趙虎川，翟林，廉光偉，曲超

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引言

城市地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它的安全運行是現(xiàn)代化城市高效率、高質(zhì)量運轉(zhuǎn)的保證，它承擔(dān)著傳輸能源流、物質(zhì)流和信息流的重要使命，被稱為城市的血液［1］。管線信息是數(shù)字城市中一個重要的動態(tài)變化信息源。隨著城市化的發(fā)展、城市建設(shè)的深入和城市的改造，新的地下管線將不斷增加，而原有不適應(yīng)城市發(fā)展要求的管線將被廢棄或更換。面對分布錯綜復(fù)雜的地下管線數(shù)據(jù)，在進行城市規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理等工作中，如果沒有完整精確的地下管線信息就會到處碰壁，寸步難行，甚至引發(fā)災(zāi)害事故，造成重大損失。

為此，全國許多城市開展了地下管線探查測量工作，工作內(nèi)容分為兩個方面:一是探測現(xiàn)狀地下管線，收集完整現(xiàn)狀地下管線資料;二是建立地下管線信息管理系統(tǒng)。通過以上方式，國內(nèi)近百個城市建立了綜合地下管線信息管理系統(tǒng)并已投入運行［2］。而其中，實現(xiàn)地下管線信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時、動態(tài)更新，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整和準確性，是地下管線信息管理系統(tǒng)正常發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

GIS技術(shù)在城市地下管線管理中得到廣泛應(yīng)用［3］。GIS技術(shù)具有對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)高效維護、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、拓撲分析以及空間分析等功能［4］，能科學(xué)、完整、準確的描述城市地下管線分布特征。把先進的GIS技術(shù)引入到城市地下管線管理中，將為規(guī)劃管理部門提供可靠決策支持，實現(xiàn)城市地下管線現(xiàn)代化、信息化的建設(shè)和管理，實現(xiàn)地下管線數(shù)據(jù)的實時、動態(tài)更新維護。

本文以中新天津生態(tài)城地下管線資產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，闡述基于GIS技術(shù)的城市地下管線數(shù)據(jù)入庫檢查與更新流程和實現(xiàn)技術(shù)。

2 地下管線數(shù)據(jù)模型

面向?qū)ο蟮哪Ｐ途哂泻軓姷谋磉_力，它是以對象作為基本建模單位，無論多么復(fù)雜的實體都可以用一個對象來進行標示，對象之間可以通過對象標識建立聯(lián)系［5］。面向?qū)ο竽Ｐ湍苤苯颖磉_一對多的關(guān)系。

地下管線雖然種類較多，但是管線的空間結(jié)構(gòu)基本一致?；径际怯晒芫€點、管線段及附屬設(shè)施構(gòu)成，在GIS中用點和線分別表示。在空間上管點表現(xiàn)為零維(直通、三通、閥門、閥門井等)，管線段表現(xiàn)為一維對象(排水管線、給水管線、燃氣管線等)［4］。

管線點和管線段的關(guān)系如圖1所示。

圖1 管線數(shù)據(jù)模型

由圖1模型可確定管線點和管線段之間的關(guān)系，便于設(shè)計管線點和管線段的存儲管理模型，并以Shp數(shù)據(jù)格式入庫檢查和更新維護。

3 地下管線數(shù)據(jù)入庫檢查與更新流程

要實現(xiàn)管線動態(tài)更新，首先要建立地下管線數(shù)據(jù)庫，分別為現(xiàn)狀庫和歷史庫［6］?，F(xiàn)狀庫中數(shù)據(jù)可以直接利用已經(jīng)存檔的地下管線數(shù)據(jù)的拷貝，方便現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的管理、查詢統(tǒng)計、空間分析、專業(yè)應(yīng)用等功能，歷史庫是每次更新后備份的歷史數(shù)據(jù)，用來實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的歷史回溯。

在實際情況中，數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門根據(jù)業(yè)務(wù)需求地下管線進行探測和測量，對管線數(shù)據(jù)庫進行更新。為了避免重復(fù)勞動，經(jīng)常把需要更新的局部范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)提取出來用作修測的數(shù)據(jù)源，只對其中需要更新的內(nèi)容進行更新，這樣可以節(jié)省成本，提高更新效率［7］。

地下管線入庫檢查及更新流程如圖2所示。

圖2 地下管線數(shù)據(jù)入庫檢查與更新流程

3.1 入庫管線數(shù)據(jù)自檢

將外業(yè)探測得到的地下管線數(shù)據(jù)生成為DWG格式，經(jīng)過天津管線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行初步檢查后，導(dǎo)出為DCI格式數(shù)據(jù)，然后通過本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換工具，把DCI格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shp數(shù)據(jù)。對生成的管線Shp數(shù)據(jù)，先進行數(shù)據(jù)自檢。

依據(jù)2009年《天津市地下管線工程現(xiàn)狀及竣工數(shù)據(jù)匯交規(guī)定》［8］(以下簡稱《規(guī)定》)中對于地下管線數(shù)據(jù)入庫制定的管線檢查規(guī)則，同時根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，整理形成檢查規(guī)則知識，通過對知識的挖掘整理，將管線數(shù)據(jù)檢查規(guī)則分為常規(guī)檢查和專項規(guī)則。

(1)常規(guī)檢查。針對所有類型管線的檢查。包括管線數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，屬性的完整性、規(guī)范性和有效性，管線的空間上的唯一性、物探點號的唯一性等各項檢查，管線點、管線段平面坐標范圍和高程范圍的有效性和空間一致性等等內(nèi)容。

(2)專項檢查。即針對某幾類管線及某些屬性字段的檢查。比如檢查給水、燃氣、熱力、工業(yè)管點的特征值中起止點、直通、三通、四通、五通、六通是否與相應(yīng)數(shù)目的管線相連，而電力、電信管點特征值則是起止點、直通點、三分支、四分支、五分支、六分支;檢查管點附屬物為變徑、變埋、變深、變材時關(guān)聯(lián)管線的相應(yīng)屬性是否變化;檢查附屬物為井類應(yīng)滿足“井底高程=地面高程－井底埋深”等等。

根據(jù)以上檢查程序輸出檢查結(jié)果，存在錯誤信息則把檢查結(jié)果提交給外業(yè)探測人員和內(nèi)業(yè)工作人員進行核查、修改或重測。直到滿足入庫條件為止。

3.2 管線數(shù)據(jù)更新

入庫管線數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀庫中管線數(shù)據(jù)合并更新是整個數(shù)據(jù)庫更新的核心部分。合并更新分為管線的修改、新增和廢除［9］三個方面來完成。

(1)管線修改

包括管線點的修改和管線段的修改。首先要判斷重位的管線點和管線段，根本上，是接邊點的判斷。

①接邊點的判斷

根據(jù)《規(guī)定》中接邊點的判斷條件和外業(yè)探測經(jīng)驗，判斷接邊點的流程實現(xiàn)如圖3所示。

通過圖3所示，可以判斷接邊點以及和接邊點關(guān)聯(lián)的管線段。

②接邊點及關(guān)聯(lián)管線段的入庫更新

在現(xiàn)狀庫中，把相關(guān)變更管線(點和線)的屬性數(shù)據(jù)變化情況列出對比，對管線屬性進行變更入庫，空間數(shù)據(jù)不做變更。變更前的管線更新入歷史庫。

(2)管線新增

循環(huán)遍歷入庫管線，并與更新范圍內(nèi)現(xiàn)狀庫中同類別管線進行位置對比，如果未檢查到重位管線，則認為是新增管線。

對于新增管線，只需將管線數(shù)據(jù)(屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù))并入現(xiàn)狀庫。

圖3 判斷兩管點重位

在新增管線點時，檢查該管線點物探點號在現(xiàn)狀庫中是否已經(jīng)存在，如果存在，則修改物探點號，同時修改關(guān)聯(lián)該管線點的管線段的起始點號和終止點號。

(3)管線廢除

隨著中新天津生態(tài)城的發(fā)展，原有的一部分管線因不適應(yīng)城市發(fā)展將被拆除，在提交的入庫管線數(shù)據(jù)中不會包含拆除的管線數(shù)據(jù)，所以需要和庫中數(shù)據(jù)進行拓撲對比，統(tǒng)計被廢棄的管線數(shù)據(jù)。

具體實現(xiàn)方法:循環(huán)遍歷更新范圍內(nèi)現(xiàn)狀庫中管線數(shù)據(jù)，并與入庫管線數(shù)據(jù)中同類管線進行位置對比，如果為檢測到重位管線，則認為該管線被廢棄。

對于廢棄的管線，從現(xiàn)狀庫中進行刪除處理，更新現(xiàn)狀庫。把廢棄的管線更新入歷史庫進行保留。

4 應(yīng)用實例

4.1 開發(fā)環(huán)境

為滿足天津生態(tài)城地下管線數(shù)據(jù)管理的需要，開發(fā)了城市管線資產(chǎn)統(tǒng)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于C#2008和ArcEngine 9.3進行開發(fā)，采用Oracle10g數(shù)據(jù)庫來存儲空間數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)庫引擎為ArcSDE 9.3 for Oracle 10g。數(shù)據(jù)庫設(shè)計為歷史庫和現(xiàn)狀庫，分別存儲地下管線的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運行環(huán)境為Windows XP、Windows 7，采用客戶機/服務(wù)器模式構(gòu)建該系統(tǒng)［10］。系統(tǒng)本身具備GIS系統(tǒng)的通用功能，如漫游、查詢、統(tǒng)計、分析、圖層管理、數(shù)據(jù)管理、制圖輸出等功能。地下管線入庫檢查與更新是其中一個核心功能。

系統(tǒng)部署時，需要一臺獨立的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲管線等空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。另外需要2臺～3臺前置機通過局域網(wǎng)訪數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，處理入庫管線數(shù)據(jù)。

4.2 管線入庫檢查更新實例

管線Shp數(shù)據(jù)入庫檢查和更新分兩部分，一是Shp數(shù)據(jù)自檢，二是通過檢查后的Shp數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行檢查比對，更新入庫。

以生態(tài)城鯤玉園范圍內(nèi)地下燃氣管線為例。更新區(qū)域面積為 58839.2 m2，區(qū)域內(nèi)燃氣管點為145個，管線總長度為 2.4 km。

在開始入庫檢查更新前，配置檢查項，如圖4所示。

圖4 選擇管線檢查項

選擇入庫檢查與更新操作，如圖5所示，添加天然氣管點、管線數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)自檢。生成自檢結(jié)果，如圖6所示。檢查結(jié)果可以保存為Excel文件，反饋給數(shù)據(jù)提供單位或部門進行重測或修改。

圖5 管線Shp數(shù)據(jù)入庫檢查與更新界面

圖6 管線Shp數(shù)據(jù)入庫檢查結(jié)果

如果需要入庫的管線數(shù)據(jù)經(jīng)過了自檢，則添加鯤玉園范圍shp面數(shù)據(jù)，并選擇數(shù)據(jù)庫中的天然氣管點、管線，從而對入庫管線與庫中管線進行對比。需要根據(jù)對比結(jié)果進行更新操作，從而最終完成區(qū)域內(nèi)的管點、管線更新。圖7所示為對庫中屬性發(fā)生改變的管點的信息的更新。

表1為生態(tài)城內(nèi)不同范圍的入庫管線檢查更新結(jié)果。

圖7 管線數(shù)據(jù)更新實例

不同范圍的管線檢查更新信息統(tǒng)計 表1

由表1中可知，當(dāng)選擇了所有檢查項，管線的檢查正確性較高。當(dāng)數(shù)據(jù)量增大時，自檢時間增長明顯，更新檢查時間增長比較穩(wěn)定。經(jīng)實際應(yīng)用檢驗，該功能已經(jīng)達到實用標準。下一步將在保證質(zhì)量的同時，提高該功能的效率。

5 結(jié)語

城市管線作為對國民經(jīng)濟具有全局性、先導(dǎo)性影響的公共基礎(chǔ)設(shè)施之一，與經(jīng)濟發(fā)展和人民生活關(guān)系極為密切。地下管線數(shù)據(jù)庫及更新功能的建立，順應(yīng)了城市數(shù)字化、信息化的發(fā)展趨勢，為數(shù)字城市的建設(shè)打下了堅實基礎(chǔ);實現(xiàn)了管線信息的數(shù)字化與信息化管理，促進了地下管線管理的科學(xué)化、規(guī)范化。將提高城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)的水平，使城市規(guī)劃更加科學(xué)、合理，同時將大大減少、甚至避免建筑施工對地下管網(wǎng)的破壞，其社會效益和經(jīng)濟效益十分明顯。

本文根據(jù)中新天津生態(tài)城管理地下管線資產(chǎn)的需要，在城市管線資產(chǎn)統(tǒng)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了管線數(shù)據(jù)入庫檢查及更新功能，在保證數(shù)據(jù)的規(guī)范性和正確性方面起到了重要的作用。該功能可靠，高效，具有很強的實用性，極大降低了數(shù)據(jù)檢查和更新合并的工作量，屬性檢查能達到100%自動檢查，時間短且準確性高。此外，其還具有投入較少、檢查內(nèi)容覆蓋全面、效益顯著等特點，是一種行之有效的管線入庫檢查與更新方法。鑒于該功能存在隨著數(shù)據(jù)量增大而檢查效率降低的情況，下一步將著重解決該問題。

［1］YANG Bin，XU Hui－xi，WANG Qing.Design and Research of Underground Pipeline Integrated Application System based on ArcEngine［A］.20102nd IEEE International Conference on Information Management and Engineering，ICIME 2010［C］.Chengdu，China.IEEE Press.2010:6 ～10.

［2］劉艷麗.城市地下管線空間數(shù)據(jù)更新研究［J］.城市地質(zhì)，2011，6(2):39 ～41.

［3］李學(xué)軍.我國城市地下管線信息化發(fā)展與展望［J］.城市勘測，2009(1):5～10.

［4］楊斌，顧秀梅，武鋒強等.基于GIS的城市地下管線綜合信息系統(tǒng)［J］.科技導(dǎo)報，2011，29(12):48～52.

［5］殷麗麗，施苗苗，張書亮.GIS時空數(shù)據(jù)模型在城市地下管線數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用［J］.測繪科學(xué)，2006，31(5):151～152.

［6］Shunzhi Zhu，Keshou Wu，Tao Li.Research on Distributed Database Application for Integrated Urban Underground Pipelines［A］.2009 World Congress on Computer Science and Information Engineering［C］.California，United States.IEEE Press.2009:295 ～299.

［7］唐瑭.基于竣工測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫增量更新技術(shù)研究［J］.科技資訊，2011(29):5～6.

［8］天津市地下空間規(guī)劃管理信息中心.天津市地下管線工程現(xiàn)狀及竣工數(shù)據(jù)匯交規(guī)定［R］.2009.

［9］楊伯鋼，張保鋼.城市地下管線時空數(shù)據(jù)的組織與操作［J］.測繪通報，2009(4):56 ～57，76.

［10］操震洲，李清泉.空間數(shù)據(jù)庫的更新技術(shù)研究［J］.測繪通報，2007(11):23 ～24，42.