地上燃氣管道數字化技術研究

石善忠

上海城市地理信息系統發展有限公司 江蘇 南京 210000

引言

目前，GIS系統在城市燃氣管網輸配中的技術已經得到了廣泛運用，它主要是利用數據庫技術和計算機系統進行輸入、分析、編輯、儲存、空間顯示及其屬性的地理資料[2]，建立為燃氣管網維護、規劃、管線設計、管道施工和竣工資料、搶修決策及相關屬性數據查詢的空間信息庫，實現方便地進行查詢統計、運行調度及檔案管理[3]。然而，GIS系統中燃氣管道只覆蓋到地下管至建筑樓宇門口立管出土前，存在立管出土后至樓宇建筑內管道和燃氣表GIS信息的管理盲區，因此，需要構建樓棟燃氣GIS系統，將每幢樓宇內、每個樓層、每個用戶的燃氣立管和燃氣表結合起來，打通管網末端的樓棟管道管理盲區，摸清地上管數據現狀，對用戶用氣安全監測和應急事故的輔助決策發揮著重要作用。

1 地上管數字化處理流程

圖1 地上管數字化處理流程

2 地上管數字化技術研究

2.1 準備階段

收集地上管設計圖、竣工圖等原始圖檔資料，格式DWG、JPG。圖紙上應明確標注：工程地址、管道走向、口徑、高度、材質、長度、燃氣表等基本信息。

2.2 數據預處理

不同的原始資料采取不同的處理方式，建議最好收集電子版CAD數據。若客戶提供的數據格式為JPG，則先通過CAD軟件將圖面中的各類元素進行矢量化操作，若客戶提供的數據格式為DWG，則跳過此步驟。

在CAD中將上步驟的矢量化數據，按照建筑、用氣設備、報警裝置、燃氣管線、設施管件、標注、引線進行提取、轉層，并按單根立管或單層平面圖導出為獨立DWG文件。

2.3 圖形繪制

將處理好的CAD，依據管道設施繪制規則，對管線、設施管件、建筑、標注進行隨層繪制，并在0層中繪制圖形外框。

2.4 數據建庫

2.4.1 數據要素

2.4.1.1 地上燃氣基礎數據。地上燃氣管線基礎數據主要包括網格數據、建筑數據。

網格數據采用自定義的規則虛擬網格，無實際地理位置，網格大小為200m×200m。

建筑數據指與地上燃氣管線相關的建筑平面數據，包括建筑主體結構，如：墻體、樓梯、電梯、門窗等。

2.4.1.2 地上燃氣輔助數據。用氣設備指與燃氣表連接的用戶設備，包括鍋爐、灶具、熱水爐，其中灶具主要包括：中餐燃氣炒菜灶、矮腳爐、單灶、二用灶、保溫爐等。

燃氣報警裝置指用于燃氣泄漏檢測及報警的裝置，含報警探頭、報警電源及報警控制器。

2.4.1.3 地上燃氣專業數據。地上燃氣管線：按類型分為地上燃氣管線、地上燃氣放散管。

設施：包括閥門、燃氣表。

管件：包括彎管、三通、悶頭、大小頭、補償器、套管、管塞、套筒。

2.4.2 GIS圖層及數據字典。

網格（面）：網格編碼、面積、備注。

建筑（線）：網格編碼、地址、總層數、所屬層數、用戶數、對應立管編碼、備注。

用氣設備（點、線）、報警裝置（點、線）：設施名稱、網格編碼、對應燃氣表、備注。

地上燃氣管線（線）：管線編碼、運行氣質、壓力級制、口徑、材質、長度、網格編碼、類別（軸測圖、平面圖）、對應立管編碼、備注。

設施管件（點、線）：設施編碼、網格編碼、對應立管編碼、室號、表號、備注。

標注引線（線）：網格編碼、備注。

標注文本（點）：網格編碼、標注內容、備注。

2.4.3 編碼規則。

網格編碼采用G（網格的英文縮寫）+10位流水號（0000000001-999999999）。

管線編碼采用工程編號+棟號（2位流水號，01-99）+立管號（A-Z，燃1為A，燃2為B，依次類推）+2位流水號（01-99）。

設施編碼采用設施簡稱（其中閥門為FM，燃氣表為M等）+立管號（A-Z，燃1為A，燃2為B，依次類推）+2位流水號（01-99）。

2.5 屬性勾連

將繪制好的管線、設施塊等圖形按層批量導出到對應的SHP文件中，并對每條建筑、用氣設備、報警裝置、燃氣管線、設施管件、標注、引線記錄的字段進行賦值。

2.6 數據整合

綜合運用FME軟件工具、Python開發語句將處理好的管線、設施、標記及建筑圖形進行比例縮放、居中偏移、批量復制等關鍵操作，自動實現將多棟、多層地上管圖形存儲至對應的網格范圍內，且居中顯示。

2.6.1 比例縮放。運用FME軟件的AreaCalculator 工具計算出圖形外框面積S，LenghCalculator計算圖形外框周長L，再用AttributeCreator工具賦值，a=1，b=-L/2 ，c=S。

利用Python語句，通過求根公式求出圖形外框長寬（x，y），并計算圖形的縮放比例，分別用網格的長寬200除以圖形外框的長寬，結果取最小值，即縮放比例=min(200/x，200/y)。

運用Scaler工具按縮放比例對圖形外框及框內的圖形進行整體縮放。

2.6.2 居中偏移。運用FME軟件的CenterPointreplacer和CoordinateExtractor工具分別求出圖形外框和網格的中心點坐標，再運用Offsetter工具按中心點坐標差值進行圖形的偏移，實現圖形整體平移至網格范圍內，且居中顯示。

2.6.3 批量復制。運用Python語句，通過循環復制方式，實現了多棟建筑的批量復制，確保了圖形全要素的完全復制，以及數據編碼的唯一性。

圖2 立管改造工程設計圖

2.7 數據導庫

依托ArcGIS平臺環境，創建SDE，輸入導入地上管數據路徑后獲取導入要素列表，并將列表依次追加到Oracle數據庫中。

3 地上管數字化成果應用展示

某個立管改造試點工程，設計圖如下圖2，戶型一梯四戶，層高6層，圖中左上角為1層燃氣管道安裝平面圖，左下角為2-6層燃氣管道安裝平面圖，右側為其中1根立管（燃1）燃氣管道安裝軸測圖，燃1和燃2對稱。

通過3.1-3.6的數字化處理流程，其中，下圖3為軸測圖，圖4為地上管GIS數據的網格存儲，圖中左側為管線、設施、建筑及標注的圖層列表，底端為打開的各圖層屬性列表，中區為圖形存儲區域。該工程按單個軸測圖、單層平面圖的拆分規則，存放在8個網格中，燃1和燃2分別存放1個網格，1層至6層平面圖分別存放1個網格，其中3-6層平面圖是在2層平面圖的基礎上進行4次復制獲得。

基于上述地上管數字化成果，在GIS系統中，實現地上管二維視圖的應用展示。點擊某個立管彈出地上管，如圖5。圖中，上端分為而維視圖展示區，同時展示軸測圖及對應的1層（默認展示層）平面圖，若單擊左側軸測圖某段管道或設施，右側平面圖對應的管道或設施也被選中，并同時高亮展示，實現二維視圖的聯動展示，便于地上管展示及應用。

圖5 地上管二維視圖展示效果

4 結束語

論文詳細闡述了地上管的GIS數據標準以及如何運用CAD工具、FME軟件及Python等信息化技術手段進行自動化、批量化的數字化操作流程，并結合某個地上管試點工程，快速高效地實現了該工程的地上管數據庫存儲，及GIS系統的可視化展示，為燃氣地上、地下一張圖管理提供基礎支撐。