劉金榜，王國牛，何興富

(重慶市勘測院，重慶 401121)

1 引 言

為貫徹國家精神以及更好地服務(wù)城市規(guī)劃建設(shè)管理，重慶市于2015年～2016年開展了全市地下管線普查與更新。地下管線普查數(shù)據(jù)建庫是承接外業(yè)普查與管線數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，對地下管線普查數(shù)據(jù)的最終應(yīng)用有著重要的影響[1，2]。為了規(guī)范地下管線普查與更新數(shù)據(jù)建庫，重慶市建立了《重慶市地下管線數(shù)據(jù)建庫標(biāo)準(zhǔn)》。本文基于重慶市地下管線普查與更新數(shù)據(jù)建庫的具體實踐，介紹重慶市地下管數(shù)據(jù)建庫的整體策略、重慶市地下管線數(shù)據(jù)建庫的流程、探討重慶市地下管線普查與更新數(shù)據(jù)庫的具體設(shè)計。

2 地下管線建庫策略

重慶市作為省級架構(gòu)直轄市，橫跨2個六度分帶(中央經(jīng)線分別為105和108)，3個三度分帶(中央經(jīng)線分別為105、108和111)。管線普查與更新涉及全市38個區(qū)縣及萬盛經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、雙橋經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和兩江新區(qū)，區(qū)域跨度大，范圍廣。由于歷史原因，各區(qū)縣的空間基準(zhǔn)并不是完全統(tǒng)一，要實現(xiàn)重慶市地下管線一套數(shù)據(jù)庫的建設(shè)并同時兼顧各遠(yuǎn)郊區(qū)縣本地測繪地理數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用情況，必須制定統(tǒng)一的建庫策略，以滿足全市地下管線普查數(shù)據(jù)建庫和本地的實際應(yīng)用。重慶市地下管線普查與更新數(shù)據(jù)建庫的策略如圖1所示：

圖1建庫策略

(1)整體上重慶市地下管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)按全市、主城區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)縣(自治縣)三個層級進(jìn)行建設(shè)；

(2)城區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)縣、長輸管線普查或更新管線數(shù)據(jù)需建立普查成果坐標(biāo)系(北京54、西安80或者本地坐標(biāo)系)及對應(yīng)的CGCS2000的普查成果數(shù)據(jù)庫；

(3)市級層面全市在主城區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)縣、長輸管線CGCS2000普查成果數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立一套CGCS2000坐標(biāo)系的管線普查成果數(shù)據(jù)庫。

3 地下管線建庫流程

地下管線外業(yè)普查完成后，根據(jù)統(tǒng)一的建庫策略，各區(qū)域普查成果在提交質(zhì)量驗收和數(shù)據(jù)入庫時，需提交兩套坐標(biāo)系統(tǒng)的成果，一套是管線普查直接采用的坐標(biāo)系成果數(shù)據(jù)，另一套是轉(zhuǎn)換至2000國家大地坐標(biāo)系的成果數(shù)據(jù)，包括標(biāo)準(zhǔn)的綜合管線數(shù)據(jù)和管點、管線及附屬設(shè)施屬性Excel格式的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)建庫包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)庫模型建立、入庫前檢查、數(shù)據(jù)入庫、入庫后檢查。其整體流程如圖2所示：

圖2 建庫流程

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備指按照統(tǒng)一建庫策略收集各區(qū)域普查成果數(shù)據(jù)，并進(jìn)行整理和備份；數(shù)據(jù)庫模型建立，根據(jù)普查技術(shù)規(guī)程對管線數(shù)據(jù)建庫的具體要求，對數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯設(shè)計和物理設(shè)計，建立數(shù)據(jù)庫模型；入庫前檢查，數(shù)據(jù)入庫前應(yīng)按數(shù)據(jù)庫的設(shè)計要求對每類數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查，檢查內(nèi)容包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)格式、屬性結(jié)構(gòu)、屬性填寫、空間位置、命名規(guī)范等。對不符合建庫要求的數(shù)據(jù)，應(yīng)按照一定的工序和質(zhì)量要求進(jìn)行修正；數(shù)據(jù)入庫，對檢查驗證通過后的數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫，并保留相應(yīng)的入庫日志；入庫后檢查，主要對入庫的數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行檢查，看是否出現(xiàn)混亂的連接；檢查完成后形成入庫成果數(shù)據(jù)。

4 地下管線數(shù)據(jù)庫設(shè)計

4.1 地下管線數(shù)據(jù)組織設(shè)計

地下管線數(shù)據(jù)庫的核心內(nèi)容是普查與更新的八大類管線數(shù)據(jù)，包含給水、排水、燃?xì)狻⒐I(yè)、熱力、電力、通信、綜合管溝。每類管線按空間存儲類型可分為點、線、面三種數(shù)據(jù)。管點代表實際的管線設(shè)施或者普查的測量點，如供水的閥門井、消火栓、水表、探測點和燃?xì)獾墓苊?、預(yù)留口、凝水缸等。管線由兩個管點相連而成，管點與管線數(shù)據(jù)設(shè)計的原則是實現(xiàn)管點與管線的空間拓?fù)溧徑雨P(guān)系。例如選擇了一條管線，通過管線數(shù)據(jù)庫能夠查找到組成該管線的兩個管點。同樣，如果選擇了一個管點，通過管點數(shù)據(jù)庫能夠查找到所有與該管點相連的管線。面主要用于表達(dá)附屬設(shè)施，如化糞池等。

另外根據(jù)管線隱患安全整治的需要，本次重慶市地下管線普查建庫針對8大類管線數(shù)據(jù)添加了隱患信息，以對管線的隱患信息進(jìn)行管理。其整體邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 地下管線數(shù)據(jù)庫組織設(shè)計

重慶市地下管線數(shù)據(jù)庫包括兩個部分：管線數(shù)據(jù)集和元數(shù)據(jù)，管線數(shù)據(jù)包括8大類管線數(shù)據(jù)，每一類管線數(shù)據(jù)又包括管點、管線、附屬設(shè)施和隱患信息。為了管線數(shù)據(jù)庫后期管理和實體管理的需要，重慶市地下管線數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)采用兩種方式進(jìn)行記錄：(1)數(shù)據(jù)集元數(shù)據(jù)，主要用于描述數(shù)據(jù)集的覆蓋范圍、質(zhì)量等級、數(shù)據(jù)提交單位、數(shù)據(jù)入庫單位、空間參考信息、數(shù)據(jù)變更信息等有關(guān)的信息；(2)實體元數(shù)據(jù)：主要用于描述管點、管線、附屬設(shè)施自身屬性包含的元數(shù)據(jù)，包括勘測日期、勘測人員、質(zhì)檢單位、質(zhì)檢人員、作業(yè)單位、作業(yè)人員等相關(guān)信息。

4.2 地下管線屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計

地下管線屬性一方面用以描述管點、管線、附屬設(shè)施的相關(guān)屬性信息，另一方面，也對各區(qū)縣管線數(shù)據(jù)庫的合并、管線數(shù)據(jù)后期的持續(xù)動態(tài)更新以及中間交換格式具有很大影響[3]。為了實現(xiàn)重慶市地下管線一套數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，除了通常的管點、管線、附屬設(shè)施屬性外。重慶市地下管線數(shù)據(jù)庫管點、管線和附屬設(shè)施屬性做了特殊的設(shè)計：

地理實體唯一標(biāo)識碼設(shè)計：重慶市包括主城九區(qū)和29個遠(yuǎn)郊區(qū)縣，每個區(qū)縣地下管線普查與更新又可能包括幾個標(biāo)段，要建立一套數(shù)據(jù)庫并具有良好的交換性，必須確保管點管線地理實體標(biāo)識碼的唯一性，重慶市根據(jù)本身實際對管點管線的地理實體標(biāo)識碼做了特殊的設(shè)計。管點管線的地理實體標(biāo)識碼統(tǒng)一使用如下格式進(jìn)行編碼：鄉(xiāng)級行政區(qū)劃編碼+幾何類型+6位隨機(jī)順序碼。其中，鄉(xiāng)級行政區(qū)劃編碼統(tǒng)一為9位，如500105006代表觀音橋街道；幾何類型分為3種：GP，GX，GM；6位隨機(jī)順序碼可采用機(jī)器或者程序自動編碼。管點、管線和附屬設(shè)施的唯一地理實體標(biāo)識碼設(shè)計可以確保重慶任何區(qū)縣任何一個管點管線的地理實體標(biāo)識碼都是唯一的，而且具有很高的辨識度，為管線數(shù)據(jù)的更新和格式交換奠定基礎(chǔ)。

時態(tài)屬性的設(shè)計：空間、時間和屬性構(gòu)成地理信息的3種基本成分，時態(tài)屬性對于變化地理實體的管理不可或缺[4]。管線數(shù)據(jù)是動態(tài)變化不斷更新的，如何進(jìn)行多時態(tài)的管線數(shù)據(jù)管理是管線數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個要點。為了便于查看不同時期的歷史管線數(shù)據(jù)，重慶市地下管線數(shù)據(jù)庫除了對管線數(shù)據(jù)庫進(jìn)行版本管理的策略之外，在管點、管線、附屬設(shè)施及隱患信息實體層面，另外加了GlifeCycle(管線生命周期)屬性和GLifeTime(時間)，其中管線生命周期包含現(xiàn)狀、添加、刪除、修改四種周期屬性，每種屬性對應(yīng)有修改時間，這樣通過簡單的查詢就可以了解管線數(shù)據(jù)的變化和修改。

4.3 地下管線數(shù)據(jù)存儲模型設(shè)計

地下管線數(shù)據(jù)量龐大，需要高效的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲。基于這個需求，重慶市選擇了ArcGIS Geodatabase面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)存儲模型用來進(jìn)行地下管線數(shù)據(jù)庫的物理存儲設(shè)計。其主要優(yōu)勢如下：

(1)海量數(shù)據(jù)存儲能力：ArcGIS File Geodatabase每個表都能存儲1TB的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的擴(kuò)展沒有任何限制；

(2)行為表達(dá)能力：ArcGIS Geodatabase可以真實反映現(xiàn)實世界地理實體實物的屬性和行為，可以更好地對地下管線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬；

(3)快速構(gòu)建能力：ArcGIS Geodatabase實質(zhì)上就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一個特例，其包含了一個用來表達(dá)地理特征空間關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，簡化了數(shù)據(jù)庫從邏輯數(shù)據(jù)模型到物理存儲模型這一設(shè)計過程，可以快速進(jìn)行管線數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建；

(4)版本化管理能力：版本是地理數(shù)據(jù)庫在某個時刻的快照，其中包含地理數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)集，可以多時態(tài)、多規(guī)劃階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理[5]。

基于ArcGIS File Geodatabase，重慶市地下管線存儲模型設(shè)計圖如圖4所示：

圖4 管線數(shù)據(jù)庫存儲模型

5 結(jié) 論

重慶市作為第一個完成全市域所有區(qū)縣地下管線普查和更新的省級行政區(qū)域，建立了全市域、主城區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)縣(自治縣)三個層級的地下管線數(shù)據(jù)庫，共完成全市 67 857 km的管線數(shù)據(jù)入庫。重慶市地下管線綜合數(shù)據(jù)庫從前期地下管線的數(shù)據(jù)庫整體建庫策略和入庫流程、到管線數(shù)據(jù)的組織設(shè)計、屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計，都形成了具有重慶市獨特地下管線數(shù)據(jù)的組織和設(shè)計，最后的實際應(yīng)用證明重慶市地下管線普查與更新?lián)?shù)建庫的整體設(shè)計滿足了管線數(shù)據(jù)的后期應(yīng)用和專項應(yīng)用、具有一定的實用性和推廣性。

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[5] Michael Zeiler. Modeling Our World，The ESRI Guide to GeoDatabase Design[M]. ESRI Press，2009.