城市地下管線信息管理系統建設:以淄博市管網信息管理系統為例

劉甲軍

（1.同濟大學，中國 上海 200000；2.山東正元地球物理信息技術有限公司，山東 濟南 250101）

0 引言

城市地下管線是城市的重要基礎設施，是城市賴以生存和發展的物質基礎，也是城市生存和發展的血脈。但由于多方面的原因，我國現有地下各類專業管線的資料殘缺不全，且有關資料精度不高或與現狀不符，造成在建設施工中時常發生挖斷或挖壞地下管線，造成停氣、停水、停暖、通信中斷、污水四溢等嚴重事故。另一方面，我國現有的地下專業管線的資料都以圖紙、圖表等形式記錄保存，采用人工方式管理，效率低下。采用科學、準確、完整的綜合管線信息系統是地下管線安全、高效運營的保障，而維系地下、地上空間，保證其整體運行的基礎設施仍是綜合管線。

淄博市地下管線信息管理系統建設是專業的綜合管網信息系統，它涵蓋了地下管線信息的查詢、統計、分析和編輯等功能。淄博市綜合管線信息系統建設完成后，將可以時時根據管線的更改和建設更改管線數據，進行相關的搶險、爆管等分析，并且根據即時的管線信息規劃城市的建設，對淄博城市發展起到一定的指導作用。

1 系統開發環境

在Windows 7操作系統下，采用Visual C#為開發語言和Visual Studio 2010集成開發環境進行系統開發。GIS開發平臺選用目前主流的二次開發組件 ArcEngine10，以ArcSDE為數據庫引擎，Oracle 11g為數據庫平臺。

2 系統總體架構

2.1 系統框架

本系統采用Arcgis平臺和Oracle數據庫平臺開發的綜合管線信息系統，系統建設框架包括數據層、連接層、應用支撐層、應用層四個部分，如圖1所示。

圖1 系統框架

1）數據層

以基礎地形數據、基礎設施數據和綜合管線數據為基礎，依托成熟的oracle數據庫系統和ARCGIS平臺，按照統一的數據標準，建立淄博市綜合管網數據庫，為綜合管網的管理和系統的建設提供數據支撐。

2）連接層

ArcSDE，即數據通路，是ArcGIS的空間數據引擎，它是在關系數據庫管理系統 （RDBMS）中存儲和管理多用戶空間數據庫的通路。ArcSDE可以提供空間和非空間數據進行高效率操作的數據庫服務。ArcSDE采用客戶/服務器體系結構，所以眾多用戶可以同時并發訪問和操作同一數據。ArcSDE還提供了應用程序接口，軟件開發人員可將空間數據檢索和分析功能集成到自己的應用工程中去。用戶通過ARCSDE連接服務器端空間數據。

3）應用支撐層

建立綜合管線系統常用功能模塊，包括：視圖顯示、地圖定位、信息查詢、數據統計、分析功能、數據輸出、輔助工具、數據編輯、系統管理和幫助。功能模塊如圖：

圖2 系統功能模塊

4）應用層

開發淄博市綜合管網地理信息系統，實現綜合管線的查詢、瀏覽、分析和系統管理等，方便用戶操作和管理。

圖3 系統架構模式

2.2 系統架構模式

淄博市地下管線信息管理系統建設采用C/S機構模式進行管線信息化管理，即客戶端/服務器模式。服務器端用來接收客戶端請求運行服務器端數據。用oracle數據庫作為存儲空間數據的數據庫，Arcsde作為發布空間數據和連接oracle數據庫的引擎。此結構模式是城市綜合管網信息系統方面比較成熟的體系結構，被大多數用戶接受和采用的信息管理模式，具體架構如圖3。

3 管網數據結構設計

在設計綜合管網對象數據結構時，應根據其專業性質和使用要求設計若干個屬性數據項，其中專業信息對象的屬性設計必須滿足管網維護和網絡分析兩方面需要，應全面而詳細，如配水管線的屬性項中管徑、管長、管材等就是維護工作中不可缺少的信息。此外，在設計管網對象數據結構時，還要考慮到管網中對象的關系，以便進行數據分析。比如用戶提出要能按管線所屬的街道、權屬單位、埋設類型、材質等條件進行查詢，因此這些屬性項成為管線數據表結構中的一部分。

3.1 管點數據表結構

管點數據表有分類代碼、管線點編號、物探點號、圖幅編號、道路編號、管線點序號、管線附屬物、地面高程、X坐標、Y坐標、圖上注記點號、特征等屬性。其管點的數據表結構設計如下。

表1 管點數據表結構表

3.2 管線數據表結構

管線數據表有分類代碼、起點物探點號、終點物探點號、道路編號、埋設方式、起始管頂標高、起點的管線點序號、起始端埋深、終止管頂標高、終點的管線點序號、終止端埋深、流向、權屬單位、埋設日期、壓力、材質、管徑和溝寬、管塊根數等屬性。其管線的數據表結構設計如表2。

4 系統功能

城市地下管線系統把基礎地形，地下管線、建筑設施等信息以數字的形式獲取、存取、管理、分析查詢、輸出、更新，為城市地下管網管理提供決策支持。系統以基礎地形、道路、市政設施、地下管網等數據為基礎，集成了GIS基礎管理功能、數據統計功能、分析功能、數據編輯功能、系統管理等功能，其中分析功能為本系統的核心功能。

表2 管線數據表結構表

4.1 基礎數據管理

基礎數據包括地形數據和專題設施數據，基礎地形數據是城市最基本的地理信息，包括各類控制點、水系、工礦設施、交通設施、道路、境界、居民地、管線設施、地貌、植被、及某些屬性信息等，用于表示城市的基本面貌并作為各種專題信息空間的載體。專題設施數據是指與各應急系統相關的重要設施信息，包括工業設施、給水、排水、燃氣、電力、通訊、熱力等管線信息。

對系統涉及到的基礎地形數據和專題設施數據進行管理，功能包括：文件管理、視圖顯示、地圖定位、信息查詢、數據統計、數據輸出、輔助工具、數據編輯等。

4.2 管線分析管理

分析功能模塊是本系統的核心功能模塊，其功能包括：橫斷面分析、縱斷面分析、垂直凈距分析、水平凈距分析、覆土深度分析、管線三維分析、管線聯通分析、緩沖分析、爆管關閥分析，火災搶險分析、管線規劃設計、道路擴建分析、范圍拆遷分析、共通橫斷面分析、排水阻塞分析等。

4.2.1 管網斷面分析

系統可根據在任意位置生成管線的橫斷面圖。系統會自動根據管線數據內插出剖線處的相關數據，然后依據這些數據自動生成橫切剖面圖。它直觀地反映出各管線間的空間相互位置及在地下埋深的情況。

系統可根據管線數據生成一段到多段管線的縱斷面圖。直觀地查看某幾段連續的管段在地下相對于地面的走向及埋深情況。

圖4 橫斷面分析

圖5 縱斷面分析

4.2.2 凈距分析

垂直凈距分析可對埋設于地下的交叉走向的管線進行分析，判斷其在地下的上下關系，計算其在投影交叉處的坐標、高程、相距距離等，最終判定其埋射是否符合國家規范。

水平凈距分析可對兩條埋設于地下的平行走向的管線進行分析，判斷其相距距離等，最終判定其埋射是否符合國家規范。

4.2.3 覆土深度分析

功能直觀地查看某幾段連續的管段在地下相對于地面的管頂埋深信息，自動計算與該剖面相交的管線。

4.2.4 管線三維分析

查看地圖上某個區域內的地下管線三維圖形，查看管線、管點在地下空間布置，位置關系、管線走向及其相關管線的屬性，并可以人眼的角度進行動態模擬。

圖6 管線三維分析

4.2.5 管線聯通分析

利用該功能對地圖上兩個管點間的管線進行聯通分析，查看兩個管點間是否連通，并在空間位置上高亮顯示其聯通線路。

4.2.6 緩沖區分析

緩沖區是地理空間目標的一種影響范圍或服務范圍，具體指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊行，緩沖區分析對地圖任意區域進行緩沖分析，通過設置距離查詢任一區域在緩沖距離內查看其緩沖范圍，并查看范圍內的相關信息及屬性。

4.2.7 爆管關閥分析

爆管是給水、供熱、供氣、輸油等管網中常見的事故。爆管發生時，不僅造成水、氣、油等資源大量流失，而且會影響到人們的正常生產和生活，乃至危及其他管線設施，如造成停電、中斷通訊等突發性事件。因此當事故發生后進行高效的事故處理是必不可少的。

爆管分析的一般步驟包括探知事故、分析事故地點和計算關閥方案。在目前技術條件下，事故地點分析還需要在實地探測的基礎上確定。確定了事故地點后，下一步就是確定關閥方案，最后根據關閥方案派人進行維修。

當城市內某段給水或燃氣管線發生爆管事故時，您可利用系統爆管關閥分析功能在地圖上搜索需要關閉的閥門，并用表格記錄所有受影響的閥門的坐標，所在道路，以及到爆管點的距離等屬性。

圖7 爆管關閥分析

4.2.8 火災搶險分析

當城市某地發生火災事故時，可利用該功在地圖上搜索火災事故附近的消防栓，為搶險提供決策依據。系統會自動搜索一定半徑范圍內的所有消防栓，并標注在地圖上，同時系統主窗口下方會彈出火災搶險分析結果表格，表格中記錄了所有范圍內消防栓的坐標，所在道路，以及到火災發生點的距離等屬性。

圖8 火災搶險分析

4.2.9 道路擴建分析

當城市內某條道路要進行擴建時，利用該功能可對因道路擴建影響到的房屋、綠地、管線等進行分析，分析其空間位置、數量、面積等，為道路擴建決策服務。

圖9 道路擴建分析

5 總結

隨著城市化進程的加快，城市的地面空間已經顯得越來越擁擠不少城市已經陷入地面空間不足的窘境，21世紀是地下空間開發的世紀，地下空間開發李不開地下綜合設施信息的支持，本系統為綜合管線規劃建設和管理部門的決策提供科學的信息參考，設計了基于數字城市理念的城市綜合管網信息系統框架，實現了管網信息建庫和管理等功能，并對管線規劃、搶險等進行了分析和研究。

[1]余慧明.城市地下管網綜合地理信息系統的設計與實現[D].鄭州：中國人民解放軍信息工程大學,2007,04.

[2]李鴻雁.依托信息技術創建長治市綜合地下管線動態管理模式的成功實踐[J].城建檔案,2006(4):26-27.

[3]盂亞鋒,張淑英.城市地下綜合管網地理信息系統[J].工程設計CAD與智能建筑,2002(2):7-10.

[4]楊秀軍,周京濤,張文學.城市建設突發公共事件應急響應信息支持系統[J].城市勘測,2008:182-186.

[5]東凱,方裕.空間數據庫模型概念與結構研究[J].地理信息世界,2004,2(2):8-15