倪宏宇

(無錫市測繪院有限責(zé)任公司，江蘇 無錫 214074)

1 概 述

地下管線數(shù)據(jù)(underground pipeline data以下簡稱管線數(shù)據(jù))是表述埋設(shè)在地下各類功能通道及其附屬設(shè)施的位置、走向及其他特征屬性的數(shù)據(jù)[1]。XML(Extensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語言)被設(shè)計用來結(jié)構(gòu)化、存儲以及傳輸信息，地理空間信息元數(shù)據(jù)可使用純文本或XML等格式存儲[2]。

地下管線的規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)營管理、應(yīng)急維護(hù)和權(quán)屬分配涉及多個行業(yè)職能部門和企事業(yè)單位，資源共享和交換的實(shí)際需求迫切。各單位分析和處理管線數(shù)據(jù)的時候面臨四個方面的困難：第一，數(shù)據(jù)處理和交換工作量巨大；第二，日益突出的人、建筑與地下管線之間的矛盾；第三，管線遭非法破壞和非法占用事故頻發(fā)，面臨用戶和公眾的質(zhì)疑；第四，已經(jīng)實(shí)施的管線智能化管理方案，有部分措施不盡合理、實(shí)際效果不佳。

管線數(shù)據(jù)是地理信息和智慧城市建設(shè)重要的基礎(chǔ)部件。地下管線的布局選址、勘察設(shè)計、運(yùn)營維護(hù)、故障搶修以及新、改、擴(kuò)建等事務(wù)亟須規(guī)范完備的信息資源支撐[3]。管線數(shù)據(jù)應(yīng)滿足下列要求：真實(shí)、準(zhǔn)確、完整、連續(xù)、合理、適用并及時更新。(注：本文不專門討論信息管理系統(tǒng)，因此不嚴(yán)格區(qū)分信息與數(shù)據(jù)，把信息看作各種形式表示的數(shù)據(jù)總稱。)

管線數(shù)據(jù)屬于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)子類，相關(guān)部門的專業(yè)應(yīng)用直接或間接地使用這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過擴(kuò)展專業(yè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用功能而形成新的應(yīng)用及數(shù)據(jù)，這些專業(yè)應(yīng)用對具有時效性管線數(shù)據(jù)的需求非常迫切[4]。因此，應(yīng)充分利用現(xiàn)有管線數(shù)據(jù)，通過分布共享(或直接共享)的方式在統(tǒng)一規(guī)劃的情況下，使用信息中心共享并更新管線數(shù)據(jù)庫。這樣，一方面可以避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；另一方面通過行使政府行政職能，在竣工驗收的基礎(chǔ)上保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、時效性和法律效力[5]?；跒榈叵鹿芫€規(guī)劃、建設(shè)和管理服務(wù)的總體目標(biāo)，為規(guī)范管線數(shù)據(jù)的采集、管理、發(fā)布和應(yīng)用，促進(jìn)管線信息資源的匯交、共享和開發(fā)利用，進(jìn)行管線數(shù)據(jù)共享與交換工作。

地下管線數(shù)據(jù)共享與交換(Underground pipeline data share and exchange)：

(1)工作內(nèi)容：指管線權(quán)屬單位和各行政職能部門之間，地下管線數(shù)據(jù)的交流與共用。

(2)工作目標(biāo)：解決跨行業(yè)、跨地區(qū)間信息共享與交換時不同資源的對接，規(guī)范各類管線數(shù)據(jù)，節(jié)約公共資源，同時強(qiáng)化政府和行業(yè)監(jiān)管。

(3)工作過程：資料匯源→數(shù)據(jù)管理→信息發(fā)布與應(yīng)用。

(4)工作要求：管線數(shù)據(jù)交換安全有效運(yùn)行；保障地下管線信息系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。

(5)工作困難：地下管線服務(wù)功能多；管線工程全生命周期運(yùn)行時間長；管線信息資料分布散；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，管理混亂；管線數(shù)據(jù)獲取不易。

(6)技術(shù)交底：

數(shù)據(jù)來源：普查、竣測、編繪、整合。

數(shù)據(jù)內(nèi)容：位置、關(guān)系、屬性、說明。

數(shù)據(jù)要素：特征、布置、時間、架構(gòu)。

數(shù)據(jù)處理：定義、組織、擴(kuò)展、保護(hù)。

數(shù)據(jù)交換：降階、分類、結(jié)構(gòu)化、發(fā)布。

2 管線數(shù)據(jù)內(nèi)容

目前建設(shè)、勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理等責(zé)任單位提供的管線資料包括：管線成果表、管線圖、管線數(shù)據(jù)庫和說明等[7]。管線資料信息量較大，最基本的信息包括四類：位置、關(guān)系、屬性和說明。一般管線信息包括如下內(nèi)容：

(1)管線的平面坐標(biāo)、高程、偏距和埋深等空間位置數(shù)據(jù)；

(2)管線的走向、連接、交錯和相鄰等空間關(guān)系數(shù)據(jù)；

(3)管線的類別、規(guī)格、材質(zhì)、傳輸物體特征(壓力、流向、電壓)、敷設(shè)類型、使用情況、建設(shè)年代、權(quán)屬單位以及管線的附屬物等屬性特征數(shù)據(jù)；

(4)數(shù)據(jù)說明文檔。坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、日期與時間、用戶、權(quán)限等說明。

3 管線數(shù)據(jù)要素

管線數(shù)據(jù)應(yīng)能準(zhǔn)確描述地下管線的位置、狀態(tài)、質(zhì)量和其他有關(guān)特征，并應(yīng)滿足用戶生產(chǎn)、管理、更新、應(yīng)用的要求。作為城市地理信息數(shù)據(jù)的一個子集，管線數(shù)據(jù)應(yīng)具有自身要素：

第一，數(shù)據(jù)反映管線特有的功能和特征；第二，數(shù)據(jù)表述管線布置和連接關(guān)系；第三，不同時間段管網(wǎng)資料各具其時代特征；第四，不同用戶關(guān)注的管線信息各有側(cè)重；不同商業(yè)軟件對管線數(shù)據(jù)的定義和架構(gòu)不一致。

4 管線數(shù)據(jù)處理

管線數(shù)據(jù)的質(zhì)量應(yīng)符合完整性、正確性、邏輯一致性和現(xiàn)勢性的要求；用戶對管線數(shù)據(jù)提出三項基本要求：第一，管線數(shù)據(jù)能夠清晰描述各管線部件特征和它們間的關(guān)系；第二，管線數(shù)據(jù)包含所有用戶所需信息，滿足用戶生產(chǎn)和應(yīng)用的要求；第三，管線數(shù)據(jù)狀態(tài)與用戶保持一致，滿足用戶應(yīng)用與更新的要求[8]。

為滿足數(shù)據(jù)用戶的質(zhì)量要求，需要對管線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)化。管線數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的定義、組織、分析和保護(hù)的全過程。

4.1 管線數(shù)據(jù)定義與約束

管線數(shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)存儲和分析是按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義組織實(shí)現(xiàn)。管線數(shù)據(jù)元素用編碼或序號標(biāo)識；用約束條件表示允許值。地下管線元素的數(shù)據(jù)項結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中最接近的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行設(shè)計[9]。地下管線數(shù)據(jù)元素用一組并行的屬性描述定義，數(shù)據(jù)項不區(qū)分前后次序。管線元數(shù)據(jù)表示應(yīng)由名稱、定義、值域、約束/條件、數(shù)據(jù)類型、最大長度、表示精度、說明等組成。

4.2 管線數(shù)據(jù)組織

地下管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由地下管線數(shù)據(jù)元素依邏輯聯(lián)系組織起來的。地下管線數(shù)據(jù)模型：實(shí)體+屬性；地下管線數(shù)據(jù)元素的概念結(jié)構(gòu)：對象類+特性。管線元數(shù)據(jù)設(shè)計時對象類是指管線要素，管線要素包括：管線點(diǎn)、管線線段、附屬物、構(gòu)筑物等人工地物。信息表記錄管線要素的特征信息。

4.3 管線數(shù)據(jù)擴(kuò)展

當(dāng)管線元數(shù)據(jù)內(nèi)容不能滿足需要時，可通過下列方式對元數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展：

(1)增加新元數(shù)據(jù)子集、新元數(shù)據(jù)實(shí)體、新元數(shù)據(jù)元素；

(2)擴(kuò)展代碼表，增加新代碼數(shù)據(jù)項；

(3)建立新代碼表，代替現(xiàn)有值域為自由文本的元數(shù)據(jù)值域；

(4)對現(xiàn)有元數(shù)據(jù)元素實(shí)施更加嚴(yán)格的約束條件；

(5)對現(xiàn)有元數(shù)據(jù)元素的值域施加更多的限制。

4.4 管線數(shù)據(jù)保護(hù)

管線數(shù)據(jù)運(yùn)維管理和保護(hù)滿足以下要求：

(1)應(yīng)采取技術(shù)措施保護(hù)用戶認(rèn)證安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全；

(2)應(yīng)定期進(jìn)行設(shè)備的檢驗、更換和維護(hù)，使系統(tǒng)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)；

(3)應(yīng)定期對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全；

(4)宜配備專門技術(shù)人員對中心系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行日常維護(hù)；

(5)可提供遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)方式對系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和軟件維護(hù)。

5 管線數(shù)據(jù)交換的解決方案

一般情況下：管線資料分項目隨施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)(時間)歸檔；歸檔資料按管線的行業(yè)作為主要依據(jù)分類，按主從關(guān)系逐級生成目錄。目前技術(shù)條件下，管線數(shù)據(jù)管理主要采用電子計算機(jī)作為管線數(shù)據(jù)存儲與分析的物理介質(zhì)；使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理和維護(hù)管線數(shù)據(jù)。管線數(shù)據(jù)分布在不同的城市部門，具有多源、多樣、離散和時空性等特點(diǎn)[10]。從管線數(shù)據(jù)的特點(diǎn)分析：

(1)空間位置數(shù)據(jù)有一定的復(fù)雜程度；

(2)圖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系數(shù)據(jù)不適宜用關(guān)系數(shù)據(jù)庫表的形式表達(dá)；

(3)屬性數(shù)據(jù)與管線功能特征密切相關(guān)，不同功能管線屬性數(shù)據(jù)差異很大；

(4)信息系統(tǒng)功能越強(qiáng)，數(shù)據(jù)的定義、約束和說明就會越復(fù)雜。

5.1 管線數(shù)據(jù)降階

管線數(shù)據(jù)有一定的復(fù)雜程度；管網(wǎng)建模理論在不斷研究發(fā)展中[11]。實(shí)際工作中需要對管線空間關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行降階處理。將立體/圖結(jié)構(gòu)的管線空間關(guān)系數(shù)據(jù)，降階到一維、二維的管線點(diǎn)、管線線段數(shù)據(jù)，可以用關(guān)系數(shù)據(jù)庫表格形式表達(dá)。對比關(guān)系模型和網(wǎng)狀模型存儲空間和創(chuàng)建時間在一個數(shù)量級上[12]。對一個n×m的二維表進(jìn)行快速排序時空間復(fù)雜度分析結(jié)果：

管線數(shù)據(jù)降階包括三個步驟：靜態(tài)化、地圖化和符號化。

(1)靜態(tài)化：忽略管網(wǎng)隨時變化特征，認(rèn)為管網(wǎng)結(jié)構(gòu)在一定時間段內(nèi)是靜止不變的。在管線屬性表中備注管網(wǎng)建設(shè)、探測成圖時間。

(2)地圖化：用地圖的表示方法表現(xiàn)管線位置、走向、連接、避讓等關(guān)系。圖上加標(biāo)注記表示管線的埋深、屬性。

(3)符號化：使用符號點(diǎn)表示管線特征點(diǎn)及附屬實(shí)體，使用符號線段表示管線點(diǎn)間的連接。

5.2 管線數(shù)據(jù)分類

管線數(shù)據(jù)分類方法：以地下管線服務(wù)功能作為主要分類依據(jù)；按從屬關(guān)系形成大、中、小類。管線數(shù)據(jù)分類編碼按從左到右“大類‖中類‖小類”順序定義。實(shí)際操作中借助AutoCAD等制圖軟件的“圖層”概念，管線數(shù)據(jù)采用分類、特征屬性、物理連通性相結(jié)合的分層編碼方法。管線數(shù)據(jù)首先按功能分層，其次每類管線按管線點(diǎn)、管線線段、附屬物、注記等分層存儲。

5.3 管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

管線信息系統(tǒng)的物理架構(gòu)宜設(shè)置為3層：外部設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、控制中心；

系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)宜分為5層：從下至上分別是采集層、接入層、數(shù)據(jù)層、用戶層和應(yīng)用層。

控制結(jié)構(gòu)宜設(shè)置為4層：項目控制級、子區(qū)控制級、區(qū)域控制級、中心控制級。

在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)表中存儲和管理管線數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)采用數(shù)據(jù)模型的方法管理和維護(hù)數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)內(nèi)容與形式應(yīng)滿足管線數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，管線數(shù)據(jù)模型如圖1所示。

圖1管線數(shù)據(jù)模型

5.4 管線數(shù)據(jù)發(fā)布

管線信息系統(tǒng)應(yīng)向外提供管線數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用功能服務(wù)。管線數(shù)據(jù)服務(wù)是指以服務(wù)的形式對外共享地下管線信息數(shù)據(jù)。應(yīng)用功能服務(wù)是指以服務(wù)的形式對外提供管線數(shù)據(jù)應(yīng)用功能。管線數(shù)據(jù)共享與服務(wù)應(yīng)符合數(shù)據(jù)安全和保密的相關(guān)要求，并建立合理有效的用戶權(quán)限管理與控制。管線數(shù)據(jù)發(fā)布可采用離線或在線共享的形式，根據(jù)對象數(shù)據(jù)發(fā)布應(yīng)分為專業(yè)、政務(wù)和公眾三類版本[13]。完整的管線數(shù)據(jù)交換流程包括：資料調(diào)繪→現(xiàn)場踏勘→探測實(shí)施→管線測量→管圖繪制→成果驗收→組卷歸檔→信息入庫→數(shù)據(jù)發(fā)布。

管線信息系統(tǒng)根據(jù)配置參數(shù)能夠準(zhǔn)確輸出成果表、管線圖、項目報告、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)庫，應(yīng)具有符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的各種規(guī)格專題圖輸出功能，能支持AutoCAD、ArcGIS、Office等常用軟件的基本格式，輸出格式使用HTML、PDF、Word、Excel、DXF、Shapefile等格式中的一種或多種[14]。

5.5 案例

如圖2所示，某分區(qū)Ay1設(shè)計雨水管網(wǎng)，匯水區(qū)域面積共計 0.01 km2，雨水管道總長 0.16 km，管段最大設(shè)計流量 0.55 m3/s。

圖2 Ay1分區(qū)雨水管網(wǎng)示意圖

計算依據(jù)包括：雨水設(shè)計流量公式、暴雨強(qiáng)度公式、流速計算公式；

設(shè)計資料包括：雨水管網(wǎng)分區(qū)圖、管線設(shè)計圖、流量計算表、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表、工程量表；

信息入庫后提供資料包括：項目報告、地下管線成果表、管線圖、數(shù)據(jù)庫文件；

數(shù)據(jù)發(fā)布可以提供：可供鏈接計算的水力計算表、高程數(shù)據(jù)表和工程量匯總表；可以在低版本AutoCAD、MicroStation等二維和三維設(shè)計軟件中編輯的管線圖文件；可以適應(yīng)低版本ArcGIS、MapInfo等地理信息軟件構(gòu)建、入庫和轉(zhuǎn)化要求的數(shù)據(jù)庫文件。表1展示了Ay1雨水管道工程量匯總表。圖3提供了為適應(yīng)數(shù)據(jù)交換要求，基于XML管線數(shù)據(jù)元素定義。

Ay1分區(qū)雨水管道工程量匯總表 表1

圖3 基于XML管線數(shù)據(jù)元素定義

6 結(jié) 語

管線數(shù)據(jù)交換工作，目的主要是為管線設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)提供規(guī)范數(shù)據(jù)支撐：一是規(guī)范管線信息管理的工作任務(wù)。主要是針對管線信息管理這項工作本身，提出規(guī)范化的工作要求，如工作流程、主要內(nèi)容、成果形式等。一方面，管理部門可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，提出開展管線信息系統(tǒng)方案設(shè)計的任務(wù)需求，明確設(shè)計的內(nèi)容和要求，并對設(shè)計方案進(jìn)行評價；另一方面，相關(guān)設(shè)計單位可以參照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，為委托方提供具體的可評價的設(shè)計服務(wù)，有利于推動管線信息系統(tǒng)方案設(shè)計工作的健康發(fā)展。二是規(guī)范管線數(shù)據(jù)處理和標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)要求。主要是圍繞管線信息系統(tǒng)方案設(shè)計的過程，明確相關(guān)系統(tǒng)方案措施的適用條件和技術(shù)要點(diǎn)，規(guī)范各類措施的設(shè)計、實(shí)施和評價要求，有利于提高管線信息系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性、合理性。