漆小英

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530001)

1 引 言

城市地下管線是城市空間基礎(chǔ)地理信息的重要組成部分。面對城市建設(shè)的飛速發(fā)展，地下管線保障城市經(jīng)濟發(fā)展和整體運行、維系城市地上地下空間有效利用的重要性日益凸顯［1］。進行城市地下管線的基礎(chǔ)資料普查，摸清城市地下管線的分布情況，是城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和科學管理的重要依據(jù)。管理好地下管線是充分利用地下空間的重要基礎(chǔ)工作，對現(xiàn)代城市的建設(shè)和發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

南寧市雖在2002年、2006年和2010年先后開展過三次地下管線普查工作，取得了一些成果，但由于城市快速發(fā)展，地下管線作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分發(fā)生了巨大變化，且數(shù)據(jù)管理模式落后，更新維護機制沒有形成，因此地下管線資料的現(xiàn)勢性很差。為準確掌握南寧市地下管線的現(xiàn)狀，避免在規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)過程中由于管線資料不全或與現(xiàn)狀不符等因素，導致挖斷(破)管線的事故發(fā)生，給人民群眾的生活造成諸多不便和不必要的經(jīng)濟損失，我院對南寧市中心城區(qū)以及規(guī)劃涉及的重點片區(qū)進行全面的地下管線普查與地下管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)。

2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)方案

2.1 建設(shè)目標

總體目標是利用本次南寧市大規(guī)模的地下管網(wǎng)普查成果，結(jié)合GIS 技術(shù)構(gòu)建南寧市地下綜合管線數(shù)據(jù)庫，并逐步實現(xiàn)以數(shù)據(jù)庫為核心的采集建庫、動態(tài)更新、管理分發(fā)一體化的技術(shù)體系，促進外業(yè)生產(chǎn)與管理部門協(xié)同作業(yè)，提高生產(chǎn)效率和管理水平。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

建設(shè)內(nèi)容包括南寧市地下管線數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計、管線數(shù)據(jù)庫質(zhì)量檢查方案設(shè)計、管線數(shù)據(jù)庫建庫方案設(shè)計及建庫后的管線數(shù)據(jù)庫更新管理方案設(shè)計。

2.3 技術(shù)框架

城市地下管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)的技術(shù)框架如圖1 所示:

圖1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)框架圖

3 地下管線數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)模型及關(guān)系

(1)數(shù)據(jù)模型。地下管線各實體要素可以概括為點、線和面，地下管網(wǎng)由管線點和連接兩個管線點之間的管線段構(gòu)成:

管線點(surveying point of underground pipeline)，是地下管線探查過程中為準確描述地下管線的走向特征和附屬設(shè)施信息，在地下管線探查或調(diào)查工作中設(shè)立的測點，有一般探測點、特征點(如彎頭、三通等、變徑、轉(zhuǎn)折)和附屬物點(如閥門、檢修井、水表等)三類。通過符號定制，可在GIS 中真實反映管線的屬性和行為，使空間數(shù)據(jù)更面向?qū)嶋H，呈現(xiàn)的不再是點、線、面，而取而代之的是閥門、水管等更形象化的符號，如圖2 所示。

(2)數(shù)據(jù)關(guān)系。根據(jù)地下管線的功能和管理特點，所有的地下管線類似于一個物資傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，地下綜合管線模型就是一個標準的幾何網(wǎng)絡(luò)(GeometricNetwork)模型，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具備以下特點:根據(jù)其不同的功能可以進行管線類型分層;各管線間存在相互拓撲關(guān)系，并且能反映管線的空間特征。

圖2 地下管網(wǎng)在地理信息世界中的真實反映

3.2 管線分類與編碼

(1)管線分類。本次管線分類參照國家標準GB/T 13923 并能反映其功能或用途及其從屬關(guān)系。管線大類分為給水、排水、電力、通訊、燃氣、熱力、工業(yè)及特殊管線，每一管線大類中按照具體用途或功能又劃分為各個小類，如:排水小類分為雨水、污水和雨污合流管。如表1 所示:

管線分類及代號 表1

(2)要素編碼。地下管線要素分類編碼由7 位數(shù)字碼組成，第1、2 位用16 表示城市地下管線;第3、4位代表管線類型，用數(shù)字10～99 表示;第5、6 位代表符號編碼，用數(shù)字00～99 表示，第7 位代表符號類型，用數(shù)字1～3 表示。如圖3 所示。

圖3 管線要素分類碼結(jié)構(gòu)與管線點編號結(jié)構(gòu)圖

(3)管線點編號。管線點編號采用三段代碼組合結(jié)構(gòu)，由8 位字母、數(shù)字組成，其中，第1、2 位為作業(yè)組順序號，第3、4 位為管線小類代號;第5 至第8 位為表示管線點的順序號，用4 位數(shù)字表示，如22JS0001，如圖4 表示。通過這種管線點編號方式可以確保管點編號唯一性，只要各個作業(yè)小組內(nèi)的點號不重復就能保證大數(shù)據(jù)的點號唯一性。

3.3 數(shù)據(jù)有效性規(guī)則

為了保證數(shù)據(jù)的實用性和可靠性，需對數(shù)據(jù)建立有效性規(guī)則。南寧市地下綜合管線數(shù)據(jù)庫根據(jù)實際調(diào)研制定了屬性規(guī)則、拓撲關(guān)系規(guī)則、連通性規(guī)則及由這三種規(guī)則組合而成的綜合規(guī)則。

(1)屬性規(guī)則。給水、排水、電力、燃氣等各不同的專題管線對應不同的屬性結(jié)構(gòu)，屬性規(guī)則可以有效地判斷要素屬性的數(shù)值是否在屬性規(guī)則定義范圍內(nèi)以確證數(shù)據(jù)的有效性。屬性規(guī)則通常分為列舉型和范圍值型，本次管線屬性字段中設(shè)定為列舉型規(guī)則的字段有管線的材質(zhì)、管線的埋設(shè)方式、數(shù)據(jù)來源;設(shè)定范圍值規(guī)則的字段有埋深、高程、壓力等，對于某些特殊的管線，如排水管線，一般來說其起點高程不應低于終點高程。

在管線數(shù)據(jù)編輯檢查過程中，通過屬性規(guī)則的定制可以將不滿足該規(guī)則的要素標記出來進行修改，圖4 顯示了用SQL 查詢定制各類管線的屬性規(guī)則。

圖4 SQL 語句定制列舉型屬性規(guī)則

(2)拓撲規(guī)則。對于基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，拓撲關(guān)系是尤為重要的空間關(guān)系，地下管線數(shù)據(jù)也不例外。拓撲關(guān)系的建立是進行拓撲分析的基礎(chǔ)［2］。地下管線數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系主要有:管線點必須在管線的起終點上;某些特征點如進水口和出水口必須處于一系列線要素的端點處;線要素的端點處必須有點要素覆蓋;兩個相同線要素的線段不能重疊，線要素不能自重疊［3］;對于硬管可以平面交叉，但不能空間交叉，如給水、排水和燃氣不能出現(xiàn)碰管的現(xiàn)象。

在管線數(shù)據(jù)編輯過程中，通過拓撲規(guī)則將不滿足拓撲規(guī)則的要素標記出來并進行修改，圖5 顯示了點線間拓撲規(guī)則的驗證，其中前圖顯示了拓撲錯誤的情況，A 點不滿足拓撲規(guī)則;后圖中A'位于線要素的端點上滿足拓撲規(guī)則。

圖5 管線點、線間的拓撲規(guī)則

(3)連通性規(guī)則。在現(xiàn)實世界中，管線數(shù)據(jù)不僅要正確表達其空間位置關(guān)系和屬性信息，還要考慮各管線實體之間的連通關(guān)系。以排水為例，從雨水或污水篦子出發(fā)能沿排水方向追溯到相應的排放口，否則管線數(shù)據(jù)就失去了它的真正意義。因此，在正確的連通關(guān)系基礎(chǔ)上才能進行真正的空間相關(guān)分析［4］。

通常，管網(wǎng)連通性規(guī)則的設(shè)定主要有點與線和線與線兩種。前者限定了某一類管線可跟某一類管點連接(如消火栓只能與給水管連接而不能與排污管連接;排水管線點不能只有流入而沒流出)，如圖6 所示。

圖6 排水只有流入沒有流出

后者規(guī)定某些類型的管線不能連接(如排水管不能和給水管連接)以及某些類型的兩條管只能通過一個既定的管點連接，(如兩個不同管徑燃氣管只能通過一個合理的減壓閥連接;不同管徑的管線必須通過變徑點來連接等)。

(4)綜合規(guī)則。由三種基本規(guī)則組合而成的綜合規(guī)則可以定制各種針對地下管線管理的規(guī)則，使地下管線在管理和使用中更加符合現(xiàn)實世界的規(guī)律特性。

由屬性規(guī)則與拓撲規(guī)則組合可以規(guī)定特征點的圖形特征必須與其屬性一致，如圖7 所示該探測點有4個分支，其圖形特征應該四通，但該點的［特征］屬性字段值必須與其圖形特征一致，否則報錯。

圖7 圖形特征與［特征］字段值不一致

4 數(shù)據(jù)入庫方案設(shè)計

4.1 入庫流程

為了保證入庫后數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，入庫前需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計時定制的對象規(guī)則進行數(shù)據(jù)合法性檢查，采集的數(shù)據(jù)全部通過合法性檢查后才能進行數(shù)據(jù)接邊，且接邊后還需再一次的質(zhì)量檢查，以保證入庫數(shù)據(jù)的質(zhì)量。其入庫流程如圖8 所示。

4.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

本次管線普查數(shù)據(jù)采取一級控制、多級檢查和一級驗收的質(zhì)量控制模式。管線普查進行前，技術(shù)負責人和質(zhì)量監(jiān)督檢查人員制定具體的技術(shù)操作規(guī)程，進行成果質(zhì)量控制。作業(yè)過程中首先要經(jīng)過作業(yè)組內(nèi)部100%檢查，包括作業(yè)員自檢，然后再到上一級(項目質(zhì)量監(jiān)督組)的100%過程質(zhì)量檢查;項目完成后再由院總工辦組織檢查驗收，進行10%抽樣詳查。且每一級檢查都要填寫檢查記錄和編寫檢查、驗收報告。

圖8 管線數(shù)據(jù)入庫流程

由于本次管線普查范圍涵蓋了南寧市整個建城區(qū)和規(guī)劃重點區(qū)域，數(shù)據(jù)量十分龐大，因此決定采用自動批量處理與人工交互處理相結(jié)合的方式進行數(shù)據(jù)合法性檢查，所有管線數(shù)據(jù)采集回來后都要經(jīng)過反復的檢查—修改—檢查過程，直到通過所有檢查項，且各個檢查項都是通過專門的管線檢查工具或檢查腳本智能化實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查主要內(nèi)容包括:

(1)數(shù)據(jù)格式檢查:檢查數(shù)據(jù)經(jīng)過采集、編輯后是否符合技術(shù)設(shè)計要求，如果不符合則進行格式轉(zhuǎn)換。

(2)邏輯一致性檢查:檢查數(shù)據(jù)分類、分層、編碼及屬性表的一致性，邏輯關(guān)系的一致性

(3)拓撲關(guān)系檢查:檢查數(shù)據(jù)是否存在不合理的孤立點、孤立線、自重疊、污水流向雨水及硬管空間碰管的現(xiàn)象。

(4)數(shù)據(jù)空間定位、量測精度檢查:檢查數(shù)據(jù)地理定位是否正確，屬性精度是否達標

(5)數(shù)據(jù)接邊檢查:從空間特性和屬性特征兩方面檢查相鄰數(shù)據(jù)塊之間的接邊精度。

(6)完整性檢查:檢查數(shù)據(jù)在空間和屬性方面是否有漏查和漏填的現(xiàn)象。

(7)管線點號重復檢查:同一工程中不能出現(xiàn)測量點或物探點號重復，否則生產(chǎn)的管線圖會面目全非［5］。

5 數(shù)據(jù)更新維護

地下管線數(shù)據(jù)庫的建設(shè)不是一勞永逸的，它需要不斷的更新維護，以保持其現(xiàn)勢性和利用價值。南寧市地下管線數(shù)據(jù)庫在更新機制上采用了最新的增量更新，即在對數(shù)據(jù)庫進行同步更新維護的同時還能夠保存歷史數(shù)據(jù)，以便必要時能恢復到過去任一時刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)，并實現(xiàn)歷史狀態(tài)查詢以及現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的對比。

本次管線數(shù)據(jù)庫在更新維護方面的思路如下:

所謂的解釋，就是說明某種現(xiàn)象何以如此。語用學的研究目的之一就是解釋語言形式何以如此。在Givón(1979:3-4)認為語言學的解釋需要涉及下面一個或多個“自然解釋性參數(shù)”：命題內(nèi)容、話語語用學、語言處理器、認知結(jié)構(gòu)、世界觀語用學、個體發(fā)生學的發(fā)展、歷時演變和種系發(fā)生學的進化。這些參數(shù)就是我們稱之為外部解釋的參數(shù)。語體與命題內(nèi)容、話語語用學、認知結(jié)構(gòu)等參數(shù)密切相關(guān)，那么語體研究能為語言學提供什么樣的解釋？這是本文試圖回答的問題。

(1)記錄更新內(nèi)容

對于現(xiàn)勢庫的每次更新，歷史庫自動記錄被更新的數(shù)據(jù)及相應信息，包括更新的時間、位置、范圍以及添加、刪除和修改的要素數(shù)量等。

(2)查詢更新狀態(tài)

根據(jù)給定的條件能方便的查詢更新狀態(tài)，如該片更新區(qū)域是否已下載數(shù)據(jù)、是否已更新入庫以及下載數(shù)據(jù)和更新入庫的時間、人員。

(3)更新前后數(shù)據(jù)對比

能方便的定位到任一次更新，并將其更新前后的歷史數(shù)據(jù)情況和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)情況進行對比，方便管理人員對更新變化情況一目了然。

(4)歷史回放

能夠進行數(shù)據(jù)狀態(tài)回放，即隨時將指定范圍的數(shù)據(jù)恢復到指定時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

6 結(jié) 語

本次南寧市地下管線數(shù)據(jù)庫的建設(shè)作為基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)為城市規(guī)劃、雨污分流工程、南寧水城建設(shè)提供了寶貴的基礎(chǔ)資料，同時也為后期的南寧市三維空間智慧管線系統(tǒng)的建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

建立南寧市城市地下管線數(shù)據(jù)庫及更新，順應了南寧市城市信息化的發(fā)展趨勢，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化、規(guī)范化，為智慧南寧建設(shè)打下堅實基礎(chǔ)，將有力促進南寧市城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)的水平，使城市規(guī)劃更趨科學合理，其社會效益和經(jīng)濟效益是十分明顯的。

［1］李學軍，洪立波．城市地下管線探測與管理技術(shù)的發(fā)展及應用［J］．城市勘測，2010(4)，5～11．

［2］鄭忠能，周朝義．基于Case 工具和Geodatabase 模型的地下管線數(shù)據(jù)庫設(shè)計［J］．測繪標準化，2009，25(3):15～17．

［3］張正祿，司少先，李學軍等．地下管線探測和管網(wǎng)信息系統(tǒng)［M］．北京:測繪出版社，2007．

［4］黃瑞金，卓嵩．基于ArcGIS 解決城市地下管線數(shù)據(jù)的管理［J］．四川測繪，2007，30(4):172～178．

［5］張漢春，廖宇宏．管線探測數(shù)據(jù)的邏輯查錯技術(shù)［J］．城市勘測，2010(5):115～117．