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摘 要：結合武漢市城市地下管線普查及信息平臺建設實踐，本文設計并實現了城市地下管線時空數據管理系統，重點闡述了城市地下管線時空數據庫設計、時空數據管理系統總體設計和功能模塊設計等3 個方面的內容，對城市地下管線時空數據庫管理具有一定的借鑒意義。
關鍵詞：城市地下管線；時空數據；數據管理系統
0 引 言
武漢市自 2002 年開始，在全國城市中率先將城市地下管線普查納入基礎測繪的重點工作范疇，以五年一個計劃的方式進行推進，并以地方立法的形式明確了管線普查的組織方式與資金來源［1］。 近 20 年來，一直由武漢市自然資源和規劃局牽頭組織實施武漢市城市地下管線的普查和數據建庫工作。 截至 2019 年年底，累計普查完成武漢市主城區范圍內給水、排水、燃氣、電力、通信、熱力、工業、專用等八大類，共計約 4 萬 km 的管線普查工作，全面查清了武漢主城區管線“家底”，獲得了管線的空間位置和屬性信息。 但是由于武漢城市建設日新月異，地下管線的變化也非常大，每年都有新增或拆除的管線，因此，保持管線數據庫的年度更新，以保持管線數據的現勢性顯得非常重要。本文旨在研究武漢城市地下管線時空數據的組織，并開發一套時空數據管理系統，以實現城市地下管線數據查詢統計、專業分析、入庫檢查、數據入庫、數據導出、數據備份、數據恢復、歷史數據查詢和比對、新增數據查詢、拆除數據查詢等功能，為武漢城市地下管線的各類實際應用奠定堅實的數據基礎。
1 管線時空數據庫設計
武漢城市地下管線時空數據庫包含現狀庫和拆除庫。 現狀庫是指當前年度累計所有管線現狀數據庫，拆除庫是指當前年度累計所有拆除掉的管線數據，也叫歷史庫。 現狀庫和拆除庫都以 ArcSDE 的方式存儲在 Oracle數據庫中［2］。根據《武漢市城市地下管線數據建庫技術規定》和湖北省地方標準《湖北省城鎮地下管線信息系統技術規范》的要求，結合本文研究的需要，管線數據庫主要包括管線點表和管線段表，各類大管線通用數據結構見表 1、表 2。不同類型的管線也有其特有的屬性，如給水、排水、熱力、工業管線有“壓力”屬性，排水類管線有“流向”屬性，電力類管線有“電壓”屬性，通信類管線有“電纜條數”屬性，工業類管線有“流體性質”屬性等。管線數據的空間屬性體現在管線的位置信息上，而管線數據的時間屬性則體現在所有的管線數據都帶有時間屬性，包括初探年代（管線首次普查探測到的時間）、復探年代（管線最近一次普查探測到的時間）、拆除年代（拆除管線普查探測到的時間），通過 3 個時間字段來表明管線數據庫的時態屬性。 當某管線拆除以后，就將該管線從現狀庫移到拆除庫，避免了不可恢復的物理刪除，可以滿足歷史管線查詢回溯等應用的需要。
2 總體設計
如圖 1 所示，系統的總體框架建立在標準、規范和技術規則、運行維護機制的基礎上，采用分層體系，各層之間相對獨立，從下往上互相依賴，依次為軟硬件支持層、數據交匯層、應用服務層和用戶交互層。軟硬件支撐層由保證系統正常運行的硬件系統和軟件系統構成。 硬件系統包括服務器及存儲設備、網絡及安全設備等；軟件系統包括 Oracle 數據庫軟件、地理信息地圖軟件（ArcGIS）、辦公軟件等。 數據交匯層是各類數據建庫成果的匯集，包含底圖數據、管線普查數據和其他類數據。 應用服務層是系統的功能實現，包含系統的各類功能模塊。 用戶交互層是用戶的操作入口，主要包括系統管理員、數據管理員和一般用戶。 系統管理員具有最高權限，可以對其他用戶的功能權限進行配置；數據管理員可以進行數據的檢查、入庫、導出、數據備份和恢復等數據更新維護的功能；一般用戶可以進行數據的瀏覽、查詢等操作。
3 功能設計
系統的主要功能包括管線數據查詢統計、專業分析、入庫檢查、數據入庫、數據導出、數據備份、數據恢復、歷史數據查詢和比對、新增數據查詢、拆除數據查詢等。1）查詢統計管線數據的縮放，拖拽、屬性查詢，給定空間范圍或者屬性條件的查詢、統計。2）專業分析管線專業分析包括通用的管線橫縱斷面分析、連通性分性；燃氣和給水管線爆管分析，給水管線關閥定位，排水管線流向及追蹤分析等。 橫斷面分析結果如圖 2所示。3）入庫檢查入庫檢查是保證管線數據質量最重要的一環，所有的外業普查得到的管線數據必須經過入庫檢查才能夠進行入庫操作，入庫檢查內容包括位置信息檢查和屬性信息檢查。 檢查有錯誤的查明原因，必要的時候需要到現場進行復核，改正錯誤以后的數據需要重新進行入庫檢查，直到沒有錯誤以后才能進行后續的入庫工作。4）數據入庫通過檢查后的數據，分類分層入庫，進行接邊處理，并存儲于 ArcSDE 數據庫中。 新增的管線數據放入現狀庫中，拆除的數據從現狀庫刪除，同時放入拆除庫。5）數據導出可以根據用戶的需要，給的屬性條件或者空間范圍，導出各類通用格式的管線數據，包括 Excel、mdb、GIS、CAD等格式。6）數據備份、恢復管線數據手動備份和定期自動備份。 可以隨時從備份數據中進行數據恢復。7）歷史數據查詢和對比歷史數據查詢，涉及管線的現狀庫和拆除庫的疊加展示。 以 2018 年的管線數據為例。 現狀庫展示的數據規則：“初探時間≤2018”；拆除庫展示的數據規則：“初探時間≤2018”和“拆除時間＞2018”。 兩項規則篩選出的管線數據疊加即為當前年度歷史管線數據情況。歷史數據可以進行雙屏對比展示，如圖 3 所示，左側展示的是 2018 年管線數據，右側展示的 2019 年數據。8）新增數據查詢根據行政區劃或者普查測區查詢新增的管線數據，并統計管線長度，導出統計圖表。 如圖 4 所示按照更新測區分類來統計的 2019 年新增普查管線結果。9）拆除查詢指定管線類別和范圍等條件，查詢和統計年度拆除的管線數據信息。
4 結束語
本文結合武漢市城市地下管線普查及信息平臺建設實踐，研究了武漢城市地下管線時空數據組織與建庫，設計并實現了城市地下管線時空數據管理系統，實現了管線數據從數據查詢、統計、入庫、導出、拆除、備份恢復等全生命周期的管線數據管理功能，為武漢市城市地下管線綜合信息平臺的建設［3－4］奠定了堅實的數據基礎，建立了武漢城市地下管線的“ 數據中心”。 同時該系統的建立，為管線基礎測繪提供了詳細的歷史和現狀數據，為制定年度管線普查任務提供了數據參考，對保證管線數據庫的持續動態更新具有重要的意義。 目前武漢市正在研究管線竣工測量工作，如何將竣工測量的數據納入到管線更新工作中，實現管線數據的常態化、快速更新，以保證管線的現勢性是下一步研究的重點。
作者：石淼 袁亞雄 張敏 單位：武漢市測繪研究院
