武漢市城市地下管線全生命周期數據庫建設的設計與實現

成小溪，何偉，江威

(1.武漢市海綿城市和綜合管廊建設管理站，湖北 武漢 430023； 2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

按照國家和省市相關文件精神要求，武漢市實施了城市地下管線綜合信息平臺建設，提出了地下管線數據和平臺“互聯共享”的工作思路，整體考慮地下管線建設在規劃階段、建設階段和監管階段的全生命過程管理流程，以地下管線工程項目為管理單元，全面控制管線工程從規劃、審批、開工、施工、跟蹤、竣工和運行監管等關鍵環節，實現全市地下管線信息的共享互聯應用。其中，建立完整、全面、系統的地下管線數據庫是建好平臺面臨的首要任務和基礎保障，通過建立有效的數據聯動更新機制，打破了目前很多地方都存在的不同部門間的數據壁壘，實現了管線全生命周期數據的互聯共享，更好地保證了全市地下管線數據庫的實時動態更新。

2 建庫內容

2.1 地下管線現狀數據

地下管線現狀數據包含地下管線普查的二維數據和三維模型數據、地下管線事故和隱患排查數據、地下管線權屬單位調查數據，以及用于更新管線現狀數據的管線竣工測量數據、管線修補測數據和管線異動數據。管線竣工測量數據、修補測數據和異動數據作為數據源用于更新管線現狀數據之后，數據庫在此環節對其不另作存儲。

2.2 地下管線規劃管理數據

地下管線規劃管理數據包含管線規劃編制數據和規劃審批數據。規劃編制數據有管線規劃數據，道路修規數據，排水修規數據和規劃道路數據，其中管線規劃審批數據主要以管線規劃建設項目為管理單元，覆蓋管線專項規劃、綜合規劃、詳細規劃和修建規劃數據等。審批數據包括選址意見書數據，用地許可證數據，工程許可證數據，核位紅線圖數據和紅線定位圖數據。

2.3 地下管線建設管理數據

地下管線建設管理數據主要是針對管線建設管理過程中涉及的各類業務數據進行數據組織，以管線建設項目為管理單元，建立管線建設年度計劃數據、管線工程施工項目數據、管線工程竣工項目數據和管線工程檔案歸檔數據，實現管線建設業務管理數據的標準化、規范化、數字化和網絡化綜合管理。

3 建庫流程

3.1 地下管線現狀數據

(1)地下管線二維數據建庫流程

地下管線二維數據建庫主要是將地下管線二維普查數據進行檢查和處理修正，形成拓撲結構合理的地下管線數據庫。由于地下管線數據量較大，數據檢查和處理的工序較為復雜。主要流程為：①進行數據庫結構設計；②根據數據庫結構進行圖庫一體化數據檢查，確保地下管線圖形和入庫數據的一致性；③對檢查的錯誤標注原因，根據錯誤原因對數據庫進行修正；④通過數據檢查后，按照建庫要求對數據類型和層次結構進行重組建庫，并對接邊數據進行處理。建庫流程圖如圖1所示。

圖1 地下管線二維數據建庫流程

(2)地下管線三維模型建庫流程

地下管線三維模型建庫是以二維地下管線數據為基礎，對其管點和管線分別基于三維模型的制作進行數據質量的檢查，包括空間關系、屬性信息、投影信息等內容，依照相關數據的標準，進行處理和入庫；依據二維地下管線成果，建立三維地下管線和管點的模型數據庫，利用處理平臺自定義建立三維地下管線模型，并通過參照三維地面上模型，對地下管線的模型進行補充完善、渲染烘焙等操作，地下管線三維模型建庫流程如圖2所示。

圖2 地下管線三維模型建庫流程

(3)管線專項調查數據建庫流程

管線專項調查數據指的是全市各權屬單位的專業管線數據。為了全面表達全市管線現狀、充分利用已有管線資料，對管線專項調查數據進行調繪、歸集、整理、建庫工作，將管線專項調查數據與管線普查數據整合在一起，互為補充地表達全市管線現狀。

管線專項調查數據歸集建庫主要是在充分分析各管線權屬單位數據結構的基礎上，將Shape或多種Geodatabase存儲格式的管線專項調查數據采用批量導入或分片導入的方式，將數據匯入數據庫；對已經建立通用數據服務的數據，也可以采用直接接入數據服務的方式，將管線專項調查數據匯入數據庫。

(4)管線事故和隱患排查數據建庫流程

對于權屬單位已經建立有管線事故隱患空間數據庫的情況，系統采取與管線專項調查數據相似的手段完成管線事故、隱患數據的歸集和建庫，通過數據轉換、數據導出和數據導入的方式將權屬單位的管線事故、隱患數據批量導入或分批導入到對應數據庫中。

對于未建立空間數據庫的情況，采用表格導入、數據編輯、圖屬掛接等動作完成管線事故和隱患數據的錄入、建庫工作，主要分成兩種方式完成。一種是針對帶坐標的表格數據，可以通過讀取Excel格式的管線事故、管線隱患數據，獲取坐標信息，在創建幾何實體的同時錄入事故、隱患信息，從而完成建庫工作；另一種是針對不帶坐標的表格數據，可以通過讀取Excel格式的管線事故、管線隱患數據，先將事故、隱患信息錄入空間庫中，賦予空幾何實體，數據錄入人員再通過圖形編輯和圖屬掛接工具，實現空間實體與屬性的對應，從而完成建庫工作。

3.2 管線規劃管理數據建庫流程

管線規劃管理數據建庫主要包括管線規劃編制數據建庫和管線規劃審批數據建庫。

對于管線規劃編制數據，采用與管線專項調查數據相似的手段將綜合規劃數據，道路修規數據，排水修規數據和規劃道路數據進行歸集和建庫，通過數據轉換、數據導出和數據導入的方式將規劃編制數據批量導入或者分批次導入到對應數據庫中。

對于管線規劃審批數據，開發相應工具將紅線定位圖中管線信息導入到數據庫中，表格形式的屬性信息以屬性掛接的方式導入到數據庫中?！耙粫鴥勺C”以文件形式存儲，并通過屬性字段與管線紅線數據進行關聯。

3.3 管線建設管理數據建庫流程

管線建設管理數據建庫主要包括管線工程年度計劃建庫、管線工程基礎信息建庫、管線工程施工信息建庫、管線工程竣工信息建庫和管線工程檔案資料建庫。

管線工程年度計劃建庫、管線工程基礎信息建庫、管線工程施工信息建庫都是以管線建設項目范圍線為空間對象載體，進行計劃信息和施工信息的掛接，完成建庫工作。

管線工程竣工數據建庫主要流程包括管線探測成果數據檢查，管線圖形的生成，管線圖形檢查、接邊處理，管線數據拓撲關系的建立，數據庫建立，數據導入，數據庫檢查，網絡拓撲關系的建立和版本注冊。管線竣工數據建庫完成后，將管線工程中的管點和管線組合，并掛接上管線工程信息，完成竣工工程數據的建庫。

4 數據庫設計

地下管線全生命周期數據庫設計主要按照數據庫概念設計、邏輯設計和物理設計三個階段依次進行。

4.1 數據庫概念設計

地下管線數據庫概念設計是對系統建設要求描述的地下管線建設管理全過程建立抽象的概念數據模型。概念設計成果準確地反映各類地下管線數據的數據分層的抽象表現形式，對數據的分層名稱、代碼和幾何類型進行規定。

4.2 數據庫邏輯設計

地下管線數據庫邏輯設計是對地下管線建設管理全過程具體的數據庫邏輯結構進行設計，主要反映地下管線全過程管理業務邏輯關系。邏輯設計成果決定了地下管線數據庫在系統中應用的整體效能。其中將管線項目的項目號作為數據庫唯一標識碼，實現管線工程建設全生命周期不同階段管理的數據流轉和共享。

4.3 數據庫物理設計

在邏輯設計的基礎上，數據庫的物理設計主要包括對地下管線數據庫存儲記錄結構、數據庫存儲物理設計和數據庫索引設計等幾個方面內容。在地下管線普查數據庫中，關系型數據庫存儲于Oracle，空間數據使用ArcSDE存儲于Oracle中；數據庫存儲物理設計按地下管線所屬行政區進行分區，設置不同的物理存儲空間，以提高數據訪問性能并對數據故障進行有效隔離；數據庫索引設計主要采用屬性索引、矢量數據索引和柵格數據索引等方式進行建立。

如表1、表2所示是在數據庫設計中的部分設計實例。

管線規劃數據庫概念設計(數據分層表) 表1

管線規劃數據庫邏輯設計(紅線定位圖數據表) 表2

5 質量控制

數據質量控制主要包括以下標準制定、質檢制度制定、檢查內容制定等幾個方面的內容。主要目的是規范數據生產建庫的組織，保證數據生產建庫的質量。

5.1 制定《武漢市地下管線基礎信息平臺數據技術規定》

在深入調研的基礎上，結合普查地下管線和權屬單位調查地下管線的數據現狀情況，對地下管線數據建庫標準和共建共享機制的建立進行研究，更好解決地下管線信息跨部門跨領域的共享互聯交換。

以《城市地下管線探測技術規程》(CJJ61-2003J271-2003)為依據，對地下管線信息平臺的數據編碼規則、數據分層規則、數據結構、圖示圖例等進行的規定，制定了《武漢市地下管線基礎信息平臺數據技術規定》。

5.2 建立數據質檢制度

檢查采用中間過程檢查、完成成果檢查和驗收提交檢查三級檢查制度，各級檢查都要求逐級進行，不允許略過任一步驟。數據質量檢查采取人工與計算機相結合的方式，對數據生產建庫的整個過程進行嚴格的質量控制把關。基于圖庫一體化編輯和檢查軟件進行批量檢查和人工修改，盡量減少人工編輯的工作，做到數據檢查的及時反饋，數據修改編輯的及時更正，保證數據檢查和編輯的完整一致性。

5.3 數據質量檢查內容

數據質量檢查內容主要分為五個部分，即定位精度檢查、屬性精度檢查、數據邏輯性檢查、數據關聯關系檢查、完整性檢查。通過數據質量的檢查，能夠進一步提高數據質量，保證數據空間拓撲和屬性信息的準確一致性。

6 建庫成果

截至2018年底，武漢市地下管線現狀數據成果主要包括：①管線普查數據成果，覆蓋武漢市中心城區范圍的地下管網現狀數據庫，包括電力、給水、排水、燃氣、通信、專用、熱力、工業、綜合管溝九大類共計約 37 500 km，地下管網數據普查內容包括：管線類型、平面位置、高程、埋深、斷面尺寸、電纜根數、材質、保護材料、構筑物、特征、附屬物、壓力、流向、建設時間、運行時間和權屬單位等；②管線專項調查數據成果，主要包括電力、電信、排水和燃氣等權屬單位的管線數據；③事故數據和隱患排查數據成果，主要包括事故和隱患管線的管線類型、隱患類型、隱患級別、隱患亞類、安全隱患地點、安全隱患描述、責任單位、整改類型、整改情況、隱患部位等信息。管線規劃管理數據成果主要包括：①管線規劃編制數據成果，包括綜合規劃數據成果，道路修規數據成果，排水修規數據成果和規劃道路數據成果；②管線規劃審批數據成果，包括選址意見書數據成果，用地許可證數據成果，工程許可證數據成果，核位紅線圖和紅線定位圖數據成果。管線建設管理數據成果主要包括：管線建設項目的工程任務號、工程名稱、開工時間、竣工時間、建設單位、施工單位聯系人、施工單位聯系電話、道路名稱、工程許可證號、管線規格和管線長度等項目建設信息。管線普查成果二維數據庫、管線普查成果三維數據庫、管線建設管理竣工數據庫模型成果分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3管線普查成果二維數據庫模型成果

圖4 管線普查成果三維數據庫模型成果

圖5 管線建設管理竣工數據庫模型成果

7 結 語

武漢市城市地下管線全生命周期數據庫建設為武漢市的城市規劃、建設和運營提供權威和完整的地下管線數據保障，為地下管線全生命周期管理信息平臺的建設提供有效數據支撐，為地下管線信息的動態更新和共享交換提供基礎數據保障，為不同時態和不同維度的管線數據動態變化規律的分析與知識挖掘提供數據服務，準確及時的數據資源能夠更好地為武漢市各行政管理部門提供科學管理和決策的依據，特別是在避免地下管線重復建設、減少管線施工事故的發生和減少管線盲目開挖等方面可節約大量的經費。