南寧市城市地下管線數據庫建設研究

漆小英

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530001)

1 引 言

城市地下管線是城市空間基礎地理信息的重要組成部分。面對城市建設的飛速發展，地下管線保障城市經濟發展和整體運行、維系城市地上地下空間有效利用的重要性日益凸顯［1］。進行城市地下管線的基礎資料普查，摸清城市地下管線的分布情況，是城市規劃、設計、建設和科學管理的重要依據。管理好地下管線是充分利用地下空間的重要基礎工作，對現代城市的建設和發展具有重要的現實意義。

南寧市雖在2002年、2006年和2010年先后開展過三次地下管線普查工作，取得了一些成果，但由于城市快速發展，地下管線作為城市基礎設施的重要組成部分發生了巨大變化，且數據管理模式落后，更新維護機制沒有形成，因此地下管線資料的現勢性很差。為準確掌握南寧市地下管線的現狀，避免在規劃設計、建設過程中由于管線資料不全或與現狀不符等因素，導致挖斷(破)管線的事故發生，給人民群眾的生活造成諸多不便和不必要的經濟損失，我院對南寧市中心城區以及規劃涉及的重點片區進行全面的地下管線普查與地下管線數據庫建設。

2 數據庫建設方案

2.1 建設目標

總體目標是利用本次南寧市大規模的地下管網普查成果，結合GIS 技術構建南寧市地下綜合管線數據庫，并逐步實現以數據庫為核心的采集建庫、動態更新、管理分發一體化的技術體系，促進外業生產與管理部門協同作業，提高生產效率和管理水平。

2.2 建設內容

建設內容包括南寧市地下管線數據庫總體設計、管線數據庫質量檢查方案設計、管線數據庫建庫方案設計及建庫后的管線數據庫更新管理方案設計。

2.3 技術框架

城市地下管線數據庫建設的技術框架如圖1 所示:

圖1 數據庫技術框架圖

3 地下管線數據庫設計

3.1 數據模型及關系

(1)數據模型。地下管線各實體要素可以概括為點、線和面，地下管網由管線點和連接兩個管線點之間的管線段構成:

管線點(surveying point of underground pipeline)，是地下管線探查過程中為準確描述地下管線的走向特征和附屬設施信息，在地下管線探查或調查工作中設立的測點，有一般探測點、特征點(如彎頭、三通等、變徑、轉折)和附屬物點(如閥門、檢修井、水表等)三類。通過符號定制，可在GIS 中真實反映管線的屬性和行為，使空間數據更面向實際，呈現的不再是點、線、面，而取而代之的是閥門、水管等更形象化的符號，如圖2 所示。

(2)數據關系。根據地下管線的功能和管理特點，所有的地下管線類似于一個物資傳輸網絡系統。因此，地下綜合管線模型就是一個標準的幾何網絡(GeometricNetwork)模型，其數據結構具備以下特點:根據其不同的功能可以進行管線類型分層;各管線間存在相互拓撲關系，并且能反映管線的空間特征。

圖2 地下管網在地理信息世界中的真實反映

3.2 管線分類與編碼

(1)管線分類。本次管線分類參照國家標準GB/T 13923 并能反映其功能或用途及其從屬關系。管線大類分為給水、排水、電力、通訊、燃氣、熱力、工業及特殊管線，每一管線大類中按照具體用途或功能又劃分為各個小類，如:排水小類分為雨水、污水和雨污合流管。如表1 所示:

管線分類及代號 表1

(2)要素編碼。地下管線要素分類編碼由7 位數字碼組成，第1、2 位用16 表示城市地下管線;第3、4位代表管線類型，用數字10～99 表示;第5、6 位代表符號編碼，用數字00～99 表示，第7 位代表符號類型，用數字1～3 表示。如圖3 所示。

圖3 管線要素分類碼結構與管線點編號結構圖

(3)管線點編號。管線點編號采用三段代碼組合結構，由8 位字母、數字組成，其中，第1、2 位為作業組順序號，第3、4 位為管線小類代號;第5 至第8 位為表示管線點的順序號，用4 位數字表示，如22JS0001，如圖4 表示。通過這種管線點編號方式可以確保管點編號唯一性，只要各個作業小組內的點號不重復就能保證大數據的點號唯一性。

3.3 數據有效性規則

為了保證數據的實用性和可靠性，需對數據建立有效性規則。南寧市地下綜合管線數據庫根據實際調研制定了屬性規則、拓撲關系規則、連通性規則及由這三種規則組合而成的綜合規則。

(1)屬性規則。給水、排水、電力、燃氣等各不同的專題管線對應不同的屬性結構，屬性規則可以有效地判斷要素屬性的數值是否在屬性規則定義范圍內以確證數據的有效性。屬性規則通常分為列舉型和范圍值型，本次管線屬性字段中設定為列舉型規則的字段有管線的材質、管線的埋設方式、數據來源;設定范圍值規則的字段有埋深、高程、壓力等，對于某些特殊的管線，如排水管線，一般來說其起點高程不應低于終點高程。

在管線數據編輯檢查過程中，通過屬性規則的定制可以將不滿足該規則的要素標記出來進行修改，圖4 顯示了用SQL 查詢定制各類管線的屬性規則。

圖4 SQL 語句定制列舉型屬性規則

(2)拓撲規則。對于基礎地理空間數據，拓撲關系是尤為重要的空間關系，地下管線數據也不例外。拓撲關系的建立是進行拓撲分析的基礎［2］。地下管線數據的拓撲關系主要有:管線點必須在管線的起終點上;某些特征點如進水口和出水口必須處于一系列線要素的端點處;線要素的端點處必須有點要素覆蓋;兩個相同線要素的線段不能重疊，線要素不能自重疊［3］;對于硬管可以平面交叉，但不能空間交叉，如給水、排水和燃氣不能出現碰管的現象。

在管線數據編輯過程中，通過拓撲規則將不滿足拓撲規則的要素標記出來并進行修改，圖5 顯示了點線間拓撲規則的驗證，其中前圖顯示了拓撲錯誤的情況，A 點不滿足拓撲規則;后圖中A'位于線要素的端點上滿足拓撲規則。

圖5 管線點、線間的拓撲規則

(3)連通性規則。在現實世界中，管線數據不僅要正確表達其空間位置關系和屬性信息，還要考慮各管線實體之間的連通關系。以排水為例，從雨水或污水篦子出發能沿排水方向追溯到相應的排放口，否則管線數據就失去了它的真正意義。因此，在正確的連通關系基礎上才能進行真正的空間相關分析［4］。

通常，管網連通性規則的設定主要有點與線和線與線兩種。前者限定了某一類管線可跟某一類管點連接(如消火栓只能與給水管連接而不能與排污管連接;排水管線點不能只有流入而沒流出)，如圖6 所示。

圖6 排水只有流入沒有流出

后者規定某些類型的管線不能連接(如排水管不能和給水管連接)以及某些類型的兩條管只能通過一個既定的管點連接，(如兩個不同管徑燃氣管只能通過一個合理的減壓閥連接;不同管徑的管線必須通過變徑點來連接等)。

(4)綜合規則。由三種基本規則組合而成的綜合規則可以定制各種針對地下管線管理的規則，使地下管線在管理和使用中更加符合現實世界的規律特性。

由屬性規則與拓撲規則組合可以規定特征點的圖形特征必須與其屬性一致，如圖7 所示該探測點有4個分支，其圖形特征應該四通，但該點的［特征］屬性字段值必須與其圖形特征一致，否則報錯。

圖7 圖形特征與［特征］字段值不一致

4 數據入庫方案設計

4.1 入庫流程

為了保證入庫后數據的完整性和可靠性，入庫前需要根據數據庫設計時定制的對象規則進行數據合法性檢查，采集的數據全部通過合法性檢查后才能進行數據接邊，且接邊后還需再一次的質量檢查，以保證入庫數據的質量。其入庫流程如圖8 所示。

4.2 數據質量檢查

本次管線普查數據采取一級控制、多級檢查和一級驗收的質量控制模式。管線普查進行前，技術負責人和質量監督檢查人員制定具體的技術操作規程，進行成果質量控制。作業過程中首先要經過作業組內部100%檢查，包括作業員自檢，然后再到上一級(項目質量監督組)的100%過程質量檢查;項目完成后再由院總工辦組織檢查驗收，進行10%抽樣詳查。且每一級檢查都要填寫檢查記錄和編寫檢查、驗收報告。

圖8 管線數據入庫流程

由于本次管線普查范圍涵蓋了南寧市整個建城區和規劃重點區域，數據量十分龐大，因此決定采用自動批量處理與人工交互處理相結合的方式進行數據合法性檢查，所有管線數據采集回來后都要經過反復的檢查—修改—檢查過程，直到通過所有檢查項，且各個檢查項都是通過專門的管線檢查工具或檢查腳本智能化實現的。數據質量檢查主要內容包括:

(1)數據格式檢查:檢查數據經過采集、編輯后是否符合技術設計要求，如果不符合則進行格式轉換。

(2)邏輯一致性檢查:檢查數據分類、分層、編碼及屬性表的一致性，邏輯關系的一致性

(3)拓撲關系檢查:檢查數據是否存在不合理的孤立點、孤立線、自重疊、污水流向雨水及硬管空間碰管的現象。

(4)數據空間定位、量測精度檢查:檢查數據地理定位是否正確，屬性精度是否達標

(5)數據接邊檢查:從空間特性和屬性特征兩方面檢查相鄰數據塊之間的接邊精度。

(6)完整性檢查:檢查數據在空間和屬性方面是否有漏查和漏填的現象。

(7)管線點號重復檢查:同一工程中不能出現測量點或物探點號重復，否則生產的管線圖會面目全非［5］。

5 數據更新維護

地下管線數據庫的建設不是一勞永逸的，它需要不斷的更新維護，以保持其現勢性和利用價值。南寧市地下管線數據庫在更新機制上采用了最新的增量更新，即在對數據庫進行同步更新維護的同時還能夠保存歷史數據，以便必要時能恢復到過去任一時刻的數據狀態，并實現歷史狀態查詢以及現狀數據與歷史數據的對比。

本次管線數據庫在更新維護方面的思路如下:

所謂的解釋，就是說明某種現象何以如此。語用學的研究目的之一就是解釋語言形式何以如此。在Givón(1979:3-4)認為語言學的解釋需要涉及下面一個或多個“自然解釋性參數”：命題內容、話語語用學、語言處理器、認知結構、世界觀語用學、個體發生學的發展、歷時演變和種系發生學的進化。這些參數就是我們稱之為外部解釋的參數。語體與命題內容、話語語用學、認知結構等參數密切相關，那么語體研究能為語言學提供什么樣的解釋？這是本文試圖回答的問題。

(1)記錄更新內容

對于現勢庫的每次更新，歷史庫自動記錄被更新的數據及相應信息，包括更新的時間、位置、范圍以及添加、刪除和修改的要素數量等。

(2)查詢更新狀態

根據給定的條件能方便的查詢更新狀態，如該片更新區域是否已下載數據、是否已更新入庫以及下載數據和更新入庫的時間、人員。

(3)更新前后數據對比

能方便的定位到任一次更新，并將其更新前后的歷史數據情況和現狀數據情況進行對比，方便管理人員對更新變化情況一目了然。

(4)歷史回放

能夠進行數據狀態回放，即隨時將指定范圍的數據恢復到指定時間的數據狀態。

6 結 語

本次南寧市地下管線數據庫的建設作為基礎地理空間數據為城市規劃、雨污分流工程、南寧水城建設提供了寶貴的基礎資料，同時也為后期的南寧市三維空間智慧管線系統的建設打下了堅實的基礎。

建立南寧市城市地下管線數據庫及更新，順應了南寧市城市信息化的發展趨勢，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，為智慧南寧建設打下堅實基礎，將有力促進南寧市城市規劃、建設、管理和服務的水平，使城市規劃更趨科學合理，其社會效益和經濟效益是十分明顯的。

［1］李學軍，洪立波．城市地下管線探測與管理技術的發展及應用［J］．城市勘測，2010(4)，5～11．

［2］鄭忠能，周朝義．基于Case 工具和Geodatabase 模型的地下管線數據庫設計［J］．測繪標準化，2009，25(3):15～17．

［3］張正祿，司少先，李學軍等．地下管線探測和管網信息系統［M］．北京:測繪出版社，2007．

［4］黃瑞金，卓嵩．基于ArcGIS 解決城市地下管線數據的管理［J］．四川測繪，2007，30(4):172～178．

［5］張漢春，廖宇宏．管線探測數據的邏輯查錯技術［J］．城市勘測，2010(5):115～117．