地下電纜精益化管理數據結構研究

王成

（北京建筑大學 測繪與城市空間信息學院，北京100044）

地下電纜是一個城市重要的基礎設施，它不僅具有規模大、范圍廣、空間分布復雜、變化大、增長速度快、形成時間長等特點，更重要的它還承擔著信息傳輸、能源輸送等與人民生活息息相關的重要功能，也是城市賴以生存和發展的物質基礎。另外，由于傳統的二維GIS 管理模式總是受到平面顯示范圍的限制，無法直觀反映地下電纜之間真實的空間位置關系[1]，因此本文提出一種利用三維激光掃描儀得到的點云數據來建造一種全新的地下電纜全要素數據管理信息方式與可視化系統，實現地下電纜全要素數據的精益化管理與三維瀏覽。

1 概述

目前地下電纜體系的信息模型研究較少，有學者提出從信息技術與工程技術的角度研究電網信息模型（grid information model，GIM） 概 念。GIM 是 依 托 地 理 信 息 系 統（geographic information system，GIS），將電網的組成元素數字化，以信息模型為載體，集成每個元素全壽命周期的信息，實現信息的高效、準確、全面的應用。本文提出的三維數字化模型是以三維激光掃描數據為數據源，建立地下電纜信息模型，實現地下電纜數據的精益化管理與可視化[2]。

地下電纜數據海量、多源、多樣，為了便于管理和規劃，本文將地下電纜全要素數據定義為兩類，第一類數據稱為結構化數據，第二類數據稱為非結構化數據[3]。結構化數據主要分為工井、管道截面、管孔、電纜段、電纜接頭、埋設、環網柜等幾類的模型數據和相應的點云數據，主要用來進行可視化、線路規劃、設施設計。非結構化數據為電纜設施對應的屬性、狀態信息，主要用來進行位置查詢、狀態評估、資料查詢等。

地下電纜運行設備種類繁多，數量巨大。首先建立三維數字化模型，涵蓋結構化和非結構化的數據框架，以三維數字化模型為載體，通過多種信息采集手段實現對設備的信息化管理[4]。如下圖所示，地下電纜全要素數據的精益化管理主要以三維激光掃描數據為數據源，建立起以實體模型數據為載體的管理結構，數據庫引擎為基礎對數據進行規劃和管理。

2 結構設計

2.1 工井結構設計

如圖1 所示，工井結構化數據管理主要分為工井表、工井面表、井蓋表、電纜段表、管孔表、示意點表。每張表相互關聯的字段以數據庫外鍵進行連接，并且每張表都存在唯一、自增長的主鍵KEYID。

圖1

工井由井室和井蓋構成，并且內部有多根電纜子段。多個工井面構成井室，為了使電纜從工井中穿過對工井面穿孔，管孔從屬于工井面。因此工井表包含面、井蓋、電纜子段數據的KeyID,工井面包含孔洞的KeyID，電纜子段包含兩端示意點的KeyID。工井面、井蓋、電纜子段表存在工井的外鍵，依據此外鍵找到所屬工井。

每個表中主鍵的存在保證了數據的唯一性，同時也加快了數據庫的操作速度。外鍵的存在保持數據的一致性、完整性。主鍵、外鍵的存在對數據進行了結構化處理，從上級可以找到所屬下級的數據，相反從下級依據主鍵可找到上級。

2.2 埋設結構設計

工井與工井之間存在排管，隧道，溝道等埋設。

圖2

結構設計如圖2 所示。其中，tagPipe 為排管的結構設計，tagSD、tagDLG 為隧道和電纜溝的結構設計，tagGD 為單根管道的結構設計，tagShelf 為支架的結構設計。排管中gdid 為所包含的單根管道（tagGD）的主鍵ID，同理隧道（電纜溝）中shelfid 為所包含的支架（tagShelf）主鍵ID。

3 電纜數據精益化管理

目前，在電纜線路中，存在著較多的問題，所以如何以上述結構設計實現電纜線路的規劃和維護管理，并為做好電纜線路運行及維護管理工作提出有效對策。

查詢一條線路，主要是通過電纜子段和電纜示意點兩類結構實現。

表1 電纜子段結構

表2 電纜示意點結構

電纜子段表中存儲了示意點KeyID，通過共用的示意點最終連接成一條完整的電纜段。其查詢過程的核心在于電纜子段結構中SYDID 字段存儲的為兩端示意點KeyID。如果某條電纜子段其中一端示意點等于上條查詢結果示意點KeyID（本身除外）,并同時記錄Type（是電纜接頭為一段電纜段）、GJKEYID（工井外鍵）、MSKEYID（埋設外鍵）、TERMINAL（終端頭外鍵）遞歸此過程，直到找不到符合條件的電纜子段，遞歸結束。

通過查詢結果可清楚的了解到這條線路從那個終端頭開始，中間經過幾口工井和幾段埋設，最終在那個終端頭結束，對這條線路進行維護和規劃提供重要依據。

4 結論

本文通過整合地下電纜數據資源，可為地下電纜在規劃設計、建設改造、竣工驗收、應用驗收、電力安全、精細管理等方面提供全面、豐富服務支持和保障，實現了地下電纜管線的存儲、查詢、分析等功能，形成了一套完整的地下綜合電纜數據資源管理數字化的解決方案，為城市空間規劃、建設、管理及應急決策等社會服務提供數據支持及系統支撐，提高了城市管理效能，從根本上減少城市重復投資、增加管理手段、減少安全事故、增加基礎數據，為城市管理提供了有力支持，為智慧城市的建設奠定重要基石。