城市地下管線信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

談暢 趙偉

摘? 要：管線數(shù)據(jù)庫(kù)是地下管線管理信息系統(tǒng)的核心，本文以數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，首先分析了地下管線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)獲取方法探討了管線數(shù)據(jù)模型和編碼設(shè)計(jì)，最后分析了數(shù)據(jù)組織方法，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將為管理部門宏觀決策提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)管線信息，為城市防災(zāi)保險(xiǎn)等提供決策服務(wù)，保障城市地下生命線的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：城市綜合地下管線? 數(shù)據(jù)庫(kù)? 數(shù)據(jù)模型? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU990.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0146-03

Abstract： Pipeline database is the core of underground pipeline management information system. This paper takes database design as the research object. Firstly， the paper analyzes the characteristics and data structure of underground pipeline data. On this basis， combined with the data acquisition method， it discusses the pipeline data model and coding design. Finally， it analyzes the data organization method. The design of the system will for the management department macro decision-making provide accurate real-time pipeline information， provide decision-making services for urban disaster prevention insurance， and ensure the safe operation of urban underground lifeline.

Key Words： Urban comprehensive underground pipeline;? Database;? Data model;? Data structure

城市地下管線調(diào)查是城市建設(shè)、規(guī)劃的重要基礎(chǔ)[1]。20世紀(jì)90年代初以來，我國(guó)一些城市進(jìn)行了地下管線調(diào)查，獲得了大量地下管線資料[2]。如何管理這些寶貴的地下管線資料，最大限度地發(fā)揮地下管線調(diào)查的經(jīng)濟(jì)效益是重要任務(wù)[3]。

以往的管線資料管理手段大多使用文本文件和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管線的屬性數(shù)據(jù)，使用DWG圖形文件存儲(chǔ)管線的圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)完全分離，資料管理混亂，資料更新速度慢。城市地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)的核心是數(shù)據(jù)的組織管理，本文提出基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管線數(shù)據(jù)管理方法[4]。

1? 地下管線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

城市地下管線信息與地形、城市地籍、房地產(chǎn)信息是同一城市中最具代表性的空間信息[5]。與其他三者相比，管線數(shù)據(jù)具有獨(dú)特的特征，主要表現(xiàn)為：

（1）數(shù)據(jù)量多，定位精度高。

（2）相關(guān)管線的權(quán)屬和信息利用部門很多，信息收集和管理很困難[6]。

（3）從中心城區(qū)向周邊方向，管線數(shù)據(jù)的重要性和使用頻率逐漸降低，空間形態(tài)分布呈現(xiàn)不均勻性。

（4）市政管線的空間數(shù)據(jù)范圍相對(duì)固定，多在規(guī)劃道路之下。

（5）在同一空間位置，依存的管線屬性信息很多很復(fù)雜。不同用戶感興趣的對(duì)象不同[7]。

（6）管線埋設(shè)在地下，具有隱蔽性，難以采集。

（7）時(shí)間屬性很重要，是4維、動(dòng)態(tài)的空間信息源。

（8）管線信息的連通關(guān)系要求特別高。

由于上述特點(diǎn)，城市地下管線數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞和數(shù)據(jù)完整性是地下管線數(shù)據(jù)組織管理的瓶頸問題之一，許多城市管線信息系統(tǒng)的建立與管線調(diào)查相結(jié)合[8]。

2? 管線數(shù)據(jù)的信息結(jié)構(gòu)

根據(jù)管線數(shù)據(jù)的固有特征，將管線數(shù)據(jù)抽象為計(jì)算機(jī)能夠表現(xiàn)的點(diǎn)、線數(shù)據(jù)類。

（1）管線點(diǎn)：包括管線相關(guān)的附屬設(shè)施、特征點(diǎn)、建筑物的中心點(diǎn)等，用一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示。

（2）管段：相鄰兩個(gè)管線點(diǎn)之間的連接線，即用兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示的直線段。

（3）管線列：由具有相同屬性的多個(gè)管段的集合、多個(gè)坐標(biāo)值構(gòu)成。

（4）管網(wǎng)：具有相同類型屬性的管線字符串和管線點(diǎn)的集合。一個(gè)屬性的管線只有一個(gè)管網(wǎng)，同一層具有有序拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 管網(wǎng)有兩種結(jié)構(gòu)：樹和網(wǎng)格。

圖1中，a到g是管線的特征點(diǎn)，AB、BC、CD、BF等是管段，BEFG是管線列。

數(shù)據(jù)是所有GIS系統(tǒng)的核心，必須基于數(shù)據(jù)表示所有GIS功能。因此，數(shù)據(jù)的完整性、完整性、質(zhì)量的好壞大大決定了系統(tǒng)的好壞。

3? 地下管線數(shù)據(jù)的獲取

地下管線數(shù)據(jù)的獲取方法有地下管線調(diào)查和地下管線竣工測(cè)量?jī)煞N。

（1）地下管線調(diào)查。

城市地下管線調(diào)查是指，在一段時(shí)間內(nèi)，按照城市規(guī)劃管理的要求，根據(jù)城市具有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)能力，采用最經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理的方法，明確城市建設(shè)區(qū)和城市規(guī)劃發(fā)展區(qū)內(nèi)地下管線的現(xiàn)狀，獲取正確的管線相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取管線圖，城市地下管線調(diào)查工作方法包括地下管線現(xiàn)狀調(diào)查、城市地下管線探測(cè)、地下管線測(cè)繪等。

（2）地下管線竣工測(cè)量。

地下管線調(diào)查在一定期間內(nèi)只能進(jìn)行一次。該方法實(shí)際上對(duì)城市地下管線數(shù)據(jù)進(jìn)行完全總結(jié)調(diào)查，建立地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)。由于城市管線工程每天幾乎都要進(jìn)行，地下管線資料的動(dòng)態(tài)更新主要依靠管線竣工測(cè)量來動(dòng)態(tài)獲取管線資料。

地下管線竣工測(cè)量應(yīng)在地下管線鋪設(shè)后蓋土前進(jìn)行。其任務(wù)是記錄測(cè)量地下管線的平面位置、海拔即測(cè)量地下管線的埋入深度、規(guī)格及批準(zhǔn)的定位尺寸，記錄的地下管線性質(zhì)、材質(zhì)、方向、埋設(shè)時(shí)間、權(quán)屬單位等。制作地下管線竣工平面圖，制作地下管線成果表，同時(shí)根據(jù)需要填寫地下管線工程竣工測(cè)量驗(yàn)收記錄表。

4? 地下管線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型

（1）地下管線管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

地下管線管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括地下管線、管點(diǎn)圖形和屬性數(shù)據(jù)、坐標(biāo)分幅、道路網(wǎng)圖、城市地形圖、建筑物、地塊、注釋等輔助要素，其具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（2）管道數(shù)據(jù)模型。

管線數(shù)據(jù)模型由兩個(gè)管點(diǎn)構(gòu)成的管線數(shù)據(jù)，即管線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，包括管線數(shù)據(jù)表和管點(diǎn)數(shù)據(jù)表。管線數(shù)據(jù)模型如圖3所示。

5? 數(shù)據(jù)編碼

每個(gè)信息系統(tǒng)都有一個(gè)編碼系統(tǒng)。為便于數(shù)據(jù)交換與共享，制定了城市地下管線綜合信息系統(tǒng)編碼方案和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案。

（1）管線類代碼，包括10類。 代碼是供水（ j ）、雨水（ y ）、污水（含雨排水） （ p ）、氣體（ m ）、交通信號(hào)（ t ）、路燈（ r ）、供電（ l ）、電信（ x ）、道路中心點(diǎn)（ c ）、人防特征點(diǎn)（ f ）。

（2）街道編號(hào)：對(duì)城市的所有街道進(jìn)行編號(hào)，用4位整數(shù)進(jìn)行編號(hào)（ 0001—9999 ）。

（3）管線點(diǎn)編號(hào)：用10位字符串編號(hào)。前6位是1：500縮尺圖編號(hào)，第7位是管線類別編碼，第3位是管點(diǎn)序號(hào)。檢入數(shù)據(jù)時(shí)，管線點(diǎn)編號(hào)帶有陣列編號(hào)，繪圖注釋、顯示時(shí)只有后4位。此方法可確保編號(hào)是唯一的，并且繪圖注釋簡(jiǎn)潔。

（4）管線代碼： 6位。 第1位是大寫字母P，與其他基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的編碼方案區(qū)別使用的第2位管線類別編碼，第3位是每種管線的子類型編碼，第4位是要素類型編碼，從1到5分別表示中心線、管線特征點(diǎn)及附屬物、管線上方建筑物中心點(diǎn)、管線輔助要素、管線注記;第6位暫保留。

（5）管段由管道特征點(diǎn)結(jié)構(gòu)表的關(guān)聯(lián)字段生成，無編碼。

管網(wǎng)要素的屬性信息主要包括線屬性和點(diǎn)屬性，它們分別對(duì)應(yīng)于線（中心線）要素和點(diǎn)要素。對(duì)于與管線輔助元素?zé)o關(guān)的屬性表（例如管線樓板建筑物或管線邊界），每個(gè)屬性都由相應(yīng)的中心點(diǎn)和中心線表示。

在數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)表中創(chuàng)建管點(diǎn)表和管線表，特征表對(duì)應(yīng)10種管線，設(shè)置19種字段結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)19種表（如圖4所示）。不同類型的管線具有不同的附屬設(shè)備表。子類管線具有不同的屬性表，但結(jié)構(gòu)相同。每種類型的管線具有相應(yīng)的管線，用于記錄相應(yīng)管線的嵌入深度、管道偏移等特殊屬性。

6? 數(shù)據(jù)組織

在城市地下管線綜合信息系統(tǒng)中，所有管線信息都是要素，可以從零到多個(gè)屬性值。系統(tǒng)采用空間混合數(shù)據(jù)模型，分別存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。元素的圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地圖文件中，利用MicroStation dgn圖形文件的屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle。圖形元素包括要素id和屬性id。并且，由于城市總體的地下管線的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)以1：5000比例存儲(chǔ)在不同的設(shè)計(jì)文件中，對(duì)應(yīng)地連接在不同數(shù)據(jù)庫(kù)表的DGN圖形文件，符號(hào)和線型都以1：500的比例存儲(chǔ)，根據(jù)需要縮小到其他任意比例，在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)的描述信息，在一系列數(shù)據(jù)表中描述和管理所有數(shù)據(jù)。

7? 結(jié)語

管線數(shù)據(jù)庫(kù)是城市地下管線管理系統(tǒng)的核心，基于地下管線管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)管線信息的動(dòng)態(tài)管理，為城市規(guī)劃與建設(shè)提供服務(wù)。更好地管理各種干線信息，及時(shí)更新維護(hù)各種專業(yè)管線數(shù)據(jù)，保證管線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和現(xiàn)狀，為管理部門宏觀決策提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)管線信息，為城市防災(zāi)保險(xiǎn)等提供決策服務(wù)，保障城市地下生命線的安全運(yùn)行。

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