城市地下管线信息化管理系统设计研究

谈畅 赵伟

摘  要：管线数据库是地下管线管理信息系统的核心，本文以数据库设计为研究对象，首先分析了地下管线数据的特点和数据结构，在此基础上，结合数据获取方法探讨了管线数据模型和编码设计，最后分析了数据组织方法，系统的设计将为管理部门宏观决策提供准确的实时管线信息，为城市防灾保险等提供决策服务，保障城市地下生命线的安全运行。

关键词：城市综合地下管线  数据库  数据模型  数据结构

中图分类号：TU990.3                        文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0146-03

Abstract： Pipeline database is the core of underground pipeline management information system. This paper takes database design as the research object. Firstly， the paper analyzes the characteristics and data structure of underground pipeline data. On this basis， combined with the data acquisition method， it discusses the pipeline data model and coding design. Finally， it analyzes the data organization method. The design of the system will for the management department macro decision-making provide accurate real-time pipeline information， provide decision-making services for urban disaster prevention insurance， and ensure the safe operation of urban underground lifeline.

Key Words： Urban comprehensive underground pipeline;  Database;  Data model;  Data structure

城市地下管线调查是城市建设、规划的重要基础[1]。20世纪90年代初以来，我国一些城市进行了地下管线调查，获得了大量地下管线资料[2]。如何管理这些宝贵的地下管线资料，最大限度地发挥地下管线调查的经济效益是重要任务[3]。

以往的管线资料管理手段大多使用文本文件和数据库存储管线的属性数据，使用DWG图形文件存储管线的图形数据，图形数据和属性数据完全分离，资料管理混乱，资料更新速度慢。城市地下管线信息系统建设的核心是数据的组织管理，本文提出基于空间数据库的管线数据管理方法[4]。

1  地下管线数据的特点

城市地下管线信息与地形、城市地籍、房地产信息是同一城市中最具代表性的空间信息[5]。与其他三者相比，管线数据具有独特的特征，主要表现为：

（1）数据量多，定位精度高。

（2）相关管线的权属和信息利用部门很多，信息收集和管理很困难[6]。

（3）从中心城区向周边方向，管线数据的重要性和使用频率逐渐降低，空间形态分布呈现不均匀性。

（4）市政管线的空间数据范围相对固定，多在规划道路之下。

（5）在同一空间位置，依存的管线属性信息很多很复杂。不同用户感兴趣的对象不同[7]。

（6）管线埋设在地下，具有隐蔽性，难以采集。

（7）时间属性很重要，是4维、动态的空间信息源。

（8）管线信息的连通关系要求特别高。

由于上述特点，城市地下管线数据质量的好坏和数据完整性是地下管线数据组织管理的瓶颈问题之一，许多城市管线信息系统的建立与管线调查相结合[8]。

2  管线数据的信息结构

根据管线数据的固有特征，将管线数据抽象为计算机能够表现的点、线数据类。

（1）管线点：包括管线相关的附属设施、特征点、建筑物的中心点等，用一个坐标点表示。

（2）管段：相鄰两个管线点之间的连接线，即用两个坐标点表示的直线段。

（3）管线列：由具有相同属性的多个管段的集合、多个坐标值构成。

（4）管网：具有相同类型属性的管线字符串和管线点的集合。一个属性的管线只有一个管网，同一层具有有序拓扑结构。 管网有两种结构：树和网格。

图1中，a到g是管线的特征点，AB、BC、CD、BF等是管段，BEFG是管线列。

数据是所有GIS系统的核心，必须基于数据表示所有GIS功能。因此，数据的完整性、完整性、质量的好坏大大决定了系统的好坏。

3  地下管线数据的获取

地下管线数据的获取方法有地下管线调查和地下管线竣工测量两种。

（1）地下管线调查。

城市地下管线调查是指，在一段时间内，按照城市规划管理的要求，根据城市具有的技术和经济能力，采用最经济、科学、合理的方法，明确城市建设区和城市规划发展区内地下管线的现状，获取正确的管线相关数据，获取管线图，城市地下管线调查工作方法包括地下管线现状调查、城市地下管线探测、地下管线测绘等。

（2）地下管线竣工测量。

地下管线调查在一定期间内只能进行一次。该方法实际上对城市地下管线数据进行完全总结调查，建立地下管线数据库。由于城市管线工程每天几乎都要进行，地下管线资料的动态更新主要依靠管线竣工测量来动态获取管线资料。

地下管线竣工测量应在地下管线铺设后盖土前进行。其任务是记录测量地下管线的平面位置、海拔即测量地下管线的埋入深度、规格及批准的定位尺寸，记录的地下管线性质、材质、方向、埋设时间、权属单位等。制作地下管线竣工平面图，制作地下管线成果表，同时根据需要填写地下管线工程竣工测量验收记录表。

4  地下管线数据数据模型

（1）地下管线管理系统的数据结构。

地下管线管理系统的数据包括地下管线、管点图形和属性数据、坐标分幅、道路网图、城市地形图、建筑物、地块、注释等辅助要素，其具体的数据结构如图2所示。

（2）管道数据模型。

管线数据模型由两个管点构成的管线数据，即管线的起点和终点，包括管线数据表和管点数据表。管线数据模型如图3所示。

5  数据编码

每个信息系统都有一个编码系统。为便于数据交换与共享，制定了城市地下管线综合信息系统编码方案和属性数据库设计方案。

（1）管线类代码，包括10类。 代码是供水（ j ）、雨水（ y ）、污水（含雨排水） （ p ）、气体（ m ）、交通信号（ t ）、路灯（ r ）、供电（ l ）、电信（ x ）、道路中心点（ c ）、人防特征点（ f ）。

（2）街道编号：对城市的所有街道进行编号，用4位整数进行编号（ 0001—9999 ）。

（3）管线点编号：用10位字符串编号。前6位是1：500缩尺图编号，第7位是管线类别编码，第3位是管点序号。检入数据时，管线点编号带有阵列编号，绘图注释、显示时只有后4位。此方法可确保编号是唯一的，并且绘图注释简洁。

（4）管线代码： 6位。 第1位是大写字母P，与其他基础地理信息系统的编码方案区别使用的第2位管线类别编码，第3位是每种管线的子类型编码，第4位是要素类型编码，从1到5分别表示中心线、管线特征点及附属物、管线上方建筑物中心点、管线辅助要素、管线注记;第6位暂保留。

（5）管段由管道特征点结构表的关联字段生成，无编码。

管网要素的属性信息主要包括线属性和点属性，它们分别对应于线（中心线）要素和点要素。对于与管线辅助元素无关的属性表（例如管线楼板建筑物或管线边界），每个属性都由相应的中心点和中心线表示。

在数据库结构表中创建管点表和管线表，特征表对应10种管线，设置19种字段结构，对应19种表（如图4所示）。不同类型的管线具有不同的附属设备表。子类管线具有不同的属性表，但结构相同。每种类型的管线具有相应的管线，用于记录相应管线的嵌入深度、管道偏移等特殊属性。

6  数据组织

在城市地下管线综合信息系统中，所有管线信息都是要素，可以从零到多个属性值。系统采用空间混合数据模型，分别存储图形数据和属性数据。元素的图形数据存储在地图文件中，利用MicroStation dgn图形文件的属性数据存储在数据库中，使用大型关系数据库Oracle。图形元素包括要素id和属性id。并且，由于城市总体的地下管线的数据量大，数据以1：5000比例存储在不同的设计文件中，对应地连接在不同数据库表的DGN图形文件，符号和线型都以1：500的比例存储，根据需要缩小到其他任意比例，在数据库中存储所有数据的描述信息，在一系列数据表中描述和管理所有数据。

7  结语

管线数据库是城市地下管线管理系统的核心，基于地下管线管理系统，可以实现管线信息的动态管理，为城市规划与建设提供服务。更好地管理各种干线信息，及时更新维护各种专业管线数据，保证管线数据的准确性和现状，为管理部门宏观决策提供准确的实时管线信息，为城市防灾保险等提供决策服务，保障城市地下生命线的安全运行。

参考文献

[1] 钟斌.高校地下分布式水电管線信息化建模仿真[J]. 计算机仿真，2019（12）：442-446.

[2] 刘畅.基于WebGL的三维管线可视化关键技术研究[D].成都：西南交通大学，2018.

[3] 谭仁春.武汉市城市地下管线建设信息化管理研究与实践[J].城市勘测，2018（11）：20-24.

[4] 高微.面向管网信息共享平台的服务粒度及其应用研究[D].成都：西南交通大学，2016.

[5] 孙洁.试论城市地下管线档案管理与信息化建设[J].兰台内外，2020（4）：71-72.

[6] 王俊清.城市地下空间信息系统集成与管理研究——以天津为例[D].天津：天津大学，2018.

[7] 何江龙. 新形势下城市地下管线信息化的特点及对策[J].测绘通报，2017（1）：12-17.

[8] 侯至群. 新形势下城市地下管线信息化管理的思考[J].中国测绘， 2019（11）：6-8.