基于GIS的校園管線測量與動態管理系統的開發與應用

王智超 李立波 張坤鵬

（解放軍61206部隊，遼寧 大連116023）

1 引言

校區管網系統包括供水、排水、供電、供氣、熱力、電信、人防等。以往校區管網由各有關部門分別管理，缺乏綜合協調能力。由于地下管線的不可見性，在施工中經常發生位置矛盾和沖突，造成不必要的經濟損失。同時，由于傳統的基于管網信息的空間數據定位、管理、查詢等主要借助于表格呈現，缺乏地理要素，因此難以適應校區建設發展的需要。而根據目前大連理工大學西山新校區建設的進度，實時地獲取欲埋設管線的真實位置和深度，是目前亟需要做的一項工作。同時對采集的這些數據，用一種真實、圖文并茂、多方位顯示管理，并具有一定空間分析功能和可視化表達、進行各種輔助決策的新系統開發也就成為必然。大連理工大學地下管網測量與動態管理信息系統建立思想就是基于這種背景提出的。

本地下管網GIS系統是以Mapinfo為開發平臺，利用Microsoft Access空間數據庫技術以及Visual Basic語言進行二次開發，同時以學校園區1∶500地形圖為背景，實現校園管網的可視化與功能分析的設計。為校園建設部門進行管網規劃、管網改造、管網數據入庫、管網文件管理、系統維護、信息查詢、管線分析、歷史備忘等提供決策支持；實現數據的可視化、信息的地圖化，并能靈活進行各類管線信息的輸入、管理和查詢［1］。這對校園資產管理與應用，具有重要的指導意義。

2 管線數據動態采集方法簡介

大連理工大學地下管網動態管理系統的數據采集分為兩部分，分別是管線空間數據采集和管線屬性數據采集。其中，空間數據主要是利用大連理工大學單CORS系統網絡RTK技術進行采集、對于無法收到信號的地方，利用全站儀進行輔助測量；地下管線探測，則可采用管線探測儀、雷達剖面儀等進行探測采集。然后通過相關數字成圖軟件，建立滿足各種管網分析需要的1∶500比例尺的數字地形圖。

首先，收集作業區已有的規劃或已有的地形及各種管網（地上、地下）資料，并進行實際分析，看所收集的資料能否達到需求的目的和精度，包括空間坐標的現實性和可靠性，還有管線屬性的真實性和完整性，并加以利用。

其次，對管線進行地上和地下兩部分的勘測。

（1）地上部分，利用大連理工大學單CORS系統網絡RTK技術，對管線井口的位置進行空間信息獲取，對于網絡RTK無法獲取信號的地方，利用全站儀加以輔助測量，同時將管線兩側一定寬度的帶狀圖測出，調查獲取管線的主要屬性，如管徑、管材料、架設年代等項目。

（2）地下部分，由于大連理工大學西山新校區正在建設，有些地方已完成新管道鋪設，而且沒有進行土方回填作業，利用網絡RTK（開闊處）、全站儀（樓旁附近）測量地下管線拐點、變坡、走向等位置，同時還對管徑、井口、交叉連通形式進行測量；對于已有的管線，利用已有資料和探坑、井位等確定地下管線各種屬性，并把其空間屬性和本身物理屬性等分類輸入數據庫［2］，各種管線的代號如表1。為了提高其位置精度，用地下管線探測儀如測地雷達、斷面掃描儀等配合全站儀確定管線的實際走向，并在地面上作標記。

3 地下管網動態管理系統概述

本系統針對學校管理運營的實際需求，運用GIS技術建立的一套可視化的信息系統。結合地理環境信息和地下管網的基礎信息，為用戶提供多種查詢、統計分析和輔助決策等功能，對學校管理層進行地下管網的規劃設計和決策提供有力的支持。

系統以Mapinfo軟件為開發平臺，選用VisualBasic作為開發語言，利用Mapinfo自帶功能模塊Map Basic對Mapinfo進行調用，選用Microsoft Acess作為關系數據庫，利用資料和實測數據將地下管網的各種空間信息和屬性信息輸入數據庫，并通過編程實現對數據訪問、修改、維護及分析。系統的結構圖如圖1。

4 系統主要功能模塊

4.1 用戶管理

該系統實行用戶注冊管理制度，只有管理員和注冊用戶通過輸入正確的用戶名和密碼才能登陸系統。匿名登陸的用戶只具有瀏覽的權限。

管理員具有添加、刪除用戶，編輯用戶屬性（部門、用戶名、密碼、用戶描述和用戶類別等）的功能，并根據實際情況決定是否分配給用戶設備日常維護、屬性管理、圖形管理、報表管理、缺陷管理等操作的權限。同時還可以將某條線路或其分段設備的管理權限按用戶名稱或者部門分配給用戶。

4.2 信息檢索

通過信息檢索可以查看用戶屬性、管線屬性、管線空間信息、數據庫屬性以及地理圖元等。其中包括對地下管網信息的查詢和對基礎地理信息的查詢。包含如下模塊：

（1）工作圖形和屬性數據雙向查詢

工作底圖提供了基本的地圖查詢和圖層管理等功能，通過瀏覽圖像，可以實時顯示實體的空間信息；在地圖上直接點擊設備管線，可以查詢該設備的屬性信息。也可以通過數據庫查詢屬性信息，比如直接輸入管線編號，系統會給出該管線的長度、直徑、材料、地理坐標等相關信息。

（2）條件查詢

根據數據庫現有的屬性信息，按照SQL語法組合條件進行查詢，系統可以自動給定備選項幫助快速構建查詢條件。具體包括：

定位查詢：輸入定位信息，如道路名稱、建筑物名稱、單位名稱、區域名稱、圖幅名稱等，系統將地圖定位到指定位置，并能夠給出詳細的地理要素信息和屬性信息。

屬性查詢：查詢共給出滿足條件的實體要素的屬性。

（3）路由查詢

提供對指定管道、指定線纜、指定用戶等的路由查詢，給出詳細路由信息。查詢的結果以圖形、表格、對話框等形式顯示在屏幕上，或直接通過繪圖儀、打印機輸出。對于地下管網系統來講，這種查詢方式具有很強的專業性，是系統必不可少的功能［3］。

4.3 數據入庫與編輯

數據入庫是：對于學校原有的及外業測得的管線數據，通過系統內業程序處理，生成相應的圖形與屬性數據，并將數據按相應的格式輸入到數據庫中。數據編輯包括空間數據和屬數據的編輯。空間數據編輯包括點、線的增加和刪除以及背景地形圖編輯。屬性數據編輯包括管線的屬性和屬性結構的編輯。管線的編輯要跟據系統精度要求設定適當的捕捉距離。刪除管點時需要同時刪除連接的管線；刪除管線則要根據管點是否還連接其他管段判斷是否刪除管線；新增管點時，根據設定的捕捉容限判斷是否與已有管點重合或打斷已有管線；管線的增加，同樣需要捕捉距離參數，判斷起止點是否與已有管線起止點重合從而做出點位調整，還要判斷是否與已有管段相交做打斷操作［4］。圖2是實現管點增加功能的算法流程圖。

4.4 橫縱斷面分析

管線斷面分析是道路與管線工程規劃設計和管理的基礎，也是工程查詢的必要信息。在工

作底圖窗口中對管線任意位置進行橫斷面剖析，可以確定地下管線的空間位置，系統同時列示出管線的斷面尺寸、材料、埋深、位置間距等屬性。管線縱斷面分析可用于觀測管線在地下的走向和坡度的合理性。對一定區域內的管線或一條管線，指定縱斷面的范圍，可以自動生成管線走向的縱斷面圖，同時標示出各管線點的縱斷面和位置［5］。如圖3所示。

5 小結

該系統的建立，確保了校園管網資料的完整、準確，方便了管理人員對大量資料進行高效、科學的管理，同時也便于決策者隨時掌握最新管線數據信息，從而為校園地下管線的設計提供整體規劃思路，是校園綜合管網運行中的有效管理工具。