劉甲軍

（1.同濟(jì)大學(xué)，中國 上海 200000；2.山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

城市地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是城市生存和發(fā)展的血脈。但由于多方面的原因，我國現(xiàn)有地下各類專業(yè)管線的資料殘缺不全，且有關(guān)資料精度不高或與現(xiàn)狀不符，造成在建設(shè)施工中時常發(fā)生挖斷或挖壞地下管線，造成停氣、停水、停暖、通信中斷、污水四溢等嚴(yán)重事故。另一方面，我國現(xiàn)有的地下專業(yè)管線的資料都以圖紙、圖表等形式記錄保存，采用人工方式管理，效率低下。采用科學(xué)、準(zhǔn)確、完整的綜合管線信息系統(tǒng)是地下管線安全、高效運(yùn)營的保障，而維系地下、地上空間，保證其整體運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施仍是綜合管線。

淄博市地下管線信息管理系統(tǒng)建設(shè)是專業(yè)的綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)，它涵蓋了地下管線信息的查詢、統(tǒng)計、分析和編輯等功能。淄博市綜合管線信息系統(tǒng)建設(shè)完成后，將可以時時根據(jù)管線的更改和建設(shè)更改管線數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的搶險、爆管等分析，并且根據(jù)即時的管線信息規(guī)劃城市的建設(shè)，對淄博城市發(fā)展起到一定的指導(dǎo)作用。

1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

在Windows 7操作系統(tǒng)下，采用Visual C#為開發(fā)語言和Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。GIS開發(fā)平臺選用目前主流的二次開發(fā)組件 ArcEngine10，以ArcSDE為數(shù)據(jù)庫引擎，Oracle 11g為數(shù)據(jù)庫平臺。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)采用Arcgis平臺和Oracle數(shù)據(jù)庫平臺開發(fā)的綜合管線信息系統(tǒng)，系統(tǒng)建設(shè)框架包括數(shù)據(jù)層、連接層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層四個部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

1）數(shù)據(jù)層

以基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)和綜合管線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依托成熟的oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和ARCGIS平臺，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建立淄博市綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，為綜合管網(wǎng)的管理和系統(tǒng)的建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

2）連接層

ArcSDE，即數(shù)據(jù)通路，是ArcGIS的空間數(shù)據(jù)引擎，它是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) （RDBMS）中存儲和管理多用戶空間數(shù)據(jù)庫的通路。ArcSDE可以提供空間和非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率操作的數(shù)據(jù)庫服務(wù)。ArcSDE采用客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，所以眾多用戶可以同時并發(fā)訪問和操作同一數(shù)據(jù)。ArcSDE還提供了應(yīng)用程序接口，軟件開發(fā)人員可將空間數(shù)據(jù)檢索和分析功能集成到自己的應(yīng)用工程中去。用戶通過ARCSDE連接服務(wù)器端空間數(shù)據(jù)。

3）應(yīng)用支撐層

建立綜合管線系統(tǒng)常用功能模塊，包括：視圖顯示、地圖定位、信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析功能、數(shù)據(jù)輸出、輔助工具、數(shù)據(jù)編輯、系統(tǒng)管理和幫助。功能模塊如圖：

圖2 系統(tǒng)功能模塊

4）應(yīng)用層

開發(fā)淄博市綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合管線的查詢、瀏覽、分析和系統(tǒng)管理等，方便用戶操作和管理。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)模式

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)模式

淄博市地下管線信息管理系統(tǒng)建設(shè)采用C/S機(jī)構(gòu)模式進(jìn)行管線信息化管理，即客戶端/服務(wù)器模式。服務(wù)器端用來接收客戶端請求運(yùn)行服務(wù)器端數(shù)據(jù)。用oracle數(shù)據(jù)庫作為存儲空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，Arcsde作為發(fā)布空間數(shù)據(jù)和連接oracle數(shù)據(jù)庫的引擎。此結(jié)構(gòu)模式是城市綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)方面比較成熟的體系結(jié)構(gòu)，被大多數(shù)用戶接受和采用的信息管理模式，具體架構(gòu)如圖3。

3 管網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計綜合管網(wǎng)對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)其專業(yè)性質(zhì)和使用要求設(shè)計若干個屬性數(shù)據(jù)項，其中專業(yè)信息對象的屬性設(shè)計必須滿足管網(wǎng)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)分析兩方面需要，應(yīng)全面而詳細(xì)，如配水管線的屬性項中管徑、管長、管材等就是維護(hù)工作中不可缺少的信息。此外，在設(shè)計管網(wǎng)對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，還要考慮到管網(wǎng)中對象的關(guān)系，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。比如用戶提出要能按管線所屬的街道、權(quán)屬單位、埋設(shè)類型、材質(zhì)等條件進(jìn)行查詢，因此這些屬性項成為管線數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)中的一部分。

3.1 管點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

管點(diǎn)數(shù)據(jù)表有分類代碼、管線點(diǎn)編號、物探點(diǎn)號、圖幅編號、道路編號、管線點(diǎn)序號、管線附屬物、地面高程、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、圖上注記點(diǎn)號、特征等屬性。其管點(diǎn)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計如下。

表1 管點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)表

3.2 管線數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

管線數(shù)據(jù)表有分類代碼、起點(diǎn)物探點(diǎn)號、終點(diǎn)物探點(diǎn)號、道路編號、埋設(shè)方式、起始管頂標(biāo)高、起點(diǎn)的管線點(diǎn)序號、起始端埋深、終止管頂標(biāo)高、終點(diǎn)的管線點(diǎn)序號、終止端埋深、流向、權(quán)屬單位、埋設(shè)日期、壓力、材質(zhì)、管徑和溝寬、管塊根數(shù)等屬性。其管線的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計如表2。

4 系統(tǒng)功能

城市地下管線系統(tǒng)把基礎(chǔ)地形，地下管線、建筑設(shè)施等信息以數(shù)字的形式獲取、存取、管理、分析查詢、輸出、更新，為城市地下管網(wǎng)管理提供決策支持。系統(tǒng)以基礎(chǔ)地形、道路、市政設(shè)施、地下管網(wǎng)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，集成了GIS基礎(chǔ)管理功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能、分析功能、數(shù)據(jù)編輯功能、系統(tǒng)管理等功能，其中分析功能為本系統(tǒng)的核心功能。

表2 管線數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)表

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)和專題設(shè)施數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)是城市最基本的地理信息，包括各類控制點(diǎn)、水系、工礦設(shè)施、交通設(shè)施、道路、境界、居民地、管線設(shè)施、地貌、植被、及某些屬性信息等，用于表示城市的基本面貌并作為各種專題信息空間的載體。專題設(shè)施數(shù)據(jù)是指與各應(yīng)急系統(tǒng)相關(guān)的重要設(shè)施信息，包括工業(yè)設(shè)施、給水、排水、燃?xì)?、電力、通訊、熱力等管線信息。

對系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)和專題設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，功能包括：文件管理、視圖顯示、地圖定位、信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)輸出、輔助工具、數(shù)據(jù)編輯等。

4.2 管線分析管理

分析功能模塊是本系統(tǒng)的核心功能模塊，其功能包括：橫斷面分析、縱斷面分析、垂直凈距分析、水平凈距分析、覆土深度分析、管線三維分析、管線聯(lián)通分析、緩沖分析、爆管關(guān)閥分析，火災(zāi)搶險分析、管線規(guī)劃設(shè)計、道路擴(kuò)建分析、范圍拆遷分析、共通橫斷面分析、排水阻塞分析等。

4.2.1 管網(wǎng)斷面分析

系統(tǒng)可根據(jù)在任意位置生成管線的橫斷面圖。系統(tǒng)會自動根據(jù)管線數(shù)據(jù)內(nèi)插出剖線處的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后依據(jù)這些數(shù)據(jù)自動生成橫切剖面圖。它直觀地反映出各管線間的空間相互位置及在地下埋深的情況。

系統(tǒng)可根據(jù)管線數(shù)據(jù)生成一段到多段管線的縱斷面圖。直觀地查看某幾段連續(xù)的管段在地下相對于地面的走向及埋深情況。

圖4 橫斷面分析

圖5 縱斷面分析

4.2.2 凈距分析

垂直凈距分析可對埋設(shè)于地下的交叉走向的管線進(jìn)行分析，判斷其在地下的上下關(guān)系，計算其在投影交叉處的坐標(biāo)、高程、相距距離等，最終判定其埋射是否符合國家規(guī)范。

水平凈距分析可對兩條埋設(shè)于地下的平行走向的管線進(jìn)行分析，判斷其相距距離等，最終判定其埋射是否符合國家規(guī)范。

4.2.3 覆土深度分析

功能直觀地查看某幾段連續(xù)的管段在地下相對于地面的管頂埋深信息，自動計算與該剖面相交的管線。

4.2.4 管線三維分析

查看地圖上某個區(qū)域內(nèi)的地下管線三維圖形，查看管線、管點(diǎn)在地下空間布置，位置關(guān)系、管線走向及其相關(guān)管線的屬性，并可以人眼的角度進(jìn)行動態(tài)模擬。

圖6 管線三維分析

4.2.5 管線聯(lián)通分析

利用該功能對地圖上兩個管點(diǎn)間的管線進(jìn)行聯(lián)通分析，查看兩個管點(diǎn)間是否連通，并在空間位置上高亮顯示其聯(lián)通線路。

4.2.6 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍，具體指在點(diǎn)、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊行，緩沖區(qū)分析對地圖任意區(qū)域進(jìn)行緩沖分析，通過設(shè)置距離查詢?nèi)我粎^(qū)域在緩沖距離內(nèi)查看其緩沖范圍，并查看范圍內(nèi)的相關(guān)信息及屬性。

4.2.7 爆管關(guān)閥分析

爆管是給水、供熱、供氣、輸油等管網(wǎng)中常見的事故。爆管發(fā)生時，不僅造成水、氣、油等資源大量流失，而且會影響到人們的正常生產(chǎn)和生活，乃至危及其他管線設(shè)施，如造成停電、中斷通訊等突發(fā)性事件。因此當(dāng)事故發(fā)生后進(jìn)行高效的事故處理是必不可少的。

爆管分析的一般步驟包括探知事故、分析事故地點(diǎn)和計算關(guān)閥方案。在目前技術(shù)條件下，事故地點(diǎn)分析還需要在實地探測的基礎(chǔ)上確定。確定了事故地點(diǎn)后，下一步就是確定關(guān)閥方案，最后根據(jù)關(guān)閥方案派人進(jìn)行維修。

當(dāng)城市內(nèi)某段給水或燃?xì)夤芫€發(fā)生爆管事故時，您可利用系統(tǒng)爆管關(guān)閥分析功能在地圖上搜索需要關(guān)閉的閥門，并用表格記錄所有受影響的閥門的坐標(biāo)，所在道路，以及到爆管點(diǎn)的距離等屬性。

圖7 爆管關(guān)閥分析

4.2.8 火災(zāi)搶險分析

當(dāng)城市某地發(fā)生火災(zāi)事故時，可利用該功在地圖上搜索火災(zāi)事故附近的消防栓，為搶險提供決策依據(jù)。系統(tǒng)會自動搜索一定半徑范圍內(nèi)的所有消防栓，并標(biāo)注在地圖上，同時系統(tǒng)主窗口下方會彈出火災(zāi)搶險分析結(jié)果表格，表格中記錄了所有范圍內(nèi)消防栓的坐標(biāo)，所在道路，以及到火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的距離等屬性。

圖8 火災(zāi)搶險分析

4.2.9 道路擴(kuò)建分析

當(dāng)城市內(nèi)某條道路要進(jìn)行擴(kuò)建時，利用該功能可對因道路擴(kuò)建影響到的房屋、綠地、管線等進(jìn)行分析，分析其空間位置、數(shù)量、面積等，為道路擴(kuò)建決策服務(wù)。

圖9 道路擴(kuò)建分析

5 總結(jié)

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市的地面空間已經(jīng)顯得越來越擁擠不少城市已經(jīng)陷入地面空間不足的窘境，21世紀(jì)是地下空間開發(fā)的世紀(jì)，地下空間開發(fā)李不開地下綜合設(shè)施信息的支持，本系統(tǒng)為綜合管線規(guī)劃建設(shè)和管理部門的決策提供科學(xué)的信息參考，設(shè)計了基于數(shù)字城市理念的城市綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)框架，實現(xiàn)了管網(wǎng)信息建庫和管理等功能，并對管線規(guī)劃、搶險等進(jìn)行了分析和研究。

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