基于GIS的地下管線資產數據入庫檢查與更新

趙虎川，翟林，廉光偉，曲超

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引言

城市地下管線是城市的重要基礎設施，它的安全運行是現代化城市高效率、高質量運轉的保證，它承擔著傳輸能源流、物質流和信息流的重要使命，被稱為城市的血液［1］。管線信息是數字城市中一個重要的動態變化信息源。隨著城市化的發展、城市建設的深入和城市的改造，新的地下管線將不斷增加，而原有不適應城市發展要求的管線將被廢棄或更換。面對分布錯綜復雜的地下管線數據，在進行城市規劃、設計、施工和管理等工作中，如果沒有完整精確的地下管線信息就會到處碰壁，寸步難行，甚至引發災害事故，造成重大損失。

為此，全國許多城市開展了地下管線探查測量工作，工作內容分為兩個方面:一是探測現狀地下管線，收集完整現狀地下管線資料;二是建立地下管線信息管理系統。通過以上方式，國內近百個城市建立了綜合地下管線信息管理系統并已投入運行［2］。而其中，實現地下管線信息系統數據實時、動態更新，保證系統數據的完整和準確性，是地下管線信息管理系統正常發揮作用的關鍵。

GIS技術在城市地下管線管理中得到廣泛應用［3］。GIS技術具有對空間數據和屬性數據高效維護、數據轉換、拓撲分析以及空間分析等功能［4］，能科學、完整、準確的描述城市地下管線分布特征。把先進的GIS技術引入到城市地下管線管理中，將為規劃管理部門提供可靠決策支持，實現城市地下管線現代化、信息化的建設和管理，實現地下管線數據的實時、動態更新維護。

本文以中新天津生態城地下管線資產數據為例，闡述基于GIS技術的城市地下管線數據入庫檢查與更新流程和實現技術。

2 地下管線數據模型

面向對象的模型具有很強的表達力，它是以對象作為基本建模單位，無論多么復雜的實體都可以用一個對象來進行標示，對象之間可以通過對象標識建立聯系［5］。面向對象模型能直接表達一對多的關系。

地下管線雖然種類較多，但是管線的空間結構基本一致。基本都是由管線點、管線段及附屬設施構成，在GIS中用點和線分別表示。在空間上管點表現為零維(直通、三通、閥門、閥門井等)，管線段表現為一維對象(排水管線、給水管線、燃氣管線等)［4］。

管線點和管線段的關系如圖1所示。

圖1 管線數據模型

由圖1模型可確定管線點和管線段之間的關系，便于設計管線點和管線段的存儲管理模型，并以Shp數據格式入庫檢查和更新維護。

3 地下管線數據入庫檢查與更新流程

要實現管線動態更新，首先要建立地下管線數據庫，分別為現狀庫和歷史庫［6］。現狀庫中數據可以直接利用已經存檔的地下管線數據的拷貝，方便現狀數據的管理、查詢統計、空間分析、專業應用等功能，歷史庫是每次更新后備份的歷史數據，用來實現管線數據的歷史回溯。

在實際情況中，數據生產部門根據業務需求地下管線進行探測和測量，對管線數據庫進行更新。為了避免重復勞動，經常把需要更新的局部范圍內的數據提取出來用作修測的數據源，只對其中需要更新的內容進行更新，這樣可以節省成本，提高更新效率［7］。

地下管線入庫檢查及更新流程如圖2所示。

圖2 地下管線數據入庫檢查與更新流程

3.1 入庫管線數據自檢

將外業探測得到的地下管線數據生成為DWG格式，經過天津管線數據采集系統進行初步檢查后，導出為DCI格式數據，然后通過本系統的轉換工具，把DCI格式數據轉換為Shp數據。對生成的管線Shp數據，先進行數據自檢。

依據2009年《天津市地下管線工程現狀及竣工數據匯交規定》［8］(以下簡稱《規定》)中對于地下管線數據入庫制定的管線檢查規則，同時根據現場調查情況，整理形成檢查規則知識，通過對知識的挖掘整理，將管線數據檢查規則分為常規檢查和專項規則。

(1)常規檢查。針對所有類型管線的檢查。包括管線數據格式，數據結構，屬性的完整性、規范性和有效性，管線的空間上的唯一性、物探點號的唯一性等各項檢查，管線點、管線段平面坐標范圍和高程范圍的有效性和空間一致性等等內容。

(2)專項檢查。即針對某幾類管線及某些屬性字段的檢查。比如檢查給水、燃氣、熱力、工業管點的特征值中起止點、直通、三通、四通、五通、六通是否與相應數目的管線相連，而電力、電信管點特征值則是起止點、直通點、三分支、四分支、五分支、六分支;檢查管點附屬物為變徑、變埋、變深、變材時關聯管線的相應屬性是否變化;檢查附屬物為井類應滿足“井底高程=地面高程－井底埋深”等等。

根據以上檢查程序輸出檢查結果，存在錯誤信息則把檢查結果提交給外業探測人員和內業工作人員進行核查、修改或重測。直到滿足入庫條件為止。

3.2 管線數據更新

入庫管線數據與現狀庫中管線數據合并更新是整個數據庫更新的核心部分。合并更新分為管線的修改、新增和廢除［9］三個方面來完成。

(1)管線修改

包括管線點的修改和管線段的修改。首先要判斷重位的管線點和管線段，根本上，是接邊點的判斷。

①接邊點的判斷

根據《規定》中接邊點的判斷條件和外業探測經驗，判斷接邊點的流程實現如圖3所示。

通過圖3所示，可以判斷接邊點以及和接邊點關聯的管線段。

②接邊點及關聯管線段的入庫更新

在現狀庫中，把相關變更管線(點和線)的屬性數據變化情況列出對比，對管線屬性進行變更入庫，空間數據不做變更。變更前的管線更新入歷史庫。

(2)管線新增

循環遍歷入庫管線，并與更新范圍內現狀庫中同類別管線進行位置對比，如果未檢查到重位管線，則認為是新增管線。

對于新增管線，只需將管線數據(屬性數據和空間數據)并入現狀庫。

圖3 判斷兩管點重位

在新增管線點時，檢查該管線點物探點號在現狀庫中是否已經存在，如果存在，則修改物探點號，同時修改關聯該管線點的管線段的起始點號和終止點號。

(3)管線廢除

隨著中新天津生態城的發展，原有的一部分管線因不適應城市發展將被拆除，在提交的入庫管線數據中不會包含拆除的管線數據，所以需要和庫中數據進行拓撲對比，統計被廢棄的管線數據。

具體實現方法:循環遍歷更新范圍內現狀庫中管線數據，并與入庫管線數據中同類管線進行位置對比，如果為檢測到重位管線，則認為該管線被廢棄。

對于廢棄的管線，從現狀庫中進行刪除處理，更新現狀庫。把廢棄的管線更新入歷史庫進行保留。

4 應用實例

4.1 開發環境

為滿足天津生態城地下管線數據管理的需要，開發了城市管線資產統計系統。該系統基于C#2008和ArcEngine 9.3進行開發，采用Oracle10g數據庫來存儲空間數據及業務數據，空間數據庫引擎為ArcSDE 9.3 for Oracle 10g。數據庫設計為歷史庫和現狀庫，分別存儲地下管線的歷史數據和現狀數據。系統運行環境為Windows XP、Windows 7，采用客戶機/服務器模式構建該系統［10］。系統本身具備GIS系統的通用功能，如漫游、查詢、統計、分析、圖層管理、數據管理、制圖輸出等功能。地下管線入庫檢查與更新是其中一個核心功能。

系統部署時，需要一臺獨立的數據庫服務器存儲管線等空間數據和業務數據。另外需要2臺～3臺前置機通過局域網訪數據庫服務器，處理入庫管線數據。

4.2 管線入庫檢查更新實例

管線Shp數據入庫檢查和更新分兩部分，一是Shp數據自檢，二是通過檢查后的Shp數據與數據庫中數據進行檢查比對，更新入庫。

以生態城鯤玉園范圍內地下燃氣管線為例。更新區域面積為 58839.2 m2，區域內燃氣管點為145個，管線總長度為 2.4 km。

在開始入庫檢查更新前，配置檢查項，如圖4所示。

圖4 選擇管線檢查項

選擇入庫檢查與更新操作，如圖5所示，添加天然氣管點、管線數據，進行數據自檢。生成自檢結果，如圖6所示。檢查結果可以保存為Excel文件，反饋給數據提供單位或部門進行重測或修改。

圖5 管線Shp數據入庫檢查與更新界面

圖6 管線Shp數據入庫檢查結果

如果需要入庫的管線數據經過了自檢，則添加鯤玉園范圍shp面數據，并選擇數據庫中的天然氣管點、管線，從而對入庫管線與庫中管線進行對比。需要根據對比結果進行更新操作，從而最終完成區域內的管點、管線更新。圖7所示為對庫中屬性發生改變的管點的信息的更新。

表1為生態城內不同范圍的入庫管線檢查更新結果。

圖7 管線數據更新實例

不同范圍的管線檢查更新信息統計 表1

由表1中可知，當選擇了所有檢查項，管線的檢查正確性較高。當數據量增大時，自檢時間增長明顯，更新檢查時間增長比較穩定。經實際應用檢驗，該功能已經達到實用標準。下一步將在保證質量的同時，提高該功能的效率。

5 結語

城市管線作為對國民經濟具有全局性、先導性影響的公共基礎設施之一，與經濟發展和人民生活關系極為密切。地下管線數據庫及更新功能的建立，順應了城市數字化、信息化的發展趨勢，為數字城市的建設打下了堅實基礎;實現了管線信息的數字化與信息化管理，促進了地下管線管理的科學化、規范化。將提高城市規劃、建設、管理和服務的水平，使城市規劃更加科學、合理，同時將大大減少、甚至避免建筑施工對地下管網的破壞，其社會效益和經濟效益十分明顯。

本文根據中新天津生態城管理地下管線資產的需要，在城市管線資產統計系統的基礎上，開發了管線數據入庫檢查及更新功能，在保證數據的規范性和正確性方面起到了重要的作用。該功能可靠，高效，具有很強的實用性，極大降低了數據檢查和更新合并的工作量，屬性檢查能達到100%自動檢查，時間短且準確性高。此外，其還具有投入較少、檢查內容覆蓋全面、效益顯著等特點，是一種行之有效的管線入庫檢查與更新方法。鑒于該功能存在隨著數據量增大而檢查效率降低的情況，下一步將著重解決該問題。

［1］YANG Bin，XU Hui－xi，WANG Qing.Design and Research of Underground Pipeline Integrated Application System based on ArcEngine［A］.20102nd IEEE International Conference on Information Management and Engineering，ICIME 2010［C］.Chengdu，China.IEEE Press.2010:6 ～10.

［2］劉艷麗.城市地下管線空間數據更新研究［J］.城市地質，2011，6(2):39 ～41.

［3］李學軍.我國城市地下管線信息化發展與展望［J］.城市勘測，2009(1):5～10.

［4］楊斌，顧秀梅，武鋒強等.基于GIS的城市地下管線綜合信息系統［J］.科技導報，2011，29(12):48～52.

［5］殷麗麗，施苗苗，張書亮.GIS時空數據模型在城市地下管線數據庫中的應用［J］.測繪科學，2006，31(5):151～152.

［6］Shunzhi Zhu，Keshou Wu，Tao Li.Research on Distributed Database Application for Integrated Urban Underground Pipelines［A］.2009 World Congress on Computer Science and Information Engineering［C］.California，United States.IEEE Press.2009:295 ～299.

［7］唐瑭.基于竣工測量數據的基礎地理信息數據庫增量更新技術研究［J］.科技資訊，2011(29):5～6.

［8］天津市地下空間規劃管理信息中心.天津市地下管線工程現狀及竣工數據匯交規定［R］.2009.

［9］楊伯鋼，張保鋼.城市地下管線時空數據的組織與操作［J］.測繪通報，2009(4):56 ～57，76.

［10］操震洲，李清泉.空間數據庫的更新技術研究［J］.測繪通報，2007(11):23 ～24，42.