地下建(构)筑物普查成果数据库的建设

2016-06-01周京春

测绘通报 2016年4期

关键词：普查语义设施

周京春，黄　瑾

(1. 武汉大学测绘学院，湖北武汉 430079； 2. 昆明市城市地下空间规划管理办公室，云南昆明 650041)

地下建(构)筑物普查成果数据库的建设

周京春1,2，黄瑾2

(1. 武汉大学测绘学院，湖北武汉 430079； 2. 昆明市城市地下空间规划管理办公室，云南昆明 650041)

Construction of General Survey Database for Underground Building and Structure

ZHOU Jingchun,HUANG Jin

摘要：地下建(构)筑物信息的数据管理是城市地下空间整体信息化管理必不可少的一部分。地下建(构)筑物设施的一些独特特性决定了其在空间形态和空间关系上较地上建(构)筑物更为复杂，也决定了对其信息化管理时要更侧重其空间位置和应急防灾信息的翔实程度。本文针对地下建(构)筑物信息的特点、分类、信息普查的目的、需求及其地下建(构)筑物的语义等方面，从地下建(构)筑物的语义模型、几何形态和空间拓扑关系的存储上详细地探讨了其普查成果数据库的建设，并将其用于昆明市地下空间设施普查项目的实践中，取得了良好的效果。

关键词：地下建(构)筑物；普查；数据库；建设；语义

21世纪初期，随着城市城镇化进程的加速、人口环境压力的增长，长期“重地上、轻地下”的城市规划、建设和管理模式所带来的弊病越来越制约着城市的可持续发展。为了缓解城市建设用地不足、交通拥挤不堪、环境日益恶化、抗灾自救能力降低等种种城市综合征，人们开始把焦点聚集在了城市地下空间的开发利用上。城市地下空间是指城市规划区内地表以下的空间[1]，其开发利用是扩充城市空间容量、调节城市土地利用强度分布、城市空间资源有序化配置的重要手段，是确保城市可持续发展，解决和缓解城市发展与空间资源矛盾的重要途径之一。为了合理、有效、有序地开发利用和科学管理城市的地下空间资源，建立城市地下空间信息数据库，就成为一项十分重要的基础工作。

地下空间信息是一种战略资源的科学数据，按其类型可划分为地层信息、地质信息、地下管线信息和地下建(构)筑物信息4大类[2]。各大类所包含的各种实体对象在空间特征、性质形态和数据获取手段上都有着很大的不同，且由于目前地下空间数据尚处于条块分割、分散管理的状态，因此导致现有的地下空间信息化的研究是在地层、地质、地下管线、地下建(构)筑物4类独立信息基础上分别进行的，将地下空间信息作为一个整体来规划和建设的还非常少见[3-4]，且目前的研究工作还主要集中在地下管线和地质方面[5-7]，对地下建(构)筑物信息的空间数据模型、数据组织、数据管理等方面的研究则一直较为落后，甚至在我国大多数城市还没有开展[8]。为了科学高效地开发利用城市的地下空间信息资源，提高地下建(构)筑物信息化管理水平，本文以昆明市重点区域地下空间普查项目为基础，针对地下建(构)筑物信息的特点、信息的分类、地下建(构)筑物的语义模型、信息普查的目的和需求等方面，将对地下建(构)筑物普查成果数据库的设计和建设进行深入思考和研究。

一、地下建构筑物信息的特点

与地上建(构)筑物相比，地下建(构)筑物的建设有着开发无限性与制约性相结合、层次性、不可逆性、致密性、稳定性和单一性内部空间的环境特性等特点，因此地下建(构)筑物信息具有以下特点：

1. 种类繁多

地下建(构)筑物设施种类繁多。随着地下空间的开发利用，很多地面上的设施都被纳入地下，致使地下建(构)筑物的种类越来越多，且其种类在不同时期还会发生演变，如平战结合的人防工程设施在和平时期变成了地下停车场或地下商场。

2. 覆盖区域广

随着城市扩张速度的加快，地上空间的极度紧缺导致不断向地下延伸，各种功能设施如停车、商业、仓储、防灾减灾等多种设施被不断地放置于地下，日积月累的建设使得形态各异的地下建构筑物所覆盖的范围越来越广。

3. 空间关系复杂

由于地下建(构)筑物设施的开发建设有浅层、中层、深层之分，又受到地质情况、已有地下建(构)筑物，或其基础、施工技术、经济能力、开发后的综合效益等多种条件的限制，且目前城市地下空间的规划设计和建设比较杂乱，因此具有不同功能的地下建构筑物设施在地下空间中的分布形态多种多样，地下交通设施、地下建(构)筑物的主体设施、附属设施之间交错形成了不同的网络，其空间关系错综复杂。

4. 信息普查难度大

由于地下建(构)筑物设施的资料分散且残缺，协调工作巨大；地下环境恶劣，照明、通风、通信等条件较差；地下建(构)筑物内部空间狭窄、结构复杂、拐角较多、地下标志难设立、边界难界定，内部及外围层次较难区分，具有较强的隐蔽性、不确定性和不可见性，因此地下建(构)筑物信息的普查工作难度大，必须采用专门的仪器和测量方法，测量效率低，工作量大。

二、地下建(构)筑物信息的分类

基于不同的使用目的和研究方向，地下建(构)筑物信息的分类方法各异，主要包括以下几种分类方法：①按照地下建(构)筑物的形成原因分类，分为自然地下建(构)筑物和人工地下建(构)筑物两类；②按照地下建(构)筑物的开发深度分类，分为浅层空间(地表至-30 m)、中层空间(-30 m至-100 m)和深层空间(-100 m以下)3类[9]；③按照地下建(构)筑物的几何布局形式分类，分为点状、线状和面状地下建(构)筑物设施3大类；④按照地下建(构)筑物的功能用途分类，即采用线分类法，根据地下建(构)筑的主要功能及主特征进行分类，此种分类方法更适宜地下建(构)筑物信息的数字化管理和应用，可以为城市地下空间的规划设计和规划管理提供有效的数据支撑。

本文采用第④种分类方法，并根据《城市地下空间设施分类与代码》(GB/T 28590—2012)[10]将地下建(构)筑物设施分为了7大类，并进行了向下的子类和设施实体扩充，如图1所示。

三、地下建(构)筑物普查的成果数据库设计

城市地下空间资源作为一种新兴的国土资源，其开发利用的目的和意义在于能够推动城市空间的立体化发展，促使土地节约、集约化利用，提升城市功能，提高城市的防灾能力。因此，为了摸清地下空间设施的各种属性而开展地下建(构)筑物设施的普查，并基于普查数据建设地下建(构)筑物信息数据库，就成为现代化城市建设的一项重要内容和将来的发展方向，这对城市的建设和管理有着积极的意义[11]。

图1　地下建(构)筑物信息分类

为了实现上述目的，地下建(构)筑物普查的成果数据库建设应该着重包含地下建构筑物的三维空间位置信息、层次关系、功能类型、应急防灾的出入口、通道的设置，以及内部环境调节方式、环卫功能设置等生理环境，以利于城市地上、地下空间资源合理有序的开发利用和科学的管理。本节将从地下建(构)筑物的语义概念模型出发，给出整个地下建(构)筑普查成果数据库的设计方案。

1. 语义概念模型

从语义方面来看，地下建(构)筑物一般由具有多层次结构的建构筑物主体、地下基础、出入口及其地下通道组成，同时，这些实体对象之间还存在着不同的空间关系，主要有以下4种空间关系：

1) 从属关系：说明组成地下建(构)筑物的各实体对象在空间位置上存在着包含或位于的关系，用来表达地下建(构)筑物与整体地块之间的依存关系，每个出入口与地下建构筑或地下建构筑层之间的包含关系。

2) 关联关系：强调实体对象之间的相互关系，如地下、地上建(构)筑物之间存在的多对多的关联关系，地下建(构)筑物主体与地下基础存在一对一的关联关系。

3) 组成关系：表达部分实体对象是整体实体对象的直接组成单元，但两者分别具有各自的几何特征，如地下建(构)筑物主体与建构筑物各层、与竖向设施之间存在的关系。

4) 连通关系：说明实体对象之间可以相互连接，形成网络路径，用来表达出入口与地下通道、地下通道与地下通道之间的连接关系。

除了上述4种空间关系之外，基于空间分析运算而得出的其他拓扑关系，如实体—邻接、实体—相离、实体—相交等空间关系，因不需要在数据库中显式地存储，本文将不再赘述。根据上述地下建(构)筑物的各种实体对象和对象之间的空间关系，本文设计了地下建(构)筑物的语义概念模型，如图2所示。

图2　地下建(构)筑物的语义概念模型

2. 普查成果数据库的设计

针对上述地下建(构)筑物的语义概念模型，为了便于外业普查记录和成果图的自动化生成，本文根据每大类地下建(构)筑物设施的实体对象、空间关系及其几何特征，设计了普查成果数据库的层次结构，见表1。

表1　地下建(构)筑物普查成果数据库的层次结构

续表

地下建(构)筑物各大类设施要素的共性属性存储在xxxx_Overview表中；几何信息按照点、线、面几何类型统一存储在xxxx_Geometry表中；各对象之间的从属、关联和组成关系显式地存储在各自的关系数据表中，对象之间的连通关系显式地存储在DXKJ_Connectivity表中。整个地下建(构)筑物普查成果数据库的数据组织结构如图3所示。

图3　地下建构筑物的数据组织结构

四、结束语

地下建(构)筑物信息的数据管理是城市地下空间整体信息化管理必不可少的一部分，在地下建(构)筑物普查中，若仅仅将其信息按照点、线、面分类存储于3大类数据表内是远远不够的。地下建(构)筑物设施的一些独特特性决定了其在空间形态和空间关系上较地上建(构)筑物更为复杂，也决定了对其信息化管理时要更侧重其空间位置和应急防灾信息的翔实程度。本文从地下建(构)筑物的语义模型、几何形态和空间拓扑关系3个方面详细地考虑了地下建(构)筑物普查成果数据库的建设，并已将其用于昆明市地下空间设施普查项目的实践中，取得了良好的效果。

但是，可以预见4大类地下空间信息的综合管理和集成应用还将对地下建构筑的数据管理提出更复杂的要求，还需在现今的数据库模型上进一步深化研究，使之能够切实地满足城市地上、下资源统筹管理、有序开发利用的迫切需求，为城市未来的发展带来有益的作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部．城市地下空间开发利用管理规定[Z]．2001-11-20．

[2]江贻芳，王勇．城市地下空间信息化建设探讨[J]．河南理工大学学报，2006，25(5)：377-382．

[3]朱合华，郑国平，张芳．城市地下空间信息系统及其关键技术研究[J]．地下空间，2004，24(5)：589-595．

[4]周翠英，陈恒，黄显艺，等．重大工程地下空间信息系统开发应用及其发展趋势[J]．中山大学学报(自然科学版)，2004，43(4)：28-32．

[5]毕天平，周京春．昆明三维地下管线系统应用与研究[J]．测绘通报，2014 (2)：93-96．

[6]史廷玉，黄勇，张志全．面向多种应用主题的地下综合管线数据组织方法的研究[J]．测绘通报，2005(1)：35-38．

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[8]郭鹏，王超，夏吉祥，等．多层次地下建构物三维数据模型与应用[J]．地下空间与工程学报，2013，9(2)：309-313．

[9]陈伟，仝洪昌，焦永军．如何成功开发利用城市的地下空间资源[C]∥矿山建设工程新进展——2006全国矿山建设学术会议文集(下册)．合肥：合肥工业大学出版社，2006：556-560．

[10]中国国家标准化管理委员会．城市地下空间设施分类与代码：GB/T 28590—2012[S]．北京：中国标准出版社，2012．