重慶市地下管線普查與更新數據建庫實踐

劉金榜，王國牛，何興富

(重慶市勘測院，重慶 401121)

1 引 言

為貫徹國家精神以及更好地服務城市規劃建設管理，重慶市于2015年～2016年開展了全市地下管線普查與更新。地下管線普查數據建庫是承接外業普查與管線數據應用的重要環節，對地下管線普查數據的最終應用有著重要的影響[1，2]。為了規范地下管線普查與更新數據建庫，重慶市建立了《重慶市地下管線數據建庫標準》。本文基于重慶市地下管線普查與更新數據建庫的具體實踐，介紹重慶市地下管數據建庫的整體策略、重慶市地下管線數據建庫的流程、探討重慶市地下管線普查與更新數據庫的具體設計。

2 地下管線建庫策略

重慶市作為省級架構直轄市，橫跨2個六度分帶(中央經線分別為105和108)，3個三度分帶(中央經線分別為105、108和111)。管線普查與更新涉及全市38個區縣及萬盛經濟開發區、雙橋經濟開發區和兩江新區，區域跨度大，范圍廣。由于歷史原因，各區縣的空間基準并不是完全統一，要實現重慶市地下管線一套數據庫的建設并同時兼顧各遠郊區縣本地測繪地理數據的實際應用情況，必須制定統一的建庫策略，以滿足全市地下管線普查數據建庫和本地的實際應用。重慶市地下管線普查與更新數據建庫的策略如圖1所示：

圖1建庫策略

(1)整體上重慶市地下管線數據庫建設按全市、主城區、遠郊區縣(自治縣)三個層級進行建設；

(2)城區、遠郊區縣、長輸管線普查或更新管線數據需建立普查成果坐標系(北京54、西安80或者本地坐標系)及對應的CGCS2000的普查成果數據庫；

(3)市級層面全市在主城區、遠郊區縣、長輸管線CGCS2000普查成果數據庫的基礎上建立一套CGCS2000坐標系的管線普查成果數據庫。

3 地下管線建庫流程

地下管線外業普查完成后，根據統一的建庫策略，各區域普查成果在提交質量驗收和數據入庫時，需提交兩套坐標系統的成果，一套是管線普查直接采用的坐標系成果數據，另一套是轉換至2000國家大地坐標系的成果數據，包括標準的綜合管線數據和管點、管線及附屬設施屬性Excel格式的數據。

數據建庫包括數據準備、數據庫模型建立、入庫前檢查、數據入庫、入庫后檢查。其整體流程如圖2所示：

圖2 建庫流程

數據準備指按照統一建庫策略收集各區域普查成果數據，并進行整理和備份；數據庫模型建立，根據普查技術規程對管線數據建庫的具體要求，對數據進行邏輯設計和物理設計，建立數據庫模型；入庫前檢查，數據入庫前應按數據庫的設計要求對每類數據進行全面檢查，檢查內容包括數學基礎、數據格式、屬性結構、屬性填寫、空間位置、命名規范等。對不符合建庫要求的數據，應按照一定的工序和質量要求進行修正；數據入庫，對檢查驗證通過后的數據進行入庫，并保留相應的入庫日志；入庫后檢查，主要對入庫的數據圖形進行檢查，看是否出現混亂的連接；檢查完成后形成入庫成果數據。

4 地下管線數據庫設計

4.1 地下管線數據組織設計

地下管線數據庫的核心內容是普查與更新的八大類管線數據，包含給水、排水、燃氣、工業、熱力、電力、通信、綜合管溝。每類管線按空間存儲類型可分為點、線、面三種數據。管點代表實際的管線設施或者普查的測量點，如供水的閥門井、消火栓、水表、探測點和燃氣的管帽、預留口、凝水缸等。管線由兩個管點相連而成，管點與管線數據設計的原則是實現管點與管線的空間拓撲鄰接關系。例如選擇了一條管線，通過管線數據庫能夠查找到組成該管線的兩個管點。同樣，如果選擇了一個管點，通過管點數據庫能夠查找到所有與該管點相連的管線。面主要用于表達附屬設施，如化糞池等。

另外根據管線隱患安全整治的需要，本次重慶市地下管線普查建庫針對8大類管線數據添加了隱患信息，以對管線的隱患信息進行管理。其整體邏輯結構如圖3所示：

圖3 地下管線數據庫組織設計

重慶市地下管線數據庫包括兩個部分：管線數據集和元數據，管線數據包括8大類管線數據，每一類管線數據又包括管點、管線、附屬設施和隱患信息。為了管線數據庫后期管理和實體管理的需要，重慶市地下管線數據庫元數據采用兩種方式進行記錄：(1)數據集元數據，主要用于描述數據集的覆蓋范圍、質量等級、數據提交單位、數據入庫單位、空間參考信息、數據變更信息等有關的信息；(2)實體元數據：主要用于描述管點、管線、附屬設施自身屬性包含的元數據，包括勘測日期、勘測人員、質檢單位、質檢人員、作業單位、作業人員等相關信息。

4.2 地下管線屬性結構設計

地下管線屬性一方面用以描述管點、管線、附屬設施的相關屬性信息，另一方面，也對各區縣管線數據庫的合并、管線數據后期的持續動態更新以及中間交換格式具有很大影響[3]。為了實現重慶市地下管線一套數據庫的建設，除了通常的管點、管線、附屬設施屬性外。重慶市地下管線數據庫管點、管線和附屬設施屬性做了特殊的設計：

地理實體唯一標識碼設計：重慶市包括主城九區和29個遠郊區縣，每個區縣地下管線普查與更新又可能包括幾個標段，要建立一套數據庫并具有良好的交換性，必須確保管點管線地理實體標識碼的唯一性，重慶市根據本身實際對管點管線的地理實體標識碼做了特殊的設計。管點管線的地理實體標識碼統一使用如下格式進行編碼：鄉級行政區劃編碼+幾何類型+6位隨機順序碼。其中，鄉級行政區劃編碼統一為9位，如500105006代表觀音橋街道；幾何類型分為3種：GP，GX，GM；6位隨機順序碼可采用機器或者程序自動編碼。管點、管線和附屬設施的唯一地理實體標識碼設計可以確保重慶任何區縣任何一個管點管線的地理實體標識碼都是唯一的，而且具有很高的辨識度，為管線數據的更新和格式交換奠定基礎。

時態屬性的設計：空間、時間和屬性構成地理信息的3種基本成分，時態屬性對于變化地理實體的管理不可或缺[4]。管線數據是動態變化不斷更新的，如何進行多時態的管線數據管理是管線數據應用的一個要點。為了便于查看不同時期的歷史管線數據，重慶市地下管線數據庫除了對管線數據庫進行版本管理的策略之外，在管點、管線、附屬設施及隱患信息實體層面，另外加了GlifeCycle(管線生命周期)屬性和GLifeTime(時間)，其中管線生命周期包含現狀、添加、刪除、修改四種周期屬性，每種屬性對應有修改時間，這樣通過簡單的查詢就可以了解管線數據的變化和修改。

4.3 地下管線數據存儲模型設計

地下管線數據量龐大，需要高效的、可擴展的數據存儲。基于這個需求，重慶市選擇了ArcGIS Geodatabase面向對象的空間數據存儲模型用來進行地下管線數據庫的物理存儲設計。其主要優勢如下：

(1)海量數據存儲能力：ArcGIS File Geodatabase每個表都能存儲1TB的數據，對數據的擴展沒有任何限制；

(2)行為表達能力：ArcGIS Geodatabase可以真實反映現實世界地理實體實物的屬性和行為，可以更好地對地下管線網絡進行模擬；

(3)快速構建能力：ArcGIS Geodatabase實質上就是關系數據庫的一個特例，其包含了一個用來表達地理特征空間關系和拓撲關系的面向對象數據結構，簡化了數據庫從邏輯數據模型到物理存儲模型這一設計過程，可以快速進行管線數據庫的構建；

(4)版本化管理能力：版本是地理數據庫在某個時刻的快照，其中包含地理數據庫中的所有數據集，可以多時態、多規劃階段的數據進行管理[5]。

基于ArcGIS File Geodatabase，重慶市地下管線存儲模型設計圖如圖4所示：

圖4 管線數據庫存儲模型

5 結 論

重慶市作為第一個完成全市域所有區縣地下管線普查和更新的省級行政區域，建立了全市域、主城區、遠郊區縣(自治縣)三個層級的地下管線數據庫，共完成全市 67 857 km的管線數據入庫。重慶市地下管線綜合數據庫從前期地下管線的數據庫整體建庫策略和入庫流程、到管線數據的組織設計、屬性結構設計，都形成了具有重慶市獨特地下管線數據的組織和設計，最后的實際應用證明重慶市地下管線普查與更新據數建庫的整體設計滿足了管線數據的后期應用和專項應用、具有一定的實用性和推廣性。

[1] 楊伯鋼，張保鋼，陶迎春等. 城市地下管線數據建庫與共享應用[M]. 北京： 測繪出版社，2011.

[2] 王雅鵬，張喜英. 基于Geodatabase的城市地下管線數據模型設計與應用[J]. 地理空間信息，2016，14(8)：84～86.

[3] 張海濤，閭國年，張書亮等. 基于一體化數據模型的城市管線GIS共享[J]. 測繪通報，2005(10)：57～60.

[4] 吳信才，曹志月. 時態GIS的基本概念、功能及實現方法[J]. 地球科學，2002，27(3)：242～244.

[5] Michael Zeiler. Modeling Our World，The ESRI Guide to GeoDatabase Design[M]. ESRI Press，2009.