證號、管線規(guī)格和管線長度等項目建設信息。管線普查成果二維數(shù)據(jù)庫、管線普查成果三維數(shù)據(jù)庫、管線建設管理竣工數(shù)據(jù)庫模型成果分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3管線普查成果二維數(shù)據(jù)庫模型成果

圖4 管線普查成果三維數(shù)據(jù)庫模型成果

圖5 管線建設管理竣工數(shù)據(jù)庫模型成果

7 結(jié) 語

武漢市城市地下管線全生命周期數(shù)據(jù)庫建設為武漢市的城市規(guī)劃、建設和運營提供權威和完整的地下管線數(shù)據(jù)保障，為地下管線全生命周期管理信息平臺的建設提供有效數(shù)據(jù)支撐，為地下管線信息的動態(tài)更新和共享交換提供基礎數(shù)據(jù)保障，為不同時態(tài)和不同維度的管線數(shù)據(jù)動態(tài)變化規(guī)律的分析與知識挖掘提供數(shù)據(jù)服務，準確及時的數(shù)據(jù)資源能夠更好地為武漢市各行政管理部門提供科學管理和決策的依據(jù)，特別是在避免地下管線重復建設、減少管線施工事故的發(fā)生和減少管線盲目開挖等方面可節(jié)約大量的經(jīng)費。