基于GIS 的地下管線數據更新系統

李希 LI Xi

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣州 510060）

0 引言

地下管線系統作為城市基礎設施的重要組成部分，包括供水、排水、天然氣、通信等多個領域，其升級和有效利用在城市化進程中顯得至關重要。不僅可以支持城市基礎設施的決策制定，還為智能城市建設提供了必要的信息支持。因此，如何高效整合不同類型的管線數據、實現地下管線數據的及時更新，以提高管線系統的管理效率和數據利用價值，已成為當前地下管線數據管理領域的核心挑戰。

本文基于地下管線數據信息化管理的需求，以現有GIS 技術為基礎，采用空間數據模型（gdb）作為核心數據模型，并行開發管線數據錄入模塊、管線數據轉換模塊以及管線數據庫檢查模塊，構建了一個全面的地下管線數據更新系統。本系統提供了多項關鍵功能，包括管線數據字段的擴充和升級、字段類型的轉換、屬性的標準化、數據庫格式的轉換、管線數據的錄入、數據完整性的檢查和屬性合法性的驗證，以滿足管線數據信息化管理的需要，用于管線數據的自動化處理和更新。

1 系統設計

1.1 融合GIS 的管線數據更新系統

地下管線數據更新系統基于現代地理信息系統（GIS）技術，結合數據庫管理系統，構建了一個綜合性的管線數據信息管理、統計與分析的系統。該系統旨在對給水、排水、燃氣、電力、通信、熱力、工業、石油、垃圾真空、綜合管溝等10 類管線數據進行數字化錄入、更新和檢驗，并結合管線空間數據與屬性數據，實現管線網絡的2D 數字化。系統基于C#Arcengine10.2 進行構建，為滿足管道數據部門和專業領域研究人員對多源異構地下管道信息的管理需求，結合了gis 數據矢量化技術與Microsoft.NET 網絡服務平臺，實現系統的整體構建，為管線數據的更新和決策提供了強大的工具和支持。

在地下管線數據管理中，針對不同數據模型進行比較，本系統選擇空間數據模型（gdb）作為主要的數據模型。首先，空間數據模型適合記錄地下管線的地理位置信息，可以精確表示管線的坐標、形狀和位置關系，為地理信息查詢提供了強大的支持。其次，空間數據模型允許進行空間查詢和分析，例如，查找特定地點的管線、計算管線之間的距離等。采用空間數據模型可以將地理位置數據與屬性數據有效整合，實現對地下管線數據的全面管理和分析，相對其他數據模型，能夠更好地管理地下管線數據，實現地理位置數據和屬性數據的高度整合。此外，利用空間數據模型進行地理信息查詢和分析，能夠更好地支持城市管線設施的優化決策和智能城市建設。

1.2 系統架構設計

地下管線數據更新系統整體架構涵蓋五個關鍵層級：基礎支持層，數據資源層，功能服務層，展示層，用戶層。基礎支撐層作為架構的底層，為整個系統提供了必要的設備和平臺支持，確保系統的穩定運行。數據資源層在此基礎上構建了一個高效的管道信息庫，以滿足數據服務的需要。系統的核心在于功能服務層，通過各種應用功能，包括數據錄入、數據格式轉換、數據檢查等功能，實現了管線數據的更新與管理。展示層則將管線數據和系統功能以直觀的用戶界面呈現，使使用者能夠輕松地瀏覽、查詢和分析管線數據。用戶層作為架構的頂層，是系統的使用者，包括城市規劃師、管線維護人員等。通過這五個層次融合，GIS的管線數據更新系統得以以高度可控的方式，滿足地下管線數據管理的復雜需求。系統的總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構示意圖

2 系統實現

本系統使用Arcengine10.2 作為開發平臺，以C#作為開發語言，基于.Net Framework 4.5、ArcGIS 10.2 for Desktop 和ArcObjects SDK for ArcGIS 10.2 進行二次開發，系統支持Windows 兼容相關硬件平臺，要求內存不低于8G，CPU 不低于2.2GHz，存儲空間32G 以上，系統包含管線數據采集、管線數據升級與數據格式轉換、管線數據錄入與動態更新、管線數據檢查等功能，如圖2 所示。

圖2 地下管線數據更新系統構成

2.1 管線數據升級與數據格式轉換

目前各類管線數據存在不同格式數據的升級與轉換需求，然而采用現有的軟件工具進行數據轉換往往存在轉換操作繁瑣，工具適用性低，適配度也不高的問題，因此本系統針對此方向進行了優化改進，數據升級與格式轉換界面如圖3 所示，具體功能包括以下幾點：

圖3 管線數據升級與數據格式轉換功能區

①標準轉換：對mdb 數據屬性字段進行升級轉換，在系統界面完成字段擴充以及字段映射。

②格式轉換：地理信息數據庫不同格式間進行批量轉換。包括mdb 數據轉換shp 數據，mdb 數據轉換gdb 數據，以及表格文檔excel 文件轉換gdb 數據等功能。

③數據清洗：對各圖層屬性信息進行字段刪改，過濾錯誤和冗余數據。

④自定義配置：創建字段屬性配置模板文件，可根據需求自定義設置。包括字段名稱、字段別名、字段類型和字段長度的調整。

2.2 管線數據錄入與動態更新

管線數據錄入與動態更新環節主要進行多種數據源的整合和歸一化處理。第一種數據錄入方式是通過圖形用戶界面，操作人員手動輸入管線數據，其中包括管線的幾何屬性（如長度、直徑、材質等）以及相關的屬性信息（如用途、年限等）。另外，也可以采用外業調查表錄入方法，通過專業人員在實地進行調查和采集完成調查表，然后將數據經過轉換導入到管線更新系統中，以確保數據的準確性和一致性。

管線數據錄入與動態更新的屬性編輯功能區與屬性修改結果視圖分別如圖4、圖5 所示。在屬性編輯功能區中，字段列為待編輯的字段，用戶通過編輯框填寫或選擇該行對應字段修改后的值，對應關系表格編輯完畢后，再點擊執行修改按鈕，開始根據表格內容批量修改選擇集中的要素。修改的結果反映在結果視圖中，包括本次修改的數據源、圖層、選擇集要素數量、修改內容以及修改狀態。

圖4 屬性編輯功能區

圖5 屬性修改結果視圖

外業調查表錄入方法要求數據具有與表格可匹配的字段與值。在關聯修改功能區（圖6），用戶可以加載特定格式的表格并通過下拉選擇框設置待修改的圖層和匹配字段。通過“配置”按鈕，用戶設定表格標題名與GIS 字段名的一一對應關系。執行關聯修改后，系統會逐行從表格讀取信息，根據匹配字段在GIS 數據中查找并更新相應的要素屬性。修改結果會在表格的“錄入狀態”列中顯示。此外，用戶也可以選中表格中特定行的數據，執行針對該行信息的關聯修改，并在完成后查看或回退修改結果。

圖6 關聯修改功能區

2.3 管線數據檢查

管線數據檢查功能區如圖7 所示。屬性合法性檢查主要驗證管線屬性的范圍和取值是否符合標準，避免錯誤數據的分析和應用，現有的軟件工具進行數據檢查往往存在操作繁瑣、耗時長、適配度不高的問題，因此本系統針對此方向進行了改進，具體功能包括以下幾個方面：

圖7 管線數據檢查功能區

①錄入管線數據必填項檢查：主要是針對屬性表中必填項字段進行非空與空白值的檢查，確保必填字段無誤，輸出建議值。比如“入庫時間”未填寫或者為空白，系統就會給出錯誤提示此處為空值并且輸出此要素相關信息。

②值域檢查：針對管線數據的相關字段的值域進行審查，對管線類型進行判斷分析，判斷所屬管線類型，設定不同字段對應不同的值域，檢查錄入數據是否在此字段的值域范圍內并且輸出相應的檢查結果。例如對于人工填寫字段“基礎形式”的錯誤信息輸出為：錯誤管線的ID 號、檢查項內容、ObjectID、FGUID、錯誤管線的起點號、終點號。錯誤信息包含字段名稱、錯誤值是否人工填寫，值域是否超出范圍，填寫字段的建議值。

③時間格式檢查：設定時間格式為YYYYMMDD，判斷相關字段是否為此格式結構，并且包含將其他時間格式（“YYYY 年M 月D 日”“YYYY -M -D”“YYYY/M/D”“YYYY 年M 月”“YYYY-M”“YYYY/M”）數據轉換為規范要求格式（具體到哪天用“YYYYMMDD”、具體到哪月用“YYYYMM”）的程序并且輸出建議值。例如建成年月填寫“2022/1/4”輸出的錯誤信息為：“字段：建成年月值：2022/1/4，填寫時間格式錯誤，建議值：20220104”。

3 結束語

本研究充分考慮地下管線數據信息化管理的實際需求，綜合應用現代地理信息系統（GIS）技術、數據庫管理技術，成功構建了基于GIS 的地下管線數據更新系統，以滿足不同類型管線數據的復雜管理需求。整體系統通過整合C#、Arcengine10.2、文件地理數據庫等關鍵技術，實現了包括管線數據采集、錄入、更新、格式轉換、數據檢驗在內的多項功能。本系統提供了強大的數據處理和分析能力，滿足了城市規劃師、管線維護人員等專業人士的實際需求，使得管線數據得以直觀呈現和深入分析，為未來城市基礎設施管理數字化轉型升級、地下管線數據有效管理、城市基礎設施智能化發展提供了實質性支撐。