廣州市城市地下管線管理平臺建設思路及探討

張鵬程 ，丘廣新，張秀英，陳鵬，楊梅

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

城市地下管線是傳輸城市運行、百姓生產和生活所需能源和資源的載體，是城市基礎設施的重要組成部分，是實現城市經濟、社會健康協調及可持續發展的重要基礎之一［1，2］。廣州市自1995年就開展了地下管線普查，1997年開始實施管線規劃竣工測量，并同步更新管線信息，是國內最早開展地下管線普查的城市之一，廣州市地下管線探測、建庫的一體化方案曾作為“廣州模式”在全國推廣。

但經過多年發展，目前廣州市地下管線管理系統存在如下問題:如傳統的二維管線系統沒有管線數據的動態更新功能;沒有建立地下管線信息共享交換系統，綜合管線與其他專業管線無法共享與交換;沒有建立管線三維管理系統，傳統基于二維的地下管線信息系統不能直觀展現地下管線空間位置關系、不能真實展示管線的尺寸及對比關系;沒有建立重點管線(如次高壓以上燃氣、石油、西江引水管線等)數據庫;沒有建立地下管線檔案管理平臺，管線空間實體與檔案無法關聯等。在上述背景下，廣州市規劃局于2013年組織開展了廣州市地下管線管理平臺項目。

2 目標與總體任務

2.1 平臺目標

平臺的總體目標就是創建具有廣州特色的“2、6、1”地下管線智能化管理模式:“2”:兩大軟件平臺:管線智能化綜合管理平臺和管線檔案管理平臺;“6”:六個專業管線數據庫與接口;“1”:一套制度:法律法規、技術標準和規范。如圖1所示。

2.2 總體任務

圖1 項目總體建設目標

圍繞上述目標，平臺的總體任務包括:①建設廣州市地下管線智能化綜合管理平臺，實現管線信息管理的智能化;②建設廣州市地下管線檔案管理平臺，實現管線檔案管理的智能化;③開展管線信息數據庫的建設，建立現勢兼容的全市域、全專業的地下管線數據庫。④完善法規，規范管線信息化管理，建立完善管理制度。

根據平臺的目標和任務，分三個階段實施:第一階段為地下管線智能化首期工作、第二階段為管線智能化建設完善階段、第三階段為管線智能化鞏固與發展階段。2013年開展了第一階段的工作，包括管線及相關數據庫(含綜合管線數據庫、重要管線數據庫、二三維基礎地理信息數據庫)、地下管線智能化管理平臺、地下管線檔案管理平臺共三項內容。

3 管線及相關數據庫建設

3.1 綜合管線數據庫

采用Esri 的GeoDataBase 空間數據庫模型，對廣州市規劃局自1995年以來普查與竣工驗收的、約2.3 萬km 的綜合管線數據(如圖2所示)，進行了遷移、概化處理與建庫，并同步建立了三維管線模型。綜合管線數據的分類、分級代碼、顏色、數據分層、屬性結構、符號等嚴格按照《廣州市地下管線探測技術規程》(2013 版)中數據標準的要求。以屬性結構為例，管線點屬性包括唯一識別碼、圖上點號、管線類型、管線分級、管線點代碼、特征點、附屬物、X 坐標、Y 坐標、地面高程、最高管頂高程、最低管底高程、入庫時間、更新時間等36 個屬性;管線線屬性包括唯一識別碼、管線編號、起點號、終點號、管線類型、子類型、分級、代碼、材料、起點管頂高程、終點管頂高程、起點管底高程、終點管底高程、管徑、斷面尺寸、起點埋深、終點埋深、更新時間等38 個屬性。

圖2 管線及相關數據庫建設內容

3.2 重要管線數據庫

按照《廣東省西江廣州引水工程管理辦法》、《廣州市城市軌道交通管理條例》、《廣州市油氣管道設施保護試行辦法》等相關的管理規定，基于管線竣工驗收數據，完成了包括約42 km的西江供水工程管線、139 km的燃氣管線(次高壓以上)、149 km的石油(航油和成品油)和204 km的地鐵隧道和站臺等重要管線數據的收集、整理和建庫，并同步建立了重要管線的三維數據模型，為重要管線保護管理系統提供了重要的數據基礎。

3.3 二三維基礎地理信息數據庫

二三維基礎地理信息數據庫包括:①GIS 電子地圖數據庫:涵蓋從1∶ 500 ～1∶ 50 萬，共8 個比例尺的地圖數據庫，采用Oracle11g +ArcServer10 進行存儲，以服務式GIS 的方式發布;②衛星影像數據建庫:建立覆蓋全市域的影像數據庫，影像原始比例尺為1∶ 2 000，圖像分辨率為0.2 m;③數字線劃圖數據建庫:建立了1∶ 500、1∶ 2 000、1∶ 5 000全要素數字線劃圖數據庫，覆蓋范圍分別為1 500 km2、3 700 km2、7 400 km2;④地形地貌三維模型建庫:覆蓋全市域的DEM(數字高程模型)、格網間距為5 m×5 m，覆蓋全市域的DOM(數字正射影像)、分辨率為0.2 m;⑤三維建筑物模型數據建庫:實現了約4 000 km2的建筑物三維白模、中心城區約300 km2的建筑物精細模型建庫。

4 平臺功能開發

4.1 地下管線智能化綜合管理平臺

廣州市地下管線智能化綜合管理平臺，邏輯上包含七大管理系統:管線數據監理與入庫系統、管線數據動態更新系統、數據管理與可視化系統、管線數據決策支持系統、管線三維管理系統、管線數據共享交換系統、重點管線保護系統等。

(1)管線數據監理與入庫系統

數據監理與入庫系統功能包括:①管點數據正確性檢查包括數據表結構檢查、管點重復檢查、管點空間重疊檢查、管網字段控制檢查、連接管段數檢查、點號、點代碼與編碼規則符合性檢查、孤立管點(飛點)檢查、其他相關檢查［3］;②管線數據正確性檢查包括數據表結構檢查、管線重復檢查、管線空間重疊檢查、管線段超長檢查、管網字段是否為空檢查、孤立管線檢查、管線交叉檢查、其他相關檢查等;③管點線間拓撲關系檢查:管點、線間拓撲關系檢查;④檢查規則定制與操作包括:檢查規則的自定義、檢查結果的操作、檢查結果的報告等功能。

(2)管線數據動態更新系統

管線數據動態更新系統，主要是針對管線普查數據、竣工驗收數據，實現數據的入庫更新，從而確保管線數據的現勢性，同時支持版本管理、數據庫備份與恢復等功能，主要包括:①管線數據掏出:支持按圖幅、坐標、任意指定范圍，將系統中現有的管線數據掏出，提供給外業進行修、補測;②沖突檢測與處理:對外業更新并檢查通過后的管線數據進行入庫前的沖突檢測處理，包括沖突數據的處理、沖突同步的確認等;③管線數據入庫:對檢查通過后的普查數據、竣工數據及其他權屬單位數據，參照廣州市現有基礎地形圖的動態更新模式，進行管線數據的入庫與動態更新［4，5］;④版本回溯:實現管線數據按年、月、日的數據回溯功能;⑤版本瀏覽:系統能夠回溯到指定時刻的管網狀況，并能自定義方式顯示和標明指定時刻管網和現存管網的不同之處;⑥版本比對:支持不同版本管線數據的視圖管理，通過不同視圖，對不同版本的管線數據進行瀏覽、對比;⑦數據備份/恢復:系統能根據用戶設置的時間自動或由用戶手動進行地下管線數據的備份/恢復，以保證地下管線數據的安全。

(3)數據管理與可視化系統

管線數據管理與可視化系統包括如下功能:①管線符號化功能:按照《規程》，建立管點、管線段符號庫，實現管線符號化顯示，提高管點、管線段的可讀性;②數據管理功能:支持管線數據庫的創建、修改、刪除;能根據新規程中管線數據標準，支持管點、管線圖層的創建、修改、刪除;支持管線數據邏輯庫的管理，實現管理數據庫空間數據源，集成各種數據，支持分離式SDE的方式;支持數字線劃圖、影像圖、GIS 地圖、在線服務地圖等多種數據的調用;③查詢瀏覽功能:提供圖形、屬性、專題等多種查詢方式。包括:簡單屬性查詢、自定義SQL 查詢、模糊查詢、空間查詢等功能;④統計分析功能:提供空間查詢統計、專題統計等多種統計分析方式，包括:按給定行政區統計管線類型/長度，按區域統計、按給定圖幅號統計管線類型/長度等功能，為規劃管理提供統計數據和技術支撐。

(4)管線數據決策支持系統

管線數據決策支持系統包括如下功能:①斷面分析:包括縱斷面和橫斷面分析;②道路開挖分析:可支撐道路開挖的規劃、統籌與審批，預防“拉鏈路”的發生;③凈距分析:包括交叉口分析、碰撞分析、水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土深度分析等功能;④區域分析:包括土方計算分析、拆遷分析、特征搜索、附屬物搜索等功能;⑤拓撲分析:包括搶險分析、緩沖分析、連通分析等功能;⑥預警分析:該功能根據管網的埋設日期及管網的材質壽命，統計出哪些管線壽命達到了規定要求，并能自動預警。

(5)管線三維管理系統

管線三維管理系統實現了廣州市地上三維建筑物、道路等模型、地表的地形地貌模型、地下的綜合管線三維模型(約2.3 萬km)、地鐵等的一體化查詢、瀏覽、統計、分析等功能，如圖3所示，具體包括:①三維瀏覽:包括地上地下瀏覽切換、地面透明度調整、定位、開啟碰撞、圖例顯示等功能;②三維查詢:包括按管線的分級、特征、附屬物、管徑、材質等查詢等功能［6～9］;③三維統計:包括按管徑分段統計、埋深分段統計、埋設方式統計、道路范圍統計、圖幅范圍統計等功能;④三維分析:包括凈距分析、斷面分析、區域分析、拓撲分析、開挖分析、隧道分析、生命周期管理、預警分析等功能;⑤三維量算:包括水平、空間距離量算、水平和地表面積量算等功能;⑥三維標注:包括標高、管徑、埋深、坐標、坡度等標注以及扯旗標注和標注管理等功能;⑦三維規劃:包括數據導入、規劃審批、多屏對比、模型導入等功能;⑧與二維管線系統實現了集成:如圖4所示。

圖3 管線三維管理系統(左為地面半透明顯示示例，右為開挖分析示例)

圖4 地下管線二三維系統集成

(6)管線數據共享交換系統

管線數據共享交換系統實現通過劃分市規劃局、其他管線權屬單位、公共用戶等幾個層次提供跨部門、跨網絡、跨平臺的管線數據共享服務。管線數據與角色權限關聯，不同的用戶控制訪問不同的管線數據。GIS 電子圖、影像圖、管線圖幅元數據對任意用戶開放，綜合管線數據對權屬單位分專業開放，對公共用戶不開放，只提供用戶關心范圍內管線種類、管線長度等數據。具體包括管線數據展示中心、管線數據管理中心、管線數據服務中心、管線數據運維中心等功能模塊。

(7)重點管線保護系統

重點管線保護系統是在上述四類重要管線數據庫的基礎上，依據相關管理條例、辦法及法規(如)等，分別在二維、三維管線系統中開發的重要管線保護管理功能，如圖5所示，包括重點管線查詢瀏覽、統計分析、安全保護區域展示/管理、輔助規劃管理、條例辦法查閱等功能。以石油、燃氣管道的安全保護范圍管理功能為例，系統根據《廣州市油氣管道設施保護試行辦法》中的安全管理范圍規定:石油管道，次高壓、高壓、超高壓燃氣管道的管壁外緣兩側5 m范圍內的區域;低壓、中壓燃氣管道的管壁外緣兩側0.7 m范圍內的區域。該功能結合GIS 的空間分析與疊加分析功能，實現了對西江供水、石油、燃氣、地鐵等重要管線的安全保護/控制范圍管理。

圖5 重點管線保護管理系統(左為二維保護區域展示，右為三維保護區域展示)

4.2 地下管線檔案管理平臺

綜合利用管線檔案管理、GIS、工作流等技術，開發了管線檔案管理平臺，如圖6所示。功能上包括檔案整理、檔案接收、檔案保管、檔案利用、系統管理、報表中心等功能;數據上實現了規劃業務管理類檔案數據(包括綜合管線規劃管理、管線工程規劃管理(報建類)、管線工程規劃驗收檔案等)、建設工程類檔案數據、地下管線普查類檔案數據共三大類管線檔案數據的管理;業務上，規劃業務管理類檔案支持按案卷級、專業級和文件級進行歸檔管理，建設工程類檔案支持按項目級、案卷級和文件級進行歸檔整理，地下管線普查類檔案支持按項目級、文件級進行歸檔管理。

平臺不僅可實現檔案管理從立卷到存儲的全自動化，還提供對檔案進行智能化的查詢:不但可檢索檔案的物理存儲位置與狀態、電子檔案，還提供與管線系統建立互聯互動，可實時顯示檔案中的管線現狀信息，同樣，在管線綜合管理平臺(二維、三維)中點擊管線亦可實現與檔案平臺的互動，實現了檔案與數據的交叉、互聯、互動，同步智能運行。

圖6 地下管線檔案管理平臺

5 結 語

廣州市地下管線管理平臺具有如下特色:

(1)支持重點管線安全保護區域展示的智能化:平臺在重要管線數據整理、入庫的基礎上，實現了重點管線查詢瀏覽、統計分析、安全保護/控制區域展示、輔助規劃管理、條例辦法查閱等功能;

(2)支持地上、地表、地下設施的一體化:平臺同時支持地上(建筑物、道路等)、地表(地形地貌數據)、地下(管線、地鐵等)設施的一體化建模、三維可視化表達;

(3)支持二維、三維管線數據的一體化:數據層面上，基于同一套的二維管線數據，通過材質、編碼、特征、附屬物等映射設置，自動化實現三維管線建模;功能層面上，同時支持二維、三維管線的查詢瀏覽、統計分析等;

(4)支持多種類別管線三維建模:除支持傳統管線(排水、給水等)三維建模外，還支持共同溝、豎管、多管、綜合管溝、地鐵、電力隧道等多種管線的三維建模;

(5)支持多源管線數據的集成化:平臺支持普查、竣工、其他權屬單位(如自來水公司、污水公司、燃氣公司等)管線數據的智能化調用和集成;

(6)智能化綜合管理平臺與管線檔案管理平臺的關聯:支持檔案項目級、案卷級、目錄級間的關聯;檔案屬性與檔案實體的關聯;管線檔案與GIS 圖形(管線點、線)的關聯。

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