王亞鵬

(新疆維吾爾自治區(qū)第一測(cè)繪院，新疆 昌吉 831100)

0 引言

城市地下管線是指城市范圍內(nèi)給排水、燃?xì)狻㈦娏?、通信、熱力、工業(yè)等管線及其附屬設(shè)施，是城市管理、運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。管線數(shù)據(jù)是城市發(fā)展重要的“生命線”和基本保障體系，地下管線數(shù)據(jù)信息的完整性、準(zhǔn)確性和時(shí)勢(shì)性為城市進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展，及各方面有序運(yùn)行提供了一個(gè)重要的支撐體系[1]。地下管線縱橫交錯(cuò)，城市建設(shè)時(shí)，總是會(huì)遇到破壞已有管線的情況，傳統(tǒng)的城市地下管線二維管理模式已經(jīng)無法滿足城市發(fā)展的需要。2014年6月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》，提出了“2015年底前，完成城市地下管線普查，建立綜合管理信息系統(tǒng)”的目標(biāo)任務(wù)。摸清家底后建立綜合管理信息系統(tǒng)，對(duì)地下管線數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用等，為城市規(guī)劃提供可靠、詳實(shí)的地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)，保障城市建設(shè)、節(jié)約資源。

GIS開發(fā)通常有3種模式：獨(dú)立開發(fā)模式、宿主型開發(fā)模式和GIS組件式開發(fā)模式。獨(dú)立開發(fā)模式不借助于其他 GIS平臺(tái)軟件，系統(tǒng)中的編輯、管理、查詢等算法均獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)，該方法工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)，研發(fā)投入大。宿主型開發(fā)模式基于某個(gè)GIS平臺(tái)或GIS工具，采用平臺(tái)自帶的語言進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，該方法受平臺(tái)的功能限制較多，實(shí)用性較差。組件式開發(fā)模式采用某些商業(yè)軟件或公司已經(jīng)開發(fā)好的組件，基于該組件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，采用該方法在人員投入上、時(shí)間成本上均較優(yōu)，系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性也較好。史玉峰等[2]設(shè)計(jì)、開發(fā)了基于ArcGIS Engine的地下管線信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)較好的服務(wù)于城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、管理等環(huán)節(jié)，為相關(guān)部門決策分析提供了保障。

在結(jié)合實(shí)際工作情況和其他研究的基礎(chǔ)上，本文基于ArcGIS Engine 10.0開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的研究，采用C#語言進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市地下管網(wǎng)的科學(xué)化、自動(dòng)化管理及快速查詢、分析應(yīng)用等功能，為城市規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展，提供了保障。

1 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含兩部分，一部分是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，另一部分是地下管線數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包含行政區(qū)劃、居民地、交通、水系設(shè)施、地貌、土質(zhì)、植被等要素，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為矢量結(jié)構(gòu)，含有拓?fù)潢P(guān)系和屬性信息，反映了城市地形地貌情況和人文交通等社會(huì)狀況。地下管線數(shù)據(jù)主要有給水、排水、燃?xì)?、綠化、熱力、電力、路燈電纜、通信電纜、有線電視等，管線數(shù)據(jù)有位置信息和屬性信息，反映了城市管線基本情況。

地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的研發(fā)，是為了將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和地下管線數(shù)據(jù)，按一定的結(jié)構(gòu)和圖層進(jìn)行編輯，采用數(shù)字形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，將圖形和屬性信息鏈接起來，建立綜合管線數(shù)據(jù)庫(kù)，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，并對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和輸出顯示等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)的智能化管理，輔助城市地下管線的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地下管網(wǎng)的自動(dòng)化、科學(xué)化管理及快速查詢、分析的目的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了7大模塊，每個(gè)大模塊又由若干子模塊組成，如圖1所示。

圖1 城市地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)Fig.1 Overall design of urban underground pipe network information system

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

各模塊功能設(shè)計(jì)如下：

1)數(shù)據(jù)管理：實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)等導(dǎo)入，并將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)格式，導(dǎo)入后可根據(jù)屬性信息自動(dòng)生成管網(wǎng)圖，并可進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

2)工程管理：包括圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的加載清除、工程的保存退出、用戶權(quán)限的設(shè)置更改等功能。主要實(shí)現(xiàn)Geodatabase、AutoCAD、Esri shape、JPG、BMP、PNG、TIFF等格式數(shù)據(jù)的加載，新建、保存工程，更改用戶權(quán)限等。

3)圖形瀏覽：支持對(duì)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，可進(jìn)行放大、縮小、圖層管理、地圖量測(cè)、定位等。實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、平移、全圖顯示等功能；對(duì)所指定的圖層設(shè)置顯示和隱藏等功能；實(shí)現(xiàn)圖面點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)注，兩點(diǎn)之間的距離、折線長(zhǎng)度的量算以及任意指定圖形的面積和周長(zhǎng)等；利用地圖定位功能提高地圖實(shí)時(shí)定位的速度，為用戶提供快速瀏覽圖面的效果。

4)數(shù)據(jù)編輯：支持對(duì)管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，增加、修改、刪除等操作，主要對(duì)管線地理實(shí)體進(jìn)行屬性、圖形的修改、增加、刪除等，可在圖形顯示界面進(jìn)行操作，也可在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行屬性信息的修改操作；實(shí)現(xiàn)管線方向的調(diào)整、管線的扯旗標(biāo)注等。

5)查詢統(tǒng)計(jì)：支持對(duì)圖形信息和屬性信息的查詢統(tǒng)計(jì)。圖形信息查詢統(tǒng)計(jì)，對(duì)所選區(qū)域下的管線實(shí)體圖形、屬性信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示。屬性信息查詢統(tǒng)計(jì)，根據(jù)管線編號(hào)、管線材質(zhì)、管線半徑、流向、壓力、權(quán)屬單位、相關(guān)附屬信息等屬性信息，進(jìn)行查詢并統(tǒng)計(jì)顯示，根據(jù)屬性信息查詢時(shí)，即可進(jìn)行單一條件的查詢，還支持多條件、模糊字段等進(jìn)行管線信息的查詢。此外，還支持圖形信息、屬性信息結(jié)合查詢，即在選定的區(qū)域范圍內(nèi)，根據(jù)屬性信息查詢，統(tǒng)計(jì)顯示時(shí)也只顯示限定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。

6)管線分析：支持?jǐn)嗝娣治?、連通性分析、緩沖區(qū)分析、最短路徑分析、爆管分析、空間輔助分析、管線規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)等功能。斷面分析是根據(jù)管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)和地形數(shù)據(jù)庫(kù)中的三維數(shù)據(jù)，對(duì)所選擇位置生成橫斷面分析圖，對(duì)斷面圖可以放大、縮小、平移等，并可查看相關(guān)管線的屬性信息，支持打印功能。管線規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)功能根據(jù)設(shè)計(jì)成果，將其導(dǎo)入到現(xiàn)有的管網(wǎng)中，通過模擬顯示，可分析得出該管線設(shè)計(jì)是否符合要求，避免了施工中的土方量計(jì)算錯(cuò)誤，挖斷管線等可避免的錯(cuò)誤。

7)輸出和顯示：支持對(duì)管線成果和三維成果的顯示。管線成果輸出時(shí)，可輸出不同格式的圖形文件格式。三維成果顯示中，根據(jù)管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，結(jié)合符號(hào)庫(kù)中的三維符號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線數(shù)據(jù)模擬現(xiàn)實(shí)狀況進(jìn)行三維顯示。還支持在二三維兩個(gè)視圖間進(jìn)行實(shí)時(shí)切換，聯(lián)動(dòng)顯示。

3 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)管理

在數(shù)據(jù)管理功能中，對(duì)管線測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行編輯、處理、格式轉(zhuǎn)換等，導(dǎo)入到系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換為管網(wǎng)數(shù)據(jù)，管線類型可選擇電力、電信、給水、排水、燃?xì)?、熱力、工業(yè)等，轉(zhuǎn)換后自動(dòng)構(gòu)建管網(wǎng)圖。

3.2 查詢統(tǒng)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，屬性查詢時(shí)可進(jìn)行點(diǎn)選擇、區(qū)域選擇、單條件查詢和符合條件查詢，對(duì)象選擇完成后，被選中的對(duì)象會(huì)高亮顯示，同時(shí)在屬性對(duì)話框內(nèi)，會(huì)顯示所選對(duì)象、對(duì)象具體的屬性信息等。點(diǎn)選不同的對(duì)象，右側(cè)會(huì)顯示該對(duì)象的屬性內(nèi)容。

3.3 分析功能

緩沖區(qū)分析主要是以空間對(duì)象為基準(zhǔn)，查找其周邊一定距離內(nèi)的管線及其屬性信息[3]。地下管線數(shù)據(jù)主要有點(diǎn)、線數(shù)據(jù)，可根據(jù)實(shí)際需要查找一定范圍內(nèi)的管線對(duì)象及其屬性信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，也可選擇必要的圖層參與統(tǒng)計(jì)分析或在某圖層中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行緩沖區(qū)分析。工程開挖時(shí)，需要查詢開挖工程范圍內(nèi)可能會(huì)涉及到的管線，決定開挖的具體范圍、深度等，避免破壞到工程施工范圍內(nèi)的已有管線基礎(chǔ)設(shè)施；在管線維修時(shí)，也需要對(duì)線路中的管線具體分布情況進(jìn)行分析。這個(gè)時(shí)候，橫斷面分析就可為決策者，提供詳細(xì)的斷面分析結(jié)果，管線的類型、位置等，通過橫斷面分析，制定科學(xué)合理的施工方案。

3.4 輸出和顯示

將視圖切換到三維視圖，在管線圖層窗體中，右鍵點(diǎn)擊選擇添加三維管線，即可將地下管網(wǎng)以三維模型的形式直觀、多視角、多層次的表現(xiàn)出來(見圖2)。在視圖窗體中，可對(duì)三維管線進(jìn)行瀏覽，查看其對(duì)應(yīng)的屬性，實(shí)現(xiàn)二三維聯(lián)動(dòng)等功能。

圖2 三維視圖顯示Fig.2 3D view display

4 結(jié)束語

城市地下管線的安全運(yùn)行是現(xiàn)代化城市發(fā)展的基礎(chǔ)，城市地下管線作為城市重要的設(shè)施之一，是維持城市健康平穩(wěn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[4]。隨著城市發(fā)展的加快，城市建設(shè)也會(huì)更加快速的發(fā)展，地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)對(duì)決策者的支持也越來越重要。本文基于ArcGIS Engine 10.0開發(fā)平臺(tái)，采用C#語言進(jìn)行開發(fā)，設(shè)計(jì)并開發(fā)了地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)，為地下管線的施工、維護(hù)和工程建設(shè)等提供技術(shù)支持，為決策者提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、建設(shè)提供的保障。