城市管線信息系統建設初探

蔡來良，付 貴，2，孟萬利

(1．河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作454003;2．四川智繪地理信息科技有限公司，四川 成都610036)

一、緒 論

改革開放以后，隨著我國城市高速持續的發展，以通信網、自來水供給網和天然氣供給網等為代表的城市地下管線網絡，經過幾十年的發展，在種類、規模上都有了極大的增長與擴展［1］。城市地下管線網絡是城市重要的基礎設施，如同人體內的“神經”與“血管”，擔負著信息傳輸、能源輸送、排水積水等工作，是城市賴以生存和發展的物質基礎［2］。城市地下管線涉及城建、電力、公安、廣電等多個部門，但管線的建設、維護、管理都是由各單位自行負責，造成了各自為政的巨大資源浪費［3］。采用高新技術和方法來高效管理地下各類專業管線，滿足決策、管理部門和施工單位的需要已成為當務之急。目前已經有一些單位開發用于實際生產的軟件系統。四川智慧地理信息科技有限公司用Visual FoxPro來建立數據庫存儲管線信息，用CAD來成圖。朱學芳［4］等用數字圖像處理DIP(digital image processing)技術地下管線建設工程圖檔案的管理，具體應用于地下管線工程的設計及檔案的存儲、查詢等管理中。郝建忠［5］等基于統一建模語言UML(unified modeling language)進行城市地下管線地理信息系統的設計。賈靜［6］基于Rest和RIA技術，設計并開發了城市地下綜合管線信息系統，實現了城市地下綜合管線數據的及時更新與共享，以及對管線數據的基本操作功能包括查看功能、查詢功能、編輯修改功能、統計分析功能、專業應用功能以及數據輸出功能。常河［7］通過將SketchUp等三維建模軟件和ArcGIS結合起來的三維建模方案來實現對城市地下管線信息系統的開發，并且已經開發出了一些效果美觀，功能齊全的三維地下管線信息系統，實現了三維顯示、三維瀏覽、三維漫游、三維屬性查詢等基本功能。

近幾年來，大多數的計算機用戶升級到了微軟的WIN7或是更高的系統，同時微軟公司也推出了．NET framework4．0及以上軟件開發平臺，為了充分利用現有計算機資源和先進的開發環境，筆者結合Visual Studio 2012、Access數據庫、AutoCAD 2014等平臺，初步設計并開發了管線信息管理及成圖系統，為進一步建立更優的平臺奠定了基礎。

二、系統功能分析

根據目前對城市管線信息系統的常見功能需求分析，本系統主要集成了數據管理、圖形顯示、查詢、分析、量算、標注等主要功能模塊。

城市地下管線信息管理系統的基礎就是所有與管線相關的數據信息，對管線的查詢以及對管線的分析等操作都是建立在完整的管線數據信息上的。另外，隨著城市管線的不斷發展建設，新的管線信息不斷添加，以及舊管線信息不斷改變，而為了根據分析結果做出科學決策，首先就要保證分析的管線數據的準確性。開發強大的數據管理功能是本系統建設的重要工作之一。

圖形顯示功能是目前應用軟件的必備功能，城市管線信息的顯示，一方面給工程人員提供所見即所得的軟件使用體驗，更重要的是為管線的分類、查錯、修改、施工提供更加直觀的操作。

為了能夠給地下管線規劃管理人員提供一種快速了解全局的便捷，需要在軟件中實現屬性查詢、空間查詢、編號查詢以及興趣點查詢等通用查詢功能，還應該包括電力管線、電信管線、燃氣管線、熱力管線、排水管線以及供水管線在內的不同圖層的一個或者多個條件復合查詢，良好查詢功能的開發，提高了系統的工作效率。

分析功能主要體現在，系統對管線之間的空間關系、線路規劃、特征搜索、緩沖分析等方面。

量算功能，可幫助系統使用人員快速地獲得管線間的空間距離、管線的截面積、管線長度、占地面積等方面的分析。

標注功能，主要體現在生成工程類圖紙時，對管線的路徑、類別、材質、埋深、間距等信息的圖上表達。

一套實用的系統，除了上述幾方面的專業功能分析，還需要從軟件的兼容性、穩定性、響應效率等方面的建設開展工作，同時建立友善的人機交互界面，提高軟件的工作服務能力。

三、軟件系統的設計

1．數據庫設計

為了方便管理從全站儀或GPS接收機獲得坐標成果，設計了坐標成果管理表。同時為了管理工作人員在物探現場獲得屬性信息，設計了點屬性管理表，并將物探編號作為表的主鍵。為了管理管線節點的拓撲關系，設計了線屬性表，并將每一段線段的端節點作為線屬性表的主鍵。

2．系統結構

在系統的初步框架下，設計了文件管理、信息輸入和查詢、數據成圖、用戶幫助等模塊，系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構

3．系統詳細設計

(1)文件管理模塊

文件管理模塊主要有“新建”、“打開”、“保存”、“退出”幾個操作功能，通過該功能實現常規的文件操作，如圖2所示。

圖2 文件管理模塊流程

(2)信息輸入和查詢模塊

對于點屬性錄入和查詢程序，要考慮數據的可視化，即輸入一條記錄后要能讓用戶看到輸入結果，而且可以根據結果是否正確來確認是否刪除某條記錄。為了避免錯誤率，對輸入的數據進行是否合理判斷。另外，在錄入點屬性信息的時候為了減輕軟件使用者的負擔，在錄入完一次數據后將某些文本框清空。在按照某項值進行查詢的時候，要判斷井深埋深是否為數字，判斷查詢對應的文本框是否有值，然后再進行查詢。其流程圖如圖3所示。

圖3 點屬性錄入和查詢程序流程

對于線屬性錄入和查詢程序，其內容和要求與點屬性錄入程序類似。另外，由于設置的線號是起點編號與終點編號的字符相加，為了減輕用戶的工作量，可以自動填充管線名稱。在查詢線屬性的時候，也要判斷孔數、線數是否為數字，輸入的不是數字則無法輸入，沒在查詢對應文本框輸入查詢值那也無法執行查詢。整個程序的流程圖如圖4所示。

圖4 線屬性錄入和查詢程序流程

對于點坐標導入和查詢程序，也要考慮數據的可視化。除此之外，還要考慮導入的Excel文檔格式是否正確，所以還需要設置在導入不正確格式文檔的時候，程序要能夠報錯。其查詢功能類似，其程序流程圖如圖5所示。

圖5 點坐標導入和查詢程序流程

(3)數據成圖模塊

本文成圖方式為調用AutoCAD成圖，所以需要用到Visual Studio對AutoCAD進行二次開發。在CAD成圖的過程中，將不同類別的管點、管線、物探編號、管線標注等信息分別畫在不同圖層，以便于使用者操作的時候對不同類別的管線進行單獨的查看和分析。其程序流程圖如圖6所示。

(4)用戶文檔模塊

用戶文檔模塊主要為用戶提供軟件操作說明和常見的疑問解答，制作幫助文檔后，放在安裝目錄下，需要時調用即可。

四、軟件功能的實現

本軟件是在Visual Studio 2012平臺下開發完成的。筆者為了使大部分用戶習慣使用本軟件，將軟件的主界面做成了菜單形式，主菜單分為“文件”“信息輸入和查詢”“數據成圖”“用戶幫助”4個子模塊，如圖7—圖11所示。

圖6 CAD成圖程序流程

圖7 系統主界面

圖8 點屬性錄入和查詢界面

圖9 線錄入和查詢界面

圖10 導入坐標程序界面

圖11 一鍵成圖界面

成圖效果如圖12所示。

圖12 在CAD中的成圖效果

五、結論與展望

本文建立了一套簡潔實用的城市地下管線數據存儲的Access數據庫，用C#語言對Access操作，開發出了管線信息輸入和查詢軟件，實現了實測信息的錄入以及對數據的管理。利用C#語言對Auto-CAD進行了二次開發，降低了成圖模塊的開發難度和開發成本，實現了地下管線信息成圖的基本功能。

通過用實例數據對軟件進行了相應的功能測試，基本上能滿足地下管線信息化管理的工作需求。隨著中國城鎮化的發展，城市地下管線作為城市規劃和建設的基礎設施，其重要性越來越突出。本文提出的地下管線管理綜合需求和解決方案，符合當前國內城市現行管線管理模式和管線數據現狀。對維護城市“血脈”的正常運行，保證人民的正常生產、生活和社會發展都具有一定的實用價值。

［1］ 姚偉．城市地下管線探測與地下管線信息系統設計以四川省南充市區為例［D］．成都:成都理工大學，2012．

［2］ 王玨．杭州城市地下管線綜合管理研究［D］．杭州:浙江大學，2006．

［3］ 馬強．淺論地下管線建設與管理［J］．合作經濟與科技報，2010，26(20):47-48．

［4］ 朱學芳，曾娜，吳建華．DIP技術在地下管線工程檔案管理中的應用探索［J］．檔案學通訊，2007，30(4):81-84．

［5］ 赫建忠，李魯群，鄧敏，等．基于UML城市地下管線地理信息系統的設計［J］．測繪通報，2002(4):7-9．

［6］ 賈靜．基于Rest和RIA技術的城市地下綜合管線信息系統的設計與實現［D］．贛州:江西理工大學，2013．

［7］ 常河．Google SketchUp與ArcGIS在城市三維地下綜合管網中的應用研究［D］．昆明:昆明理工大學，2008．