面向城市地下管線綜合分析的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫田

摘 要：城市地下管線的安全運(yùn)行對(duì)于城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要，該文將GIS技術(shù)引入到城市地下管線管理中，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了城市地下管線信息系統(tǒng)，并結(jié)合青海某市的地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)，探討了具體的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，將GIS引入到城市地下管線的管理中，對(duì)于提升城市地下管線的現(xiàn)代化管理水平，有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：城市 地下管線信息系統(tǒng) 功能 數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（c）-0079-02

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市賴以生存和發(fā)展的生命線。由于資金和技術(shù)等原因，管線數(shù)據(jù)長(zhǎng)期以來以圖表和文字資料形式保存，管理手段落后，管理效率低下，對(duì)城市的建設(shè)與發(fā)展造成嚴(yán)重影響。近年來雖然采用計(jì)算機(jī)輔助制圖（CAD）等手段，仍不能適應(yīng)信息時(shí)代城市規(guī)劃管理和建設(shè)的需求。隨著GIS、空間數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展與成熟，基于GIS技術(shù)建立的城市地下管線管理系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)繁雜的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)代化科學(xué)管理，達(dá)到管線數(shù)據(jù)的可視化和實(shí)時(shí)更新，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合規(guī)劃管理和分析。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)與體系結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)邏輯上從下到上依次為數(shù)據(jù)層、中間層、應(yīng)用層。

1.1.1 數(shù)據(jù)層

系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，確保了空間和非空間數(shù)據(jù)的一體化集成，還可實(shí)現(xiàn)事物處理、記錄鎖定、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)倉庫等功能。

1.1.2 中間層

采用ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)庫的引擎，將應(yīng)用層提出的請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為服務(wù)器數(shù)據(jù)層的請(qǐng)求，并將數(shù)據(jù)層返回的結(jié)果提交應(yīng)用層。

1.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是用戶直接接觸的部分，提供給用戶的是整個(gè)系統(tǒng)的最終表現(xiàn)，用戶通過應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫、查詢統(tǒng)計(jì)、圖層管理、空間分析、成果輸出等功能，完成系統(tǒng)應(yīng)用。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用基于分布式GIS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，采用C/S和B/S相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。這樣一方面可以保證內(nèi)部業(yè)務(wù)的處理和數(shù)據(jù)安全性，另一方面又可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和綜合應(yīng)用。具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)是地下管線信息系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫的建立是實(shí)現(xiàn)地下管線信息系統(tǒng)功能的關(guān)鍵所在。

2.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下管線數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，其中空間數(shù)據(jù)庫包括地下管線圖形信息和1∶1000基本比例尺地形圖，屬性數(shù)據(jù)庫分為管線線數(shù)據(jù)庫和管線點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。

2.2 數(shù)據(jù)模型

管線數(shù)據(jù)由管點(diǎn)和管線組成。

2.2.1 管點(diǎn)的定義

包括一般測(cè)量點(diǎn)（位置點(diǎn)）、特征點(diǎn)（依管線種類不同而異，如給水有：彎頭、三通、四通等）、附屬物點(diǎn)（依管線種類不同而異，如給水窖井、消防檢、閥門等）。

2.2.2 管線的定義

兩相鄰管點(diǎn)之間的連接。可作為管線起點(diǎn)和終點(diǎn)的管點(diǎn)類型有特征點(diǎn)（三通、四通、人孔）、附屬物（閥門、消防栓、窖井、接線箱、污水箅、手孔、上桿）、變徑點(diǎn)/變材點(diǎn)、埋設(shè)年代變化點(diǎn)、權(quán)屬單位變化點(diǎn)、報(bào)建案號(hào)變化點(diǎn)、測(cè)量任務(wù)變化點(diǎn)。

2.3 數(shù)據(jù)組織

系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括管線圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，圖形和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，通過ArcSDE訪問，避免了以往圖形和屬性數(shù)據(jù)分離存儲(chǔ)的缺點(diǎn)。整個(gè)城市的數(shù)據(jù)以管線種類進(jìn)行分類，每一類管線占用兩個(gè)數(shù)據(jù)表（管點(diǎn)表和管線表）。這種數(shù)據(jù)組織方式的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)不再需要特定的GIS格式數(shù)據(jù)，更易于數(shù)據(jù)的社會(huì)化共享。特別是能與規(guī)劃管理辦公自動(dòng)化系統(tǒng)緊密結(jié)合，相互共享數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)GIS管理

該模塊提供了對(duì)GIS數(shù)據(jù)管理的一些基本功能，包括文件和網(wǎng)絡(luò)管理、基本繪圖和圖形編輯、數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、符號(hào)管理和系統(tǒng)管理等。

3.2 管線查詢統(tǒng)計(jì)

該模塊可使管理人員快速方便地得到想要的資料和信息，統(tǒng)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)，從而能夠幫助管理人員高效率、正確地進(jìn)行管理和抉擇。功能包括管線及附屬設(shè)施的快速查詢、符合條件查詢、管線及附屬設(shè)施信息的統(tǒng)計(jì)分析、最近設(shè)施搜索等。

3.3 管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新

該模塊提供管線工程竣工測(cè)量成果與普查成果的合并功能，包括誤差分析與沖突處理、管線數(shù)據(jù)的修改、管線數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入、多樣化的管線數(shù)據(jù)增加、設(shè)計(jì)及竣工數(shù)據(jù)回貼、管線數(shù)據(jù)刪除與廢棄等。

3.4 管線綜合分析

該模塊可以幫助人們較直觀地了解到地下管線的現(xiàn)狀、分布和走向以及管線間的相互關(guān)系，并且可以在發(fā)生管線事故時(shí)為制訂處理方案提供技術(shù)支持。分析功能包括：管線的橫、縱斷面圖分析，管線的三維瀏覽和查詢，管線碰撞分析，管線爆管分析和關(guān)閥搜索，搶險(xiǎn)分析，最短路徑分析，管線上下游追蹤、管線預(yù)警分析等。

3.5 管線工程輔助設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家規(guī)范和其他標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)狀管線之間的關(guān)系，限定規(guī)劃管線的布設(shè)界限。通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)涉及信息的處理，完成管線設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、分析、繪圖及方案比較以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃報(bào)批、管線設(shè)計(jì)緊密結(jié)合。

4 青海某市地下管線信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

本著界面友好、操作簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)采用了 Window界面風(fēng)格，主界面包括菜單欄、工具欄、圖層控制欄、狀態(tài)欄、視圖窗口5個(gè)部分組成。

4.1 管線查詢應(yīng)用

該系統(tǒng)提供了多種方式的查詢功能。主要有圖幅號(hào)、道路名、單位名、索引號(hào)以及包括紅線區(qū)域、坐標(biāo)精確定位和道路的交叉路口等多種的查詢方法。在所有查詢過程中，所有被選中的管線或管線點(diǎn)，都將被高亮顯示，并即刻在信息屬性窗口中顯示其相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和空間信息。

4.2 管線統(tǒng)計(jì)應(yīng)用

系統(tǒng)可以根據(jù)需要選擇一個(gè)或多個(gè)管線點(diǎn)圖層進(jìn)行管線點(diǎn)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分析，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以“圖表統(tǒng)計(jì)”和“報(bào)表統(tǒng)計(jì)”兩種方式顯示。當(dāng)用戶選擇“圖表統(tǒng)計(jì)”時(shí)，當(dāng)前窗口將跳轉(zhuǎn)至“圖表統(tǒng)計(jì)”窗口。

4.3 管線搶險(xiǎn)分析應(yīng)用

搶險(xiǎn)分析提供了分析點(diǎn)到搶險(xiǎn)地點(diǎn)的最佳路徑的功能。例如：當(dāng)某處管線出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)分析點(diǎn)進(jìn)行搶險(xiǎn)分析，尋找出能避開該故障點(diǎn)的另外一條可以連通分析點(diǎn)的最短路徑管線，并高亮顯示。搶險(xiǎn)分析包括選擇分析點(diǎn)、選擇障礙點(diǎn)、顯示分析結(jié)果和清除分析結(jié)果4個(gè)操作步驟組成。

4.4 數(shù)據(jù)導(dǎo)出應(yīng)用

在成果表輸出的過程中，系統(tǒng)可根據(jù)相應(yīng)的成果表模板文件，對(duì)當(dāng)前選擇集中的管線和管線點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行匹配處理，進(jìn)而查找計(jì)算各個(gè)屬性數(shù)據(jù)，把逐個(gè)屬性地讀出并填寫到 Excel文件中。

5 結(jié)語

將GIS引入到城市地下管線的管理中，對(duì)于提升城市地下管線的現(xiàn)代化管理水平有著重要的意義。但還必須意識(shí)到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)管理與運(yùn)行是系統(tǒng)能否成功應(yīng)用的前提，在實(shí)現(xiàn)了城市地下管線信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立城市地下管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，是保證系統(tǒng)生命活力和管理有效性的唯一途徑。

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