基于GIS的城市地下管线信息系统的设计研究

基于GIS的城市地下管线信息系统的设计研究

杨红生

新疆地矿局第三地质大队测绘中心841000

摘要：城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市赖以生存和发展的生命线。由于资金和技术等原因，管线数据长期以来以图表和文字资料形式保存，管理手段落后，管理效率低下，对城市的建设与发展造成严重影响。

关键词：城市；地下管线信息系统；功能；数据库

地理信息对城市发展基础性的作用日益突出，埋设于城市地表以下的各类管线作为城市既有资源同时对地下空间资源的利用也起到严格的制约作用。因此基于数字城市地理空间框架建设基础上的地下管网GIS系统是目前我国每个城市必须面对的课题。近年来虽然采用计算机辅助制图（CAD）等手段，仍不能适应信息时代城市规划管理和建设的需求。随着GIS、空间数据库、计算机网络等技术的发展与成熟，基于GIS技术建立的城市地下管线管理系统综合了计算机图形技术和数据库技术，实现了对繁杂的管线数据进行现代化科学管理，达到管线数据的可视化和实时更新，并进行动态综合规划管理和分析。

1、系统建设目标与体系结构

1.1系统建设目标

建立城市地下管线管理信息系统是一项投资大、涉及专业广、周期长的系统工程。为实现社会效益与经济效益的统一，必须实现以下目标。

1）建立地下综合管线数据库。

在计算机网络环境下，以GIS技术为支持，建立综合管线数据库，可及时对数据库进行更新，为不同政府职能部门提供管线数据源，为城市建设和规划提供准确的地下管线资料。

2）统一管线信息的数据标准。

统一信息的格式、空间参照、样式、图例；统一数据的分类和编码标准。

3）管理应急预案。

对各类管线及其附属设施的应急预案进行收集、绑定、管理。

4）满足市政管理的业务需求。

以整合的地下管线综合信息为基础，实现市政管理的行政许可、年度计划、应急协调等业务的信息服务和决策支持需求。

1.2系统框架

系统逻辑上从下到上依次为数据层、中间层、应用层。

1）数据层：系统采用关系数据库管理系统Oracle管理空间数据和属性数据，确保了空间和非空间数据的一体化集成，还可实现事物处理、记录锁定、并发控制、数据仓库等功能。

2）中间层：采用ArcSDE作为空间数据库的引擎，将应用层提出的请求转换为服务器数据层的请求，并将数据层返回的结果提交应用层。

3）应用层：应用层是用户直接接触的部分，提供给用户的是整个系统的最终表现，用户通过应用层实现数据入库、查询统计、图层管理、空间分析、成果输出等功能，完成系统应用。

1.3系统结构

在系统的应用结构设计上，采用基于分布式GIS的结构设计方案，采用C/S和B/S相结合的结构体系。这样一方面可以保证内部业务的处理和数据安全性；另一方面又可实现数据共享和综合应用。

2、数据库设计

数据是地下管线信息系统的核心，数据库的建立是实现地下管线信息系统功能的关键所在。

2.1数据库结构设计

地下管线数据库结构如图1所示，包括属性数据库设计和空间数据库设计，其中空间数据库包括地下管线图形信息和1∶1000基本比例尺地形图，属性数据库分为管线线数据库和管线点数据库。

图1地下管线数据库结构设计

2.2数据模型

管线数据由管点和管线组成。

1）管点的定义。

包括一般测量点（位置点）、特征点（依管线种类不同而异，如给水有：弯头、三通、四通等）、附属物点（依管线种类不同而异，如给水窖井、消防检、阀门等）。

2）管线的定义。

两相邻管点之间的连接。可作为管线起点和终点的管点类型有特征点（三通、四通、人孔）、附属物（阀门、消防栓、窖井、接线箱、污水箅、手孔、上杆）、变径点/变材点、埋设年代变化点、权属单位变化点、报建案号变化点、测量任务变化点。

2.3数据组织

系统数据包括管线图形数据和属性数据，图形和属性数据统一存储在关系型数据库中，通过ArcSDE访问，避免了以往图形和属性数据分离存储的缺点。整个城市的数据以管线种类进行分类，每一类管线占用两个数据表（管点表和管线表）。这种数据组织方式的特点是数据不再需要特定的GIS格式数据，更易于数据的社会化共享。特别是能与规划管理办公自动化系统紧密结合，相互共享数据库。

3、系统功能设计

3.1基础GIS管理

该模块提供了对GIS数据管理的一些基本功能，包括文件和网络管理、基本绘图和图形编辑、数据查询和统计、数据输出、数据转换、符号管理和系统管理等。

3.2管线查询统计

该模块可使管理人员快速方便地得到想要的资料和信息，统计所需要的数据，从而能够帮助管理人员高效率、正确地进行管理和抉择。功能包括管线及附属设施的快速查询、符合条件查询、管线及附属设施信息的统计分析、最近设施搜索等。

3.3管线数据动态更新

该模块提供管线工程竣工测量成果与普查成果的合并功能，包括误差分析与冲突处理、管线数据的修改、管线数据批量导入、多样化的管线数据增加、设计及竣工数据回贴、管线数据删除与废弃等。

3.4管线综合分析

该模块可以帮助人们较直观地了解到地下管线的现状、分布和走向及管线间的相互关系，并且可以在发生管线事故时为制订处理方案提供技术支持。分析功能包括：管线的横、纵断面图分析，管线的3维浏览和查询，管线碰撞分析，管线爆管分析和关阀搜索，抢险分析，最短路径分析，管线上下游追踪、管线预警分析等。

3.5对外服务

对外服务包括报建管线图的生成（包括综合管线图和大比例尺横断面图）和图面整饰（包括图形裁减、图廓建立，以及图形旋转及其他图形编辑功能）。

3.6管线工程规划管理自动化

竣工测量的管理：管线竣工后将正确的测量成果按相关要求录入数据库，对现状管线数据库进行更改和更新操作，以及管线报建图的操作。办公文档管理：将规划管线与办公自动化相关联，实现规划管理对办公自动化文档的查阅和图文一体化操作。

3.7网上发布

Web用户登录进入专属网站，在权限许可范围内查询各种管线数据。

结语

系统的正常运行和动态管理首先需要从制度上加以保证，其次要在技术上有一定的保障，需要有测绘队伍常年进行管线数据的实时更新，最后，要探索系统的自我发展道路，不断收回投入，积累资金和经验，为下一步的建设做好资金和技术上的准备。只有实现了系统自我良性发展道路，地下管线动态管理系统才有生命力和发展动力。

参考文献：

[1]杨晓伟.阜新市地下管线信息系统应用研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2004.

[2]王珊，萨师煊.数据库系统概论[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]杨骏.“数字城市”中的空间本体数据库研究[D].西安：西北交通大学，2007.