地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)技術研究

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摘要：基于工作實際，從平臺選擇、數(shù)據(jù)庫建庫、系統(tǒng)采用的架構(gòu)等方面對地下管網(wǎng)系統(tǒng)建設流程進行了闡述，地下管線因其具有隱蔽性，所以建立地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)具有重要意義，方便掌握地下管網(wǎng)的詳細資料信息，更好地為人們的生產(chǎn)、生活服務。

關鍵詞：地下管線；地形數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；ArcGIS

地下管網(wǎng)作為人類賴以生存和發(fā)展的基礎，具有規(guī)模大、范圍廣、種類多、空間分布復雜等特點，同時承擔著信息傳輸、能源輸送等和人民生活密切相關的重要功能，地下管線存在地下管線分布不清，分布不合理、地下管線超負荷、病態(tài)運行、對地下管線運行缺乏有效監(jiān)管、多頭管理等弊端，傳統(tǒng)的手工辦案方式已跟不上信息時代的城市規(guī)劃管理要求，因此，建立地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)成為信息化建設的重要組成部分，本文在遵循設計原則、性能的基礎上，對地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)建設中的開發(fā)平臺選擇、數(shù)據(jù)庫建設、系統(tǒng)體系架構(gòu)設計等方面進行了闡述。

1軟件的設計原則

根據(jù)軟件設計原則，軟件系統(tǒng)的建設應本著高效、安全、實用、可擴充、標準性和開放性、完備性、方便管理、可更新等原則，遵循國家對信息化建設要求的有關標準規(guī)范。（1）可用性。建成的系統(tǒng)應具有較好的可用性，一方面能夠滿足用戶需求，另一方面人機交互操作窗口應符合人性化設計，避免人為因素造成的失誤。（2）適用性和可擴充性。所設計的軟件應用系統(tǒng)，應具有可擴充性，主要體現(xiàn)在能夠隨著用戶的增加或者用戶業(yè)務功能需求的增加不斷地進行擴充，軟件系統(tǒng)容易向升級系統(tǒng)過渡，同時在后期開發(fā)設計中，應充分提高復用模塊的利用率，降低擴充的復雜性。（3）標準、開放。標準、開放是軟件設計的一個重要原則，不僅在軟件設計中應充分考慮軟、硬件接口，還應考慮與其他系統(tǒng)的互聯(lián)。

2性能方面

判斷一個系統(tǒng)的性能主要體現(xiàn)在可靠性、響應時間、安全性、界面是否友好等多方面，響應時間如操作平均響應時間，數(shù)據(jù)存儲響應時間；執(zhí)行相應操作時是否會出現(xiàn)電腦死機；是否建立了安全機制來保障系統(tǒng)的安全性。

3系統(tǒng)開發(fā)平臺介紹

3.1GIS平臺

ArcGIS是美國ESRI公司研發(fā)的一套從低到高的GIS平臺系列產(chǎn)品，ESRI公司從事GIS理論研究、產(chǎn)品開發(fā)領域擁有全球眾多用戶群體，可以滿足不同層次的用戶需求，在GIS領域具有不可替換的作用，其功能優(yōu)勢在空間分析、空間數(shù)據(jù)處理方面，遵循國際通用標準，產(chǎn)品建立在行業(yè)標準和IT技術之上，有著完善的可擴展的體系結(jié)構(gòu)，具有公共組件庫，總體來說，ArcGIS其具有功能強大、可伸縮性、標準、開放和互操作性、技術成熟、安全穩(wěn)定、版本管理等優(yōu)勢。

3.2數(shù)據(jù)庫平臺

Oracle數(shù)據(jù)庫是甲骨文公司的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫領域一直處于領先地位，是業(yè)界公認的最高效、最穩(wěn)定的大型數(shù)據(jù)庫管理工具，在各領域均有廣泛應用，其在可移植性、高吞吐量、高效率、數(shù)據(jù)安全性、穩(wěn)定性、可擴充性方面優(yōu)勢突出，具有管理海量的空間和非空間信息數(shù)據(jù)，擁有成熟的數(shù)據(jù)庫技術，Oracle是目前最好和最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫平臺之一，基于以上優(yōu)勢，地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設數(shù)據(jù)庫采用Oracle，保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，通過ArcGIS空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE訪問數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

4數(shù)據(jù)庫技術

4.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲

通過空間數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE建立GIS和ORACLE連接，系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)存儲模型均基于GeoDatabase模型，針對行業(yè)數(shù)據(jù)進行適當擴展。Geodatabase模型中的數(shù)據(jù)集（Dataset），要素類（Featureclass），關系類（Relationship）、柵格目錄（CatalogRaster）、地表（Terrain）、屬性表（Table）作為基本模型，幾何網(wǎng)絡（GeometryNetwork）、規(guī)則（Rule）、子類（Subtype）、域（Domain）作為數(shù)據(jù)庫擴展的模型支撐。

4.2數(shù)據(jù)庫建設

（1）管線信息數(shù)據(jù)庫。地下管線數(shù)據(jù)包括各類管點、管線及附屬設施的空間位置和幾何形狀、屬性信息等，組織數(shù)據(jù)時按照國家或地方標準對統(tǒng)一組織，每一類管線如給水管線分別對應兩個表結(jié)構(gòu)，即給水管線點、給水管線。

（2）基礎地形數(shù)據(jù)庫。建立基礎地形數(shù)據(jù)庫，利用現(xiàn)有地形數(shù)據(jù)資源如控制點、境界與行政區(qū)劃、工礦設施、居民地、交通設施、管線附屬設施、水系、植被、地質(zhì)地貌等，分別建立子庫，每個子庫包含點、線、面、注記等數(shù)據(jù)層，根據(jù)1：500或1：1000全要素現(xiàn)勢地形數(shù)據(jù)庫，檢查完整性、編碼正確性、圖層規(guī)范性的基礎上，對數(shù)據(jù)進行拼接、刪除偽節(jié)點、重復實體、高程注記打散等預處理后，整理合并為矢量基礎地形數(shù)據(jù)。

（3）索引數(shù)據(jù)。索引數(shù)據(jù)包括地名點數(shù)據(jù)、道路中心線、圖幅數(shù)據(jù)。其中基礎索引點采用ArcGIS中ArcToolbox工具中的要素轉(zhuǎn)點（Featuretopoint）功能轉(zhuǎn)出地名索引點，轉(zhuǎn)出后按文本標準內(nèi)容補充屬性字段名稱；基礎索引線即道路中心線或地形中提供了道路中心線則要直接轉(zhuǎn)換，或無提供道路中心線需要人工矢量化，注意遇到橋梁、隧道、車渡等處不能斷開以保證道路連續(xù)性；基礎索引面可采用拓撲成區(qū)或配準矢量化構(gòu)面。

（4）系統(tǒng)配置元數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配置元數(shù)據(jù)主要記錄的是管線和地形數(shù)據(jù)的圖層及字段、符號等配置信息。

5系統(tǒng)體系架構(gòu)

地下管網(wǎng)信息管理體系結(jié)構(gòu)采用標準的三層體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)層、邏輯層和表現(xiàn)層三個不同的應用層次，如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)層：用來儲、管理系統(tǒng)中的管線數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)。

（2）邏輯層：使用ArcGISServer標準企業(yè)版和ArcEngine負責數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)業(yè)務邏輯的實現(xiàn)，并通過Internet服務技術對外地圖服務。

（3）應用層：地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)建設，該系統(tǒng)能夠滿足內(nèi)部辦公、規(guī)劃及社會公眾的需要。

6系統(tǒng)功能介紹

系統(tǒng)在查詢統(tǒng)計、決策分析、圖形輸出、管線數(shù)據(jù)入庫、管線編輯等功能方面具有明顯優(yōu)勢：

（1）視圖顯示。為方便控制系統(tǒng)中地圖的顯示范圍，系統(tǒng)提供放大、縮小、前一視圖、后一視圖、漫游等工具方便對系統(tǒng)地圖視野的控制。

（2）查詢功能。為方便查詢管線信息，系統(tǒng)提供了查詢功能，查詢可通過兩種方式查詢，通過管線圖形信息查詢屬性信息，通過屬性信息查詢出管線并定位到管線位置，即一種方式是根據(jù)圖上管線圖形查詢管線的具體起始點號、終止點號、埋深、材質(zhì)、管徑、高程等重要信息；一種可根據(jù)設置管線屬性信息如管線材質(zhì)、管線管徑等在系統(tǒng)中定位到該屬性的管線的具體位置。

（3）統(tǒng)計功能。管線數(shù)據(jù)入庫后，為保證入庫后的管線數(shù)據(jù)的工作量和外業(yè)測繪成果統(tǒng)計一致，系統(tǒng)提供了管線統(tǒng)計功能，通過統(tǒng)計功能可按權(quán)屬單位、所在道路、管徑等屬性統(tǒng)計給水、排水、燃氣、電力、熱力等某類或某個數(shù)據(jù)管線的長度、管點數(shù)量，統(tǒng)計結(jié)果可以圖形或?qū)С鯡XCEL方式進行查看。

（4）定位功能。通過輸入索引數(shù)據(jù)如地名、道路、圖幅數(shù)據(jù)快速找到要查看的管線的位置，也可通過輸入坐標值對管線位置進行定位。

（5）輔助工具。通過標尺丈量工具可進行距離、角度、面積等的量測，通過標注可將管線屬性信息標注到地圖上，如果批量管線可通過管線扯旗標注功能將不同管線的各屬性信息標注到地圖上；單根管線或管點可用單管點、單管線屬性標注完成屬性信息的標注。

（6）決策分析。通過橫斷面、縱斷面分析圖為規(guī)劃施工設計提供數(shù)據(jù)參考；通過水平、垂直凈距、覆土深度分析功能來查看管線鋪設是否符合國家規(guī)范；同時通過爆管、火災搶險功能為人們的生產(chǎn)、生活服務，盡可能地減少損失。

（7）圖形輸出。為方便設計人員、管線權(quán)屬單位查看數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供圖形輸出功能，可將橫、縱面圖或者管線平面圖打印輸出，為設計人員提供數(shù)據(jù)參考。

（8）管線編輯。為保證數(shù)據(jù)的安全性，進行編輯前需要注冊需要編輯的管線數(shù)據(jù)，然后才能執(zhí)行管線編輯功能，若是少量的管線數(shù)據(jù)，可利用管線編輯功能完成對管點、管線數(shù)據(jù)的屬性信息修改，如修改管線、管點屬性信息，刪除管點、管線等，編輯完后提交到數(shù)據(jù)庫中完成管線的編輯。

（9）系統(tǒng)設置。系統(tǒng)提供系統(tǒng)設置功能，提供對管線、地形圖層、字段、符號、標準規(guī)范的相關設置功能，如根據(jù)國家規(guī)范設置給水管線藍色、電力管線紅色等，同時設置閥門、污水篦子、路燈等管點符號；根據(jù)規(guī)范配置管線字段信息，如起始點號、終止點號、起點埋深、終點埋深、高程、管徑、材質(zhì)等，管點字段信息如物探點號、X坐標、Y坐標、特征、附屬物，設置不同管類間的水平凈距值、垂直凈距值、覆土深度值供分析使用。

（10）管線入庫。外業(yè)數(shù)據(jù)提交的成果一般是mdb數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)只有管線屬性記錄信息，并無管線圖形信息，為使管線既具有管線的屬性信息，又有圖形信息，需要通過管線入庫功能將外業(yè)提供給的數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)為GIS格式數(shù)據(jù)，方便軟件系統(tǒng)對管線數(shù)據(jù)的查詢、管理、分析功能。

7結(jié)語

地下管線一直是城市的“血管”和“神經(jīng)”，地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)信息化水平和人們的生活息息相關，隨著計算機技術、智慧云技術，物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設必將朝向智慧化、智能化、精細化方向發(fā)展，更好地為社會生產(chǎn)、生活提供便捷服務。

參考文獻

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[3]陳俊任，閆煒亮.基于ArcGISEngine的地下管線管理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].測繪技術裝備，2019，21（4）：30-33.

作者：宋愛琪 任學申 姜楠 單位：山東正元地球物理信息技術有限公司