城市地下管线信息管理系统建设:以淄博市管网信息管理系统为例

刘甲军

（1.同济大学，中国 上海 200000；2.山东正元地球物理信息技术有限公司，山东 济南 250101）

0 引言

城市地下管线是城市的重要基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础，也是城市生存和发展的血脉。但由于多方面的原因，我国现有地下各类专业管线的资料残缺不全，且有关资料精度不高或与现状不符，造成在建设施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，造成停气、停水、停暖、通信中断、污水四溢等严重事故。另一方面，我国现有的地下专业管线的资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理，效率低下。采用科学、准确、完整的综合管线信息系统是地下管线安全、高效运营的保障，而维系地下、地上空间，保证其整体运行的基础设施仍是综合管线。

淄博市地下管线信息管理系统建设是专业的综合管网信息系统，它涵盖了地下管线信息的查询、统计、分析和编辑等功能。淄博市综合管线信息系统建设完成后，将可以时时根据管线的更改和建设更改管线数据，进行相关的抢险、爆管等分析，并且根据即时的管线信息规划城市的建设，对淄博城市发展起到一定的指导作用。

1 系统开发环境

在Windows 7操作系统下，采用Visual C#为开发语言和Visual Studio 2010集成开发环境进行系统开发。GIS开发平台选用目前主流的二次开发组件 ArcEngine10，以ArcSDE为数据库引擎，Oracle 11g为数据库平台。

2 系统总体架构

2.1 系统框架

本系统采用Arcgis平台和Oracle数据库平台开发的综合管线信息系统，系统建设框架包括数据层、连接层、应用支撑层、应用层四个部分，如图1所示。

图1 系统框架

1）数据层

以基础地形数据、基础设施数据和综合管线数据为基础，依托成熟的oracle数据库系统和ARCGIS平台，按照统一的数据标准，建立淄博市综合管网数据库，为综合管网的管理和系统的建设提供数据支撑。

2）连接层

ArcSDE，即数据通路，是ArcGIS的空间数据引擎，它是在关系数据库管理系统 （RDBMS）中存储和管理多用户空间数据库的通路。ArcSDE可以提供空间和非空间数据进行高效率操作的数据库服务。ArcSDE采用客户/服务器体系结构，所以众多用户可以同时并发访问和操作同一数据。ArcSDE还提供了应用程序接口，软件开发人员可将空间数据检索和分析功能集成到自己的应用工程中去。用户通过ARCSDE连接服务器端空间数据。

3）应用支撑层

建立综合管线系统常用功能模块，包括：视图显示、地图定位、信息查询、数据统计、分析功能、数据输出、辅助工具、数据编辑、系统管理和帮助。功能模块如图：

图2 系统功能模块

4）应用层

开发淄博市综合管网地理信息系统，实现综合管线的查询、浏览、分析和系统管理等，方便用户操作和管理。

图3 系统架构模式

2.2 系统架构模式

淄博市地下管线信息管理系统建设采用C/S机构模式进行管线信息化管理，即客户端/服务器模式。服务器端用来接收客户端请求运行服务器端数据。用oracle数据库作为存储空间数据的数据库，Arcsde作为发布空间数据和连接oracle数据库的引擎。此结构模式是城市综合管网信息系统方面比较成熟的体系结构，被大多数用户接受和采用的信息管理模式，具体架构如图3。

3 管网数据结构设计

在设计综合管网对象数据结构时，应根据其专业性质和使用要求设计若干个属性数据项，其中专业信息对象的属性设计必须满足管网维护和网络分析两方面需要，应全面而详细，如配水管线的属性项中管径、管长、管材等就是维护工作中不可缺少的信息。此外，在设计管网对象数据结构时，还要考虑到管网中对象的关系，以便进行数据分析。比如用户提出要能按管线所属的街道、权属单位、埋设类型、材质等条件进行查询，因此这些属性项成为管线数据表结构中的一部分。

3.1 管点数据表结构

管点数据表有分类代码、管线点编号、物探点号、图幅编号、道路编号、管线点序号、管线附属物、地面高程、X坐标、Y坐标、图上注记点号、特征等属性。其管点的数据表结构设计如下。

表1 管点数据表结构表

3.2 管线数据表结构

管线数据表有分类代码、起点物探点号、终点物探点号、道路编号、埋设方式、起始管顶标高、起点的管线点序号、起始端埋深、终止管顶标高、终点的管线点序号、终止端埋深、流向、权属单位、埋设日期、压力、材质、管径和沟宽、管块根数等属性。其管线的数据表结构设计如表2。

4 系统功能

城市地下管线系统把基础地形，地下管线、建筑设施等信息以数字的形式获取、存取、管理、分析查询、输出、更新，为城市地下管网管理提供决策支持。系统以基础地形、道路、市政设施、地下管网等数据为基础，集成了GIS基础管理功能、数据统计功能、分析功能、数据编辑功能、系统管理等功能，其中分析功能为本系统的核心功能。

表2 管线数据表结构表

4.1 基础数据管理

基础数据包括地形数据和专题设施数据，基础地形数据是城市最基本的地理信息，包括各类控制点、水系、工矿设施、交通设施、道路、境界、居民地、管线设施、地貌、植被、及某些属性信息等，用于表示城市的基本面貌并作为各种专题信息空间的载体。专题设施数据是指与各应急系统相关的重要设施信息，包括工业设施、给水、排水、燃气、电力、通讯、热力等管线信息。

对系统涉及到的基础地形数据和专题设施数据进行管理，功能包括：文件管理、视图显示、地图定位、信息查询、数据统计、数据输出、辅助工具、数据编辑等。

4.2 管线分析管理

分析功能模块是本系统的核心功能模块，其功能包括：横断面分析、纵断面分析、垂直净距分析、水平净距分析、覆土深度分析、管线三维分析、管线联通分析、缓冲分析、爆管关阀分析，火灾抢险分析、管线规划设计、道路扩建分析、范围拆迁分析、共通横断面分析、排水阻塞分析等。

4.2.1 管网断面分析

系统可根据在任意位置生成管线的横断面图。系统会自动根据管线数据内插出剖线处的相关数据，然后依据这些数据自动生成横切剖面图。它直观地反映出各管线间的空间相互位置及在地下埋深的情况。

系统可根据管线数据生成一段到多段管线的纵断面图。直观地查看某几段连续的管段在地下相对于地面的走向及埋深情况。

图4 横断面分析

图5 纵断面分析

4.2.2 净距分析

垂直净距分析可对埋设于地下的交叉走向的管线进行分析，判断其在地下的上下关系，计算其在投影交叉处的坐标、高程、相距距离等，最终判定其埋射是否符合国家规范。

水平净距分析可对两条埋设于地下的平行走向的管线进行分析，判断其相距距离等，最终判定其埋射是否符合国家规范。

4.2.3 覆土深度分析

功能直观地查看某几段连续的管段在地下相对于地面的管顶埋深信息，自动计算与该剖面相交的管线。

4.2.4 管线三维分析

查看地图上某个区域内的地下管线三维图形，查看管线、管点在地下空间布置，位置关系、管线走向及其相关管线的属性，并可以人眼的角度进行动态模拟。

图6 管线三维分析

4.2.5 管线联通分析

利用该功能对地图上两个管点间的管线进行联通分析，查看两个管点间是否连通，并在空间位置上高亮显示其联通线路。

4.2.6 缓冲区分析

缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边行，缓冲区分析对地图任意区域进行缓冲分析，通过设置距离查询任一区域在缓冲距离内查看其缓冲范围，并查看范围内的相关信息及属性。

4.2.7 爆管关阀分析

爆管是给水、供热、供气、输油等管网中常见的事故。爆管发生时，不仅造成水、气、油等资源大量流失，而且会影响到人们的正常生产和生活，乃至危及其他管线设施，如造成停电、中断通讯等突发性事件。因此当事故发生后进行高效的事故处理是必不可少的。

爆管分析的一般步骤包括探知事故、分析事故地点和计算关阀方案。在目前技术条件下，事故地点分析还需要在实地探测的基础上确定。确定了事故地点后，下一步就是确定关阀方案，最后根据关阀方案派人进行维修。

当城市内某段给水或燃气管线发生爆管事故时，您可利用系统爆管关阀分析功能在地图上搜索需要关闭的阀门，并用表格记录所有受影响的阀门的坐标，所在道路，以及到爆管点的距离等属性。

图7 爆管关阀分析

4.2.8 火灾抢险分析

当城市某地发生火灾事故时，可利用该功在地图上搜索火灾事故附近的消防栓，为抢险提供决策依据。系统会自动搜索一定半径范围内的所有消防栓，并标注在地图上，同时系统主窗口下方会弹出火灾抢险分析结果表格，表格中记录了所有范围内消防栓的坐标，所在道路，以及到火灾发生点的距离等属性。

图8 火灾抢险分析

4.2.9 道路扩建分析

当城市内某条道路要进行扩建时，利用该功能可对因道路扩建影响到的房屋、绿地、管线等进行分析，分析其空间位置、数量、面积等，为道路扩建决策服务。

图9 道路扩建分析

5 总结

随着城市化进程的加快，城市的地面空间已经显得越来越拥挤不少城市已经陷入地面空间不足的窘境，21世纪是地下空间开发的世纪，地下空间开发李不开地下综合设施信息的支持，本系统为综合管线规划建设和管理部门的决策提供科学的信息参考，设计了基于数字城市理念的城市综合管网信息系统框架，实现了管网信息建库和管理等功能，并对管线规划、抢险等进行了分析和研究。

[1]余慧明.城市地下管网综合地理信息系统的设计与实现[D].郑州：中国人民解放军信息工程大学,2007,04.

[2]李鸿雁.依托信息技术创建长治市综合地下管线动态管理模式的成功实践[J].城建档案,2006(4):26-27.

[3]盂亚锋,张淑英.城市地下综合管网地理信息系统[J].工程设计CAD与智能建筑,2002(2):7-10.

[4]杨秀军,周京涛,张文学.城市建设突发公共事件应急响应信息支持系统[J].城市勘测,2008:182-186.

[5]东凯,方裕.空间数据库模型概念与结构研究[J].地理信息世界,2004,2(2):8-15