赵虎川，翟林，廉光伟，曲超

(天津市测绘院，天津 300381)

1 引言

城市地下管线是城市的重要基础设施，它的安全运行是现代化城市高效率、高质量运转的保证，它承担着传输能源流、物质流和信息流的重要使命，被称为城市的血液［1］。管线信息是数字城市中一个重要的动态变化信息源。随着城市化的发展、城市建设的深入和城市的改造，新的地下管线将不断增加，而原有不适应城市发展要求的管线将被废弃或更换。面对分布错综复杂的地下管线数据，在进行城市规划、设计、施工和管理等工作中，如果没有完整精确的地下管线信息就会到处碰壁，寸步难行，甚至引发灾害事故，造成重大损失。

为此，全国许多城市开展了地下管线探查测量工作，工作内容分为两个方面:一是探测现状地下管线，收集完整现状地下管线资料;二是建立地下管线信息管理系统。通过以上方式，国内近百个城市建立了综合地下管线信息管理系统并已投入运行［2］。而其中，实现地下管线信息系统数据实时、动态更新，保证系统数据的完整和准确性，是地下管线信息管理系统正常发挥作用的关键。

GIS技术在城市地下管线管理中得到广泛应用［3］。GIS技术具有对空间数据和属性数据高效维护、数据转换、拓扑分析以及空间分析等功能［4］，能科学、完整、准确的描述城市地下管线分布特征。把先进的GIS技术引入到城市地下管线管理中，将为规划管理部门提供可靠决策支持，实现城市地下管线现代化、信息化的建设和管理，实现地下管线数据的实时、动态更新维护。

本文以中新天津生态城地下管线资产数据为例，阐述基于GIS技术的城市地下管线数据入库检查与更新流程和实现技术。

2 地下管线数据模型

面向对象的模型具有很强的表达力，它是以对象作为基本建模单位，无论多么复杂的实体都可以用一个对象来进行标示，对象之间可以通过对象标识建立联系［5］。面向对象模型能直接表达一对多的关系。

地下管线虽然种类较多，但是管线的空间结构基本一致。基本都是由管线点、管线段及附属设施构成，在GIS中用点和线分别表示。在空间上管点表现为零维(直通、三通、阀门、阀门井等)，管线段表现为一维对象(排水管线、给水管线、燃气管线等)［4］。

管线点和管线段的关系如图1所示。

图1 管线数据模型

由图1模型可确定管线点和管线段之间的关系，便于设计管线点和管线段的存储管理模型，并以Shp数据格式入库检查和更新维护。

3 地下管线数据入库检查与更新流程

要实现管线动态更新，首先要建立地下管线数据库，分别为现状库和历史库［6］。现状库中数据可以直接利用已经存档的地下管线数据的拷贝，方便现状数据的管理、查询统计、空间分析、专业应用等功能，历史库是每次更新后备份的历史数据，用来实现管线数据的历史回溯。

在实际情况中，数据生产部门根据业务需求地下管线进行探测和测量，对管线数据库进行更新。为了避免重复劳动，经常把需要更新的局部范围内的数据提取出来用作修测的数据源，只对其中需要更新的内容进行更新，这样可以节省成本，提高更新效率［7］。

地下管线入库检查及更新流程如图2所示。

图2 地下管线数据入库检查与更新流程

3.1 入库管线数据自检

将外业探测得到的地下管线数据生成为DWG格式，经过天津管线数据采集系统进行初步检查后，导出为DCI格式数据，然后通过本系统的转换工具，把DCI格式数据转换为Shp数据。对生成的管线Shp数据，先进行数据自检。

依据2009年《天津市地下管线工程现状及竣工数据汇交规定》［8］(以下简称《规定》)中对于地下管线数据入库制定的管线检查规则，同时根据现场调查情况，整理形成检查规则知识，通过对知识的挖掘整理，将管线数据检查规则分为常规检查和专项规则。

(1)常规检查。针对所有类型管线的检查。包括管线数据格式，数据结构，属性的完整性、规范性和有效性，管线的空间上的唯一性、物探点号的唯一性等各项检查，管线点、管线段平面坐标范围和高程范围的有效性和空间一致性等等内容。

(2)专项检查。即针对某几类管线及某些属性字段的检查。比如检查给水、燃气、热力、工业管点的特征值中起止点、直通、三通、四通、五通、六通是否与相应数目的管线相连，而电力、电信管点特征值则是起止点、直通点、三分支、四分支、五分支、六分支;检查管点附属物为变径、变埋、变深、变材时关联管线的相应属性是否变化;检查附属物为井类应满足“井底高程=地面高程－井底埋深”等等。

根据以上检查程序输出检查结果，存在错误信息则把检查结果提交给外业探测人员和内业工作人员进行核查、修改或重测。直到满足入库条件为止。

3.2 管线数据更新

入库管线数据与现状库中管线数据合并更新是整个数据库更新的核心部分。合并更新分为管线的修改、新增和废除［9］三个方面来完成。

(1)管线修改

包括管线点的修改和管线段的修改。首先要判断重位的管线点和管线段，根本上，是接边点的判断。

①接边点的判断

根据《规定》中接边点的判断条件和外业探测经验，判断接边点的流程实现如图3所示。

通过图3所示，可以判断接边点以及和接边点关联的管线段。

②接边点及关联管线段的入库更新

在现状库中，把相关变更管线(点和线)的属性数据变化情况列出对比，对管线属性进行变更入库，空间数据不做变更。变更前的管线更新入历史库。

(2)管线新增

循环遍历入库管线，并与更新范围内现状库中同类别管线进行位置对比，如果未检查到重位管线，则认为是新增管线。

对于新增管线，只需将管线数据(属性数据和空间数据)并入现状库。

图3 判断两管点重位

在新增管线点时，检查该管线点物探点号在现状库中是否已经存在，如果存在，则修改物探点号，同时修改关联该管线点的管线段的起始点号和终止点号。

(3)管线废除

随着中新天津生态城的发展，原有的一部分管线因不适应城市发展将被拆除，在提交的入库管线数据中不会包含拆除的管线数据，所以需要和库中数据进行拓扑对比，统计被废弃的管线数据。

具体实现方法:循环遍历更新范围内现状库中管线数据，并与入库管线数据中同类管线进行位置对比，如果为检测到重位管线，则认为该管线被废弃。

对于废弃的管线，从现状库中进行删除处理，更新现状库。把废弃的管线更新入历史库进行保留。

4 应用实例

4.1 开发环境

为满足天津生态城地下管线数据管理的需要，开发了城市管线资产统计系统。该系统基于C#2008和ArcEngine 9.3进行开发，采用Oracle10g数据库来存储空间数据及业务数据，空间数据库引擎为ArcSDE 9.3 for Oracle 10g。数据库设计为历史库和现状库，分别存储地下管线的历史数据和现状数据。系统运行环境为Windows XP、Windows 7，采用客户机/服务器模式构建该系统［10］。系统本身具备GIS系统的通用功能，如漫游、查询、统计、分析、图层管理、数据管理、制图输出等功能。地下管线入库检查与更新是其中一个核心功能。

系统部署时，需要一台独立的数据库服务器存储管线等空间数据和业务数据。另外需要2台～3台前置机通过局域网访数据库服务器，处理入库管线数据。

4.2 管线入库检查更新实例

管线Shp数据入库检查和更新分两部分，一是Shp数据自检，二是通过检查后的Shp数据与数据库中数据进行检查比对，更新入库。

以生态城鲲玉园范围内地下燃气管线为例。更新区域面积为 58839.2 m2，区域内燃气管点为145个，管线总长度为 2.4 km。

在开始入库检查更新前，配置检查项，如图4所示。

图4 选择管线检查项

选择入库检查与更新操作，如图5所示，添加天然气管点、管线数据，进行数据自检。生成自检结果，如图6所示。检查结果可以保存为Excel文件，反馈给数据提供单位或部门进行重测或修改。

图5 管线Shp数据入库检查与更新界面

图6 管线Shp数据入库检查结果

如果需要入库的管线数据经过了自检，则添加鲲玉园范围shp面数据，并选择数据库中的天然气管点、管线，从而对入库管线与库中管线进行对比。需要根据对比结果进行更新操作，从而最终完成区域内的管点、管线更新。图7所示为对库中属性发生改变的管点的信息的更新。

表1为生态城内不同范围的入库管线检查更新结果。

图7 管线数据更新实例

不同范围的管线检查更新信息统计 表1

由表1中可知，当选择了所有检查项，管线的检查正确性较高。当数据量增大时，自检时间增长明显，更新检查时间增长比较稳定。经实际应用检验，该功能已经达到实用标准。下一步将在保证质量的同时，提高该功能的效率。

5 结语

城市管线作为对国民经济具有全局性、先导性影响的公共基础设施之一，与经济发展和人民生活关系极为密切。地下管线数据库及更新功能的建立，顺应了城市数字化、信息化的发展趋势，为数字城市的建设打下了坚实基础;实现了管线信息的数字化与信息化管理，促进了地下管线管理的科学化、规范化。将提高城市规划、建设、管理和服务的水平，使城市规划更加科学、合理，同时将大大减少、甚至避免建筑施工对地下管网的破坏，其社会效益和经济效益十分明显。

本文根据中新天津生态城管理地下管线资产的需要，在城市管线资产统计系统的基础上，开发了管线数据入库检查及更新功能，在保证数据的规范性和正确性方面起到了重要的作用。该功能可靠，高效，具有很强的实用性，极大降低了数据检查和更新合并的工作量，属性检查能达到100%自动检查，时间短且准确性高。此外，其还具有投入较少、检查内容覆盖全面、效益显著等特点，是一种行之有效的管线入库检查与更新方法。鉴于该功能存在随着数据量增大而检查效率降低的情况，下一步将着重解决该问题。

［1］YANG Bin，XU Hui－xi，WANG Qing.Design and Research of Underground Pipeline Integrated Application System based on ArcEngine［A］.20102nd IEEE International Conference on Information Management and Engineering，ICIME 2010［C］.Chengdu，China.IEEE Press.2010:6 ～10.

［2］刘艳丽.城市地下管线空间数据更新研究［J］.城市地质，2011，6(2):39 ～41.

［3］李学军.我国城市地下管线信息化发展与展望［J］.城市勘测，2009(1):5～10.

［4］杨斌，顾秀梅，武锋强等.基于GIS的城市地下管线综合信息系统［J］.科技导报，2011，29(12):48～52.

［5］殷丽丽，施苗苗，张书亮.GIS时空数据模型在城市地下管线数据库中的应用［J］.测绘科学，2006，31(5):151～152.

［6］Shunzhi Zhu，Keshou Wu，Tao Li.Research on Distributed Database Application for Integrated Urban Underground Pipelines［A］.2009 World Congress on Computer Science and Information Engineering［C］.California，United States.IEEE Press.2009:295 ～299.

［7］唐瑭.基于竣工测量数据的基础地理信息数据库增量更新技术研究［J］.科技资讯，2011(29):5～6.

［8］天津市地下空间规划管理信息中心.天津市地下管线工程现状及竣工数据汇交规定［R］.2009.

［9］杨伯钢，张保钢.城市地下管线时空数据的组织与操作［J］.测绘通报，2009(4):56 ～57，76.

［10］操震洲，李清泉.空间数据库的更新技术研究［J］.测绘通报，2007(11):23 ～24，42.