周 靜 嚴(yán)建國 鄧曉紅

(南京市城市地下管線數(shù)字化管理中心, 江蘇 南京 210000)

0 引言

地下管線作為市政基礎(chǔ)設(shè)施,是城市智慧管理和安全運(yùn)行的關(guān)鍵。為全面摸清地下管線的現(xiàn)狀,國內(nèi)很多城市通過開展管線普查、管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)、管線信息系統(tǒng)研發(fā)，建立了各具特色的管線信息化管理模式,實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的綜合管理與應(yīng)用。然而,隨著智慧城市的建設(shè),對各類地理信息資源的空間特征、屬性特征與組織管理體系要求逐步提高,為滿足各類管理需求,地理實(shí)體數(shù)據(jù)成為新型測繪產(chǎn)品的主要代表。

地理實(shí)體是獨(dú)立存在,并可唯一性標(biāo)識(shí)的自然或人工地物目標(biāo)和對象[1],也是政府管理的基礎(chǔ)單元和基礎(chǔ)內(nèi)容[2],是多源數(shù)據(jù)融合的基本單位[3]。2009年,國家基礎(chǔ)地理信息中心基于地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的需求,設(shè)計(jì)了基于圖元的實(shí)體數(shù)據(jù)模型。為落實(shí)相關(guān)要求,各省市陸續(xù)開展基礎(chǔ)地理信息實(shí)體化的相關(guān)研究和建設(shè)工作。然而,在當(dāng)前研究和應(yīng)用領(lǐng)域,地理實(shí)體的構(gòu)建基本圍繞道路、河流、房屋、院落等基礎(chǔ)地理實(shí)體開展[4-5],對于城市地下管線鮮有涉及,區(qū)別于其他基礎(chǔ)地理信息,地下管線數(shù)據(jù)具有特殊的空間結(jié)構(gòu)特征和屬性組織關(guān)系,其表達(dá)與應(yīng)用體系相對薄弱,尤其是在管理領(lǐng)域,管線數(shù)據(jù)長期面臨多源異構(gòu)、共享困難等問題,其分類體系、編碼方式難以統(tǒng)一,不同單位生產(chǎn)的管線數(shù)據(jù)更新管理模式相對獨(dú)立,也不利于數(shù)據(jù)的輔助分析和綜合應(yīng)用。

1 管線地理實(shí)體與編碼體系

1.1 管線地理實(shí)體定義、層次劃分與表達(dá)

按照地理實(shí)體分類原則,地理實(shí)體可分為基礎(chǔ)地理實(shí)體和擴(kuò)展地理實(shí)體[6],基礎(chǔ)地理實(shí)體主要是指對現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體對象的抽象,擴(kuò)展地理實(shí)體一般指行業(yè)性、專業(yè)性的地理信息經(jīng)實(shí)體化形成的地理實(shí)體[7-8]。由于管線數(shù)據(jù)屬性信息和空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特殊性,本文引入基礎(chǔ)地理實(shí)體和擴(kuò)展地理實(shí)體相結(jié)合的方式對其進(jìn)行定義和表達(dá)。管線地理實(shí)體是指敷設(shè)于地下、出露于地表和架空,用于傳送能源、信息和排泄廢物等的管道(溝、廊)、線纜等及其附屬設(shè)施,包括管點(diǎn)地理實(shí)體和管段地理實(shí)體(圖1)。管點(diǎn)地理實(shí)體是指由管線的附屬設(shè)施、特征點(diǎn)組成的點(diǎn)狀地理實(shí)體,具有一定的運(yùn)營管理和空間輔助意義,包括管線的設(shè)施、設(shè)備、配件與輔助特征,其中,輔助特征點(diǎn)僅用于構(gòu)建連續(xù)的管線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),不存在實(shí)體對象,在本文使用擴(kuò)展地理實(shí)體對其進(jìn)行抽象表達(dá),因此,在管點(diǎn)地理實(shí)體中,設(shè)施實(shí)體、設(shè)備實(shí)體、配件實(shí)體為基礎(chǔ)地理實(shí)體,輔助實(shí)體為擴(kuò)展地理實(shí)體。

圖1 管線地理實(shí)體構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)圖

管段地理實(shí)體是指由管點(diǎn)基本地理實(shí)體作為起止點(diǎn)構(gòu)成的連續(xù)管段,包括供電管段、雨水管段、天然氣管段等。

地理實(shí)體數(shù)據(jù)的表達(dá)由點(diǎn)、線、面圖元組成,為對管線地理實(shí)體進(jìn)行實(shí)體化表達(dá)(圖2),李先波提出了基于圖元的地理對象實(shí)體化規(guī)則[9];李元復(fù)等提出了基于交叉路口綜合匹配度的城市道路實(shí)體化構(gòu)建方法[10]。根據(jù)管線數(shù)據(jù)特征,管點(diǎn)地理實(shí)體的實(shí)體化按照要素分類,對具有明確空間位置的附屬設(shè)施與特征點(diǎn)抽象為點(diǎn)圖元進(jìn)行表達(dá);管線地理實(shí)體的構(gòu)建原則是:(1)由管點(diǎn)基本地理實(shí)體作為起止點(diǎn)相連的連續(xù)性線段為一個(gè)獨(dú)立的管段地理實(shí)體;(2)因擴(kuò)展地理實(shí)體分割而形成的線段為管段地理實(shí)體的圖元;(3)管段地理實(shí)體可由多個(gè)圖元組成,兩者是一對多的關(guān)系。

圖2 管段實(shí)體化示意圖

1.2 管線地理實(shí)體分類與編碼體系

地理實(shí)體數(shù)據(jù)分類是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與共享的基礎(chǔ),當(dāng)前,涉及管線數(shù)據(jù)分類的標(biāo)準(zhǔn)較多,尚未形成統(tǒng)一的原則和標(biāo)準(zhǔn)[11],為兼顧管線信息共享需求,本文基于《管線要素分類代碼與符號(hào)表達(dá)》[12]與《管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13],按照功能、特征、實(shí)體的原則,對管線地理實(shí)體的類別進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)。

管線地理實(shí)體類別代碼為層次碼結(jié)構(gòu),由四層、六位阿拉伯?dāng)?shù)字組成,見圖3。

圖3 管線地理實(shí)體分類編碼規(guī)則

本文提出的管線功能代碼為1位代碼,主要依據(jù)管線地理實(shí)體的大類進(jìn)行劃分,例如電力管線編碼為1,信息與通訊管線編碼為2。

功能主特征碼是依據(jù)各類管線地理實(shí)體所傳輸?shù)慕橘|(zhì)和功能主特征進(jìn)行分類,為2位代碼,例如,電力管線地理實(shí)體的功能主特征碼見表1。

表1 電力管線功能主特征代碼表

實(shí)體類代碼依照管線地理實(shí)體對象分類進(jìn)行編碼設(shè)計(jì),所有的管線實(shí)體類分為管段、設(shè)備、設(shè)施、配件、輔助等,如電力類供電管線實(shí)體類分類代碼見表2。

表2 管線實(shí)體類代碼表

管線實(shí)體子類代碼是指管點(diǎn)地理實(shí)體和管段地理實(shí)體的實(shí)體對象的編碼,例如,供電管線地理實(shí)體的類別代碼如表3所示。

表3 管線實(shí)體分類編碼示例表

1.3 管點(diǎn)實(shí)體編碼規(guī)則

地理實(shí)體在被人類認(rèn)識(shí)和表達(dá)的過程中,是由幾何形態(tài)、語義特征和屬性信息共同描述的[14]。在對于地理實(shí)體的數(shù)字化表達(dá)中,編碼是對象化的基礎(chǔ)認(rèn)證,結(jié)合管線地理實(shí)體的特征和結(jié)構(gòu),本文融合空間信息、語義信息和屬性信息進(jìn)行實(shí)體編碼規(guī)則設(shè)計(jì)。管點(diǎn)地理實(shí)體編碼規(guī)則是以行政區(qū)劃、分幅格網(wǎng)作為基本空間單元,再賦予實(shí)體分類編碼、特征碼和順序碼,確保編碼在絕對空間上的唯一性。具體編碼規(guī)則見圖4。

圖4 管點(diǎn)地理實(shí)體編碼規(guī)則

該編碼規(guī)則包括行政區(qū)劃6位代碼,地理格網(wǎng)(1∶500地形圖分幅格網(wǎng)編號(hào))9位編碼,管點(diǎn)實(shí)體分類6位編碼,順序碼3位,校驗(yàn)碼1位。通過該編碼規(guī)則可以較好地實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前管線數(shù)據(jù)的映射,降低地理實(shí)體數(shù)據(jù)處理的難度,也能夠?qū)崿F(xiàn)對實(shí)體對象較為全面的特征表達(dá)。若管點(diǎn)地理實(shí)體因廢棄被拆除,則編碼不再被其他管點(diǎn)地理實(shí)體占用,新增管點(diǎn)地理實(shí)體隨已有編碼遞增。

1.4 管段實(shí)體編碼規(guī)則

根據(jù)管線地理實(shí)體的定義,管段地理實(shí)體與管點(diǎn)地理實(shí)體具有一定的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系,不同類型的管點(diǎn)地理實(shí)體將連續(xù)的管段分解為圖元的概念進(jìn)行表達(dá),因此，需要通過編碼將不同圖元的管段建立連接關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對管段地理實(shí)體的完整表達(dá)。

管段地理實(shí)體在空間上以行政區(qū)劃、分幅格網(wǎng)作為基本單元,再通過實(shí)體分類編碼、順序碼、圖元順序碼、特征碼和校驗(yàn)碼保證編碼的唯一性，編碼規(guī)則如圖5所示。

圖5 管段地理實(shí)體編碼規(guī)則

該編碼規(guī)則包括行政區(qū)劃6位代碼,地理格網(wǎng)(1∶500地形圖分幅格網(wǎng)編號(hào))9位編碼,管點(diǎn)實(shí)體分類6位編碼,圖元順序碼2位,順序碼3位,校驗(yàn)碼1位。若管段地理實(shí)體分布在兩個(gè)空間單元內(nèi),則以其線段中點(diǎn)所在位置為準(zhǔn)。

2 管線地理實(shí)體屬性結(jié)構(gòu)體系

2.1 管線地理實(shí)體基本屬性結(jié)構(gòu)

基本屬性結(jié)構(gòu)(表4)用來表達(dá)管線地理實(shí)體的名稱、類別、產(chǎn)生時(shí)間、消亡時(shí)間、使用狀態(tài)、權(quán)屬、空間位置等,所有管點(diǎn)地理實(shí)體與管段地理實(shí)體的基本屬性結(jié)構(gòu)一致,能夠滿足相關(guān)數(shù)據(jù)管理、更新的需要,同時(shí)能夠表達(dá)管線地理實(shí)體的時(shí)空狀態(tài)。

表4 管線地理實(shí)體基本屬性結(jié)構(gòu)表

2.2 管線地理實(shí)體擴(kuò)展屬性結(jié)構(gòu)

不同類型的管線地理實(shí)體具備特殊的功能要求,所以通過擴(kuò)展屬性結(jié)構(gòu)來描述不同地理實(shí)體的特征差異與專業(yè)化屬性,例如電力管線地理實(shí)體包括電壓值、總孔數(shù)、占用孔數(shù)、線纜條數(shù)等擴(kuò)展屬性,給水管線地理實(shí)體包括防腐類型、保護(hù)材質(zhì)等擴(kuò)展屬性,這在一定程度上改變了傳統(tǒng)的以統(tǒng)一屬性結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合管線信息管理的模式,建立了綜合管線數(shù)據(jù)、專業(yè)管線數(shù)據(jù)之間結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織基礎(chǔ),運(yùn)用地理實(shí)體的概念建立了不同類型的管線信息交互和映射通道。

3 管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)管理模式與應(yīng)用驗(yàn)證

3.1 管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)管理模式

基于新型基礎(chǔ)測繪的相關(guān)要求,地理實(shí)體數(shù)據(jù)將改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理方式,建立不同專題、不同類型管線數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系[15],從而解決多源數(shù)據(jù)的共享難題。地理實(shí)體數(shù)據(jù)從采集、生產(chǎn)、管理、更新到應(yīng)用的模式都將與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式有所區(qū)別,傳統(tǒng)的管線數(shù)據(jù)組織是通過測繪數(shù)據(jù)直接分層管理、獨(dú)立存儲(chǔ)的方式開展的,無法實(shí)現(xiàn)各類專業(yè)信息、空間信息、屬性信息、關(guān)系型信息的統(tǒng)一管理。而基于地理實(shí)體的管線數(shù)據(jù)組織管理模式是以現(xiàn)有的管線測繪數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),提取出基礎(chǔ)空間信息和屬性信息,從專業(yè)管線數(shù)據(jù)中提取出專業(yè)運(yùn)營信息,同時(shí)根據(jù)管理特征提取出管線地理實(shí)體之間的關(guān)系信息,通過唯一編碼將各類信息融合管理,實(shí)現(xiàn)索引構(gòu)建,不同信息可獨(dú)立存儲(chǔ),兼顧分布式存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)檢索的需求,使邏輯模型和現(xiàn)實(shí)地理信息對象更加統(tǒng)一。在數(shù)據(jù)更新方面,由于管線地理實(shí)體充分融合了各管線專業(yè)特征,管線權(quán)屬單位可依據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完成本專業(yè)管線地理實(shí)體的采集和更新,然后統(tǒng)一更新至管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫,而管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫發(fā)生變化,也可通過唯一編碼實(shí)現(xiàn)專業(yè)管線數(shù)據(jù)的協(xié)同更新,改變當(dāng)前綜合管線與專業(yè)管線數(shù)據(jù)異構(gòu)并行的管理方式,實(shí)現(xiàn)管線一張圖的共同維護(hù)和利用。管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)管理模式如圖6所示。

圖6 管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)管理模式

基于統(tǒng)一編碼的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)了管線地理實(shí)體與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、專題應(yīng)用數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)的信息互聯(lián),能夠便利地進(jìn)行各類屬性信息的掛接和調(diào)用,通過“一碼關(guān)聯(lián)”形成了滿足多元化應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)組織模型。

3.2 管線地理實(shí)體應(yīng)用場景

面向管線管理應(yīng)用需求,以地理實(shí)體數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),能夠?qū)崿F(xiàn)各類相關(guān)社會(huì)管理要素、專業(yè)要素的關(guān)聯(lián),能夠?yàn)榫C合管理與應(yīng)用建立一個(gè)全面精準(zhǔn)的管線基礎(chǔ)信息資源庫,同時(shí)也為管線大數(shù)據(jù)分析挖掘提供條件。通過地理實(shí)體編碼建立各類管線信息和基礎(chǔ)地理信息統(tǒng)一管理的平臺(tái)系統(tǒng),能夠滿足各類復(fù)雜分析應(yīng)用的場景需求,形成多元化的服務(wù)產(chǎn)品,滿足社會(huì)公眾、政府管理、行業(yè)管理的需要。

4 結(jié)束語

本文基于新型測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品要求,立足于當(dāng)前管線信息管理的難題和問題,提出顧及結(jié)構(gòu)特征的管線地理實(shí)體定義,通過對管點(diǎn)地理實(shí)體和管線地理實(shí)體的編碼體系和屬性結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,形成較為完整的管線地理實(shí)體數(shù)據(jù)模型,并在突破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式的基礎(chǔ)上,形成以管線地理實(shí)體為核心的新型管線信息管理模式,逐步推進(jìn)多源管線信息的共享與融合,形成統(tǒng)一的管線地理實(shí)體服務(wù)和產(chǎn)品,為智慧城市建設(shè)、智慧管網(wǎng)運(yùn)營提供精準(zhǔn)的信息支撐。