城市地下管线信息系统研究

城市地下管线信息系统研究

邓振民1田方方1吴友章1时盛会1

1.山东中基地理信息监理有限责任公司山东济南250101

摘要：对城市地下管线信息系统的总体结构进行了分析，对系统的功能结构进行了设计，初步实现了系统原型，通过管线数据的加载测试，验证了系统的可行性，为城市地下管线信息系统的工程应用提供了参考。

关键词：地下管线；系统设计；功能模块；原型实现

引言

城市地下管线的种类主要包括电力、电信、热力、燃气（煤气、天然气、液化石油气）、给水、排水（雨水、污水）、工业等，地下管线作为城市的“循环系统”是城市存在与正常运行的基础，被誉为城市建设的“良心”与“生命线“[1]。地理信息系统（GIS）是一种存储客体对象的空间特征信息及其属性信息并能进行地理信息检索、地理过程回放、地理现象分析与地理进程推演等功能的综合计算机应用系统[2]。

地下管线信息系统基于SOA思想设计，坚持数据、管理、服务、应用相分离的架构原则，在保持灵活性和扩展性的前提下，实现地下管线信息数据的管理、共享、融合和数据交换，可实现不同部门业务应用系统与平台服务的集成，平台应用接口的综合应用与展现，以及实现与规划管理系统、基础地理信息系统的集成。

1系统总体结构分析

系统采用五层结构模式，包括数据服务层、GIS服务层、统一开发接口层、业务逻辑层、应用软件层。

（1）数据服务层：包括规划管线数据库、现状管线数据库、临时管线数据库、基础地理数据库、元数据库、规划办公数据库、规划审批数据库、管线档案数据库等；

（2）GIS服务层：包括WMS服务、切片数据服务、地理编码服务、叠置分析服务、安全服务、统计图服务、资源目录服务、数字高程服务、空间查询服务、高级分析查询、数据转换服务、WEB服务（编辑服务、空间查询服务、地图服务等）等；

（3）业务逻辑层：数据空间分析、数据业务分析、管线数据管理、综合制图、地图管理、管线档案管理、管网辅助设计、管网拓扑分析、抢险辅助决策、管线数据检查、管线数据入库、数据共享等；

（4）应用软件层：包括管网数据更新、管网数据管理、管网综合应用、管网三维应用、CAD辅助应用、管线电子报批、管线档案管理、管线业务审批、管线数据共享、监理数据检查等。

2系统功能结构设计

2.1数据管理与动态更新子系统

数据管理与动态更新子系统，实现对外业探测数据的提取和转换，将数据处理成数据管理子系统所需要的格式，从而实现地下管线数据入库-更新-管理的良性循环。主要涉及的数据种类包括：管线竣工测量数据、更新测量数据、权属单位提交的其他GIS数据等。具体功能如下：

（1）数据预入：管线原始数据的快速录入，打开、新建、导入等功能；（2）管线成图：进行管线成图操作，管点、管线标注等操作；（3）管线编辑：对管点、管线信息进行添加、修改、删除操作；（4）查询统计：对管点、管线的信息进行查询，以及定位、统计等功能；（5）检查处理：对管线数据进行检查以及相应处理，包括分幅、裁剪、整饰等操作；（6）管线更新：对管线数据进行更新操作；（7）系统配置：方便灵活的系统功能与图形设置。

2.2管线数据监理成图子系统

对于管线点、线表入库数据在入库前进行数据检查和数据成图后的图面检查，确保进入系统数据的准确性。支持自定义数据监理检查规则，可对点线表数据自动成图，可将检查错误项定位到图上相应位置，可生成供管线数据管理子系统入库的GIS格式管线数据。主要是对采用统一数据结构的管线数据，进行字段要求、管线线属性、管点点属性、管线连接关系等数据格式的错误检查后，生成检查报告，待数据格式完全正确后，输入管线库。可生成供管线数据管理子系统入库的GIS格式管线数据。

（1）监理检查设置：数据检查就是指通过观测、统计分析和逻辑分析等对数据建库过程中各个步骤进行错误检查与质量控制，以保证数据质量。我们主要是对已有空间地理资料整理入库以及数据更新入库时的数据进行检查，包括几何位置(即拓扑关系)检查、图形数据检查、属性数据检查等内容各种要素编码规则的正确性检查(编码时是否存有非法的编码规则，其长度与排列顺序是否按规则进行)，如对空间要素的分类代码正确性检查；（2）图形检查：如图形是否封闭、是否重叠、交叉等，包括对几何要素进行相交、重合、打折、悬挂等方式的检查，要素的几何位置(标识点、拓扑面、悬挂线)的检查，自动拓扑错误检查和提示等；（3）属性检查：根据空间数据、属性数据等各数据表之间的逻辑关系，对图形数据和属性数据进行自动的逻辑检查、代码检查等，包括图形与属性内容是否对应、有图形无属性、有属性无图形等；（4）MDB数据检查：MDB数据检查主要包括以下内容：管线数据结构检查、数据唯一性检查、管线连通性检查、埋设方式检查、线点对应检查、点线对应检查、固定项输入检查、排水流向检查、非空字段检查、特征附属物一致性检查。

2.3综合应用子系统

地下管线综合应用子系统提供了强大的地图定位、信息查询、数据统计、决策分析、地图输出等功能，并能为需要地下管线数据的相关部门提供开放的和共享的数据服务，达到为上级领导决策、城乡统筹规划、重点工程建设、城市防灾减灾、应急突发事件等提供重要数据和信息的目的。

（1）视图辅助：通过选择不同的显示模式，在地图上显示相应的视图；（2）地图定位：系统提供多种定位方式，方便用户快速的搜索到指定位置；（3）信息查询：能够进行图形与属性的多种交互式查询，查看管线的属性及多媒体信息，并且各种查询、统计结果的报表打印与图形输出；（4）数据统计：统计全部或符合给定条件的管线数据，并以数据表、直方图、立体直方图、饼图、折线图等形式进行显示；（5）决策分析：系统能够进行地下管线的横断面、纵断面分析；垂直净距分析、水平净距分析、覆土深度分析。给水、燃气发生爆管事故的影响区域分析；交叉路口的交叉点分析；（6）地图输出：系统将地图以多种方式裁剪并输出为PDF。可以将当前地图保存到本地进行查看，通过点击“打印图片”完成对当前地图的打印。

2.4综合管理子系统

地下管线空间数据具有关系复杂、非结构化、数据量大、多比例尺、变化快等特点，并且地下管线空间数据种类繁多、数据格式各异，是信息资源共建共享中的难点也是重点[3]。数据管理子系统实现多种类型、多种格式地下管线数据的有效组织与管理。

（1）基本功能：视图操作、放大缩小、漫游、全图、前后视图，比例尺、量距、标注；（2）数据转换：数据格式和数据来源多种多样，必须进行数据转换，数据转换功能主要是把中间格式的数字化成果或者现有的数据格式转换成空间数据库可以录入的GIS数据格式，系统提供坐标转换功能。坐标转换提供数据在不同坐标系统之间的转换功能，实现数据的统一与共享；（3）数据管理：能根据用户设置的时间提醒用户及时进行数据备份，以保证数据的安全，当数据遭到破坏时，系统能提供安全恢复功能，把备份的数据恢复到数据库，使损失降到最低；（4）信息查询：由图形到属性的查询方式，使查询到的图形处于选中状态，高亮显示，并能对查询到的多个图形能依次浏览闪烁定位，显示其属性信息和图形信息，亦可分别进行多种报表的显示和输出；由属性到图形的查询方式，条件查询方式也称SQL查询方式，通过确定查询条件查询地图中符合条件的管线，使查询到的管线处于选中状态，高亮显示，并能对查询到的多类、多条管线依次浏览闪烁定位，显示其属性信息和图形信息，亦可分别进行多种报表的显示和输出。（5）数据统计：快速统计当前地图中的某一类或某几类管线所有管线的总长度，能根据管线的某个属性值进行分类和汇总。并能对统计结果能进行图形和报表的显示；快速统计当前地图中的某一类或某几类管点的数量，能根据管点的某个属性值进行分类和汇总。并能对统计结果能进行图形和报表的显示；根据上述的各种查询统计结果，能够以表格、直方图、饼图、折线图等加以表示并输出；（6）空间分析：系统能够进行地下管线的横断面、纵断面分析；垂直净距分析、水平净距分析、覆土深度分析。给水、燃气发生爆管事故的影响区域分析；交叉路口的交叉点分析等；（7）数据编辑：系统提供在地图上添加、修改、删除某类点、线、弧、矩形、多边形、标注等功能。

3系统原型实现

系统原型的实现选用微软的.NET技术，采用C#、HTML、JAVASCRIPT等编码语言，利用ArcGIS的COM组件技术进行搭建，数据通过ArcSDE存储于关系型数据库中，用户可以通过客户端进行基本的功能操作与数据操作，同时用户可以通过ArcGIS的Desktop产品对数据进行共享与使用。系统原型运行如下图所示：

4结论与展望

随着智慧城市进程的推进，城市地下管线信息系统的建设逐渐增多，城市地下管线信息系统根据理论对系统进行了研究，初步实现了系统的原型，系统的开发与运行提供参考。随着系统的完善，其在城市地下管线的规划、设计、建设、施工、管理和服务等方面发挥的作用将越来越大，提高管线工作人员的生产效率，降低成本，为智慧城市建设提供基础[4]。

参考文献

[1]吕露.综合管网信息系统空间分析功能的设计与实现[D]．北京:中国地质大学硕士论文,2010.

[2]李成名,安真臻,王继周,等.城市基础地理空间信息共享原理与方法[M].北京:科学出版社,2005.

[3]张著豪,李隆方,邓晓丽,等.基于ArcEngine的城市地下管网碰撞分析研究[J].测绘与空间地理信息,2012,35(11):130-135.

[4]邬伦,承继成,史文中.地理信息系统数据的不确定性问题[J].测绘科学,2006,31(5):13-17.