管线地理实体编码体系与组织管理模式探索

周 静 严建国 邓晓红

(南京市城市地下管线数字化管理中心, 江苏 南京 210000)

0 引言

地下管线作为市政基础设施,是城市智慧管理和安全运行的关键。为全面摸清地下管线的现状,国内很多城市通过开展管线普查、管线数据库建设、管线信息系统研发，建立了各具特色的管线信息化管理模式,实现管线数据的综合管理与应用。然而,随着智慧城市的建设,对各类地理信息资源的空间特征、属性特征与组织管理体系要求逐步提高,为满足各类管理需求,地理实体数据成为新型测绘产品的主要代表。

地理实体是独立存在,并可唯一性标识的自然或人工地物目标和对象[1],也是政府管理的基础单元和基础内容[2],是多源数据融合的基本单位[3]。2009年,国家基础地理信息中心基于地理信息公共服务平台的需求,设计了基于图元的实体数据模型。为落实相关要求,各省市陆续开展基础地理信息实体化的相关研究和建设工作。然而,在当前研究和应用领域,地理实体的构建基本围绕道路、河流、房屋、院落等基础地理实体开展[4-5],对于城市地下管线鲜有涉及,区别于其他基础地理信息,地下管线数据具有特殊的空间结构特征和属性组织关系,其表达与应用体系相对薄弱,尤其是在管理领域,管线数据长期面临多源异构、共享困难等问题,其分类体系、编码方式难以统一,不同单位生产的管线数据更新管理模式相对独立,也不利于数据的辅助分析和综合应用。

1 管线地理实体与编码体系

1.1 管线地理实体定义、层次划分与表达

按照地理实体分类原则,地理实体可分为基础地理实体和扩展地理实体[6],基础地理实体主要是指对现实世界实体对象的抽象,扩展地理实体一般指行业性、专业性的地理信息经实体化形成的地理实体[7-8]。由于管线数据属性信息和空间拓扑结构的特殊性,本文引入基础地理实体和扩展地理实体相结合的方式对其进行定义和表达。管线地理实体是指敷设于地下、出露于地表和架空,用于传送能源、信息和排泄废物等的管道(沟、廊)、线缆等及其附属设施,包括管点地理实体和管段地理实体(图1)。管点地理实体是指由管线的附属设施、特征点组成的点状地理实体,具有一定的运营管理和空间辅助意义,包括管线的设施、设备、配件与辅助特征,其中,辅助特征点仅用于构建连续的管线拓扑网络,不存在实体对象,在本文使用扩展地理实体对其进行抽象表达,因此,在管点地理实体中,设施实体、设备实体、配件实体为基础地理实体,辅助实体为扩展地理实体。

图1 管线地理实体构建层次结构图

管段地理实体是指由管点基本地理实体作为起止点构成的连续管段,包括供电管段、雨水管段、天然气管段等。

地理实体数据的表达由点、线、面图元组成,为对管线地理实体进行实体化表达(图2),李先波提出了基于图元的地理对象实体化规则[9];李元復等提出了基于交叉路口综合匹配度的城市道路实体化构建方法[10]。根据管线数据特征,管点地理实体的实体化按照要素分类,对具有明确空间位置的附属设施与特征点抽象为点图元进行表达;管线地理实体的构建原则是:(1)由管点基本地理实体作为起止点相连的连续性线段为一个独立的管段地理实体;(2)因扩展地理实体分割而形成的线段为管段地理实体的图元;(3)管段地理实体可由多个图元组成,两者是一对多的关系。

图2 管段实体化示意图

1.2 管线地理实体分类与编码体系

地理实体数据分类是实现数据管理与共享的基础,当前,涉及管线数据分类的标准较多,尚未形成统一的原则和标准[11],为兼顾管线信息共享需求,本文基于《管线要素分类代码与符号表达》[12]与《管线数据标准》[13],按照功能、特征、实体的原则,对管线地理实体的类别进行编码设计。

管线地理实体类别代码为层次码结构,由四层、六位阿拉伯数字组成,见图3。

图3 管线地理实体分类编码规则

本文提出的管线功能代码为1位代码,主要依据管线地理实体的大类进行划分,例如电力管线编码为1,信息与通讯管线编码为2。

功能主特征码是依据各类管线地理实体所传输的介质和功能主特征进行分类,为2位代码,例如,电力管线地理实体的功能主特征码见表1。

表1 电力管线功能主特征代码表

实体类代码依照管线地理实体对象分类进行编码设计,所有的管线实体类分为管段、设备、设施、配件、辅助等,如电力类供电管线实体类分类代码见表2。

表2 管线实体类代码表

管线实体子类代码是指管点地理实体和管段地理实体的实体对象的编码,例如,供电管线地理实体的类别代码如表3所示。

表3 管线实体分类编码示例表

1.3 管点实体编码规则

地理实体在被人类认识和表达的过程中,是由几何形态、语义特征和属性信息共同描述的[14]。在对于地理实体的数字化表达中,编码是对象化的基础认证,结合管线地理实体的特征和结构,本文融合空间信息、语义信息和属性信息进行实体编码规则设计。管点地理实体编码规则是以行政区划、分幅格网作为基本空间单元,再赋予实体分类编码、特征码和顺序码,确保编码在绝对空间上的唯一性。具体编码规则见图4。

图4 管点地理实体编码规则

该编码规则包括行政区划6位代码,地理格网(1∶500地形图分幅格网编号)9位编码,管点实体分类6位编码,顺序码3位,校验码1位。通过该编码规则可以较好地实现与当前管线数据的映射,降低地理实体数据处理的难度,也能够实现对实体对象较为全面的特征表达。若管点地理实体因废弃被拆除,则编码不再被其他管点地理实体占用,新增管点地理实体随已有编码递增。

1.4 管段实体编码规则

根据管线地理实体的定义,管段地理实体与管点地理实体具有一定的拓扑关联关系,不同类型的管点地理实体将连续的管段分解为图元的概念进行表达,因此，需要通过编码将不同图元的管段建立连接关系,实现对管段地理实体的完整表达。

管段地理实体在空间上以行政区划、分幅格网作为基本单元,再通过实体分类编码、顺序码、图元顺序码、特征码和校验码保证编码的唯一性，编码规则如图5所示。

图5 管段地理实体编码规则

该编码规则包括行政区划6位代码,地理格网(1∶500地形图分幅格网编号)9位编码,管点实体分类6位编码,图元顺序码2位,顺序码3位,校验码1位。若管段地理实体分布在两个空间单元内,则以其线段中点所在位置为准。

2 管线地理实体属性结构体系

2.1 管线地理实体基本属性结构

基本属性结构(表4)用来表达管线地理实体的名称、类别、产生时间、消亡时间、使用状态、权属、空间位置等,所有管点地理实体与管段地理实体的基本属性结构一致,能够满足相关数据管理、更新的需要,同时能够表达管线地理实体的时空状态。

表4 管线地理实体基本属性结构表

2.2 管线地理实体扩展属性结构

不同类型的管线地理实体具备特殊的功能要求,所以通过扩展属性结构来描述不同地理实体的特征差异与专业化属性,例如电力管线地理实体包括电压值、总孔数、占用孔数、线缆条数等扩展属性,给水管线地理实体包括防腐类型、保护材质等扩展属性,这在一定程度上改变了传统的以统一属性结构进行综合管线信息管理的模式,建立了综合管线数据、专业管线数据之间结构统一的数据组织基础,运用地理实体的概念建立了不同类型的管线信息交互和映射通道。

3 管线地理实体数据管理模式与应用验证

3.1 管线地理实体数据管理模式

基于新型基础测绘的相关要求,地理实体数据将改变传统数据的管理方式,建立不同专题、不同类型管线数据的逻辑关联关系[15],从而解决多源数据的共享难题。地理实体数据从采集、生产、管理、更新到应用的模式都将与传统数据管理模式有所区别,传统的管线数据组织是通过测绘数据直接分层管理、独立存储的方式开展的,无法实现各类专业信息、空间信息、属性信息、关系型信息的统一管理。而基于地理实体的管线数据组织管理模式是以现有的管线测绘数据为基础,提取出基础空间信息和属性信息,从专业管线数据中提取出专业运营信息,同时根据管理特征提取出管线地理实体之间的关系信息,通过唯一编码将各类信息融合管理,实现索引构建,不同信息可独立存储,兼顾分布式存储和大数据检索的需求,使逻辑模型和现实地理信息对象更加统一。在数据更新方面,由于管线地理实体充分融合了各管线专业特征,管线权属单位可依据统一数据标准完成本专业管线地理实体的采集和更新,然后统一更新至管线地理实体数据库,而管线地理实体数据库发生变化,也可通过唯一编码实现专业管线数据的协同更新,改变当前综合管线与专业管线数据异构并行的管理方式,实现管线一张图的共同维护和利用。管线地理实体数据管理模式如图6所示。

图6 管线地理实体数据管理模式

基于统一编码的构建,实现了管线地理实体与基础地理信息数据、三维模型数据、专题应用数据等相关数据的信息互联,能够便利地进行各类属性信息的挂接和调用,通过“一码关联”形成了满足多元化应用需求的数据组织模型。

3.2 管线地理实体应用场景

面向管线管理应用需求,以地理实体数据为基础,能够实现各类相关社会管理要素、专业要素的关联,能够为综合管理与应用建立一个全面精准的管线基础信息资源库,同时也为管线大数据分析挖掘提供条件。通过地理实体编码建立各类管线信息和基础地理信息统一管理的平台系统,能够满足各类复杂分析应用的场景需求,形成多元化的服务产品,满足社会公众、政府管理、行业管理的需要。

4 结束语

本文基于新型测绘数据产品要求,立足于当前管线信息管理的难题和问题,提出顾及结构特征的管线地理实体定义,通过对管点地理实体和管线地理实体的编码体系和属性结构进行研究,形成较为完整的管线地理实体数据模型,并在突破传统数据管理模式的基础上,形成以管线地理实体为核心的新型管线信息管理模式,逐步推进多源管线信息的共享与融合,形成统一的管线地理实体服务和产品,为智慧城市建设、智慧管网运营提供精准的信息支撑。