本文摘要：摘 要：將線性參照模型應(yīng)用于地下管網(wǎng)建模中，提出了簡要線性參照地下管網(wǎng)建模和復(fù)雜線性參照地下管網(wǎng)建模兩種方法。利用 M 值(measure)記錄埋深或者頂點(diǎn)唯一編碼，完整地保留了管線的所有信息，解決數(shù)據(jù)冗余問題。以天津市海量的燃?xì)夤芫�為基礎(chǔ)開發(fā)了燃?xì)夤芫W(wǎng) GIS，結(jié)
摘 要：將線性參照模型應(yīng)用于地下管網(wǎng)建模中，提出了簡要線性參照地下管網(wǎng)建模和復(fù)雜線性參照地下管網(wǎng)建模兩種方法。利用 M 值(measure)記錄埋深或者頂點(diǎn)唯一編碼，完整地保留了管線的所有信息，解決數(shù)據(jù)冗余問題。以天津市海量的燃?xì)夤芫�為基礎(chǔ)開發(fā)了燃?xì)夤芫W(wǎng) GIS，結(jié)果表明，該模型具有良好的實(shí)用性，解決了海量地下管線的數(shù)據(jù)冗余問題，提升了管理、使用和共享效率。
關(guān)鍵詞：城市地下管線;線性參照模型;數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì);功能設(shè)計(jì);地下管網(wǎng) GIS
城市地下管線是指用于傳送能源、信息和排泄廢物的管道、管溝、管廊和線纜等及其附屬物，包括供水、排水、燃?xì)�、熱力、電力、通信、工業(yè)及其他類型，既有城市間的長輸管線又有城市內(nèi)部的管線，是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和生命線[1]。城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營和應(yīng)急等需要調(diào)查和測(cè)繪地下管線，建設(shè)地下管線地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)科學(xué)管理與共享應(yīng)用[2]。
地下管網(wǎng) GIS 主要是為了管理這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)橫縱斷面分析和爆管分析等空間分析功能[3，4]，滿足管理部門的資產(chǎn)管理、日常巡檢維修、安全應(yīng)急等基本需求，還為城市規(guī)劃、建設(shè)部門等其他部門提供數(shù)據(jù)支撐。地下管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模是地下管網(wǎng) GIS 的關(guān)鍵，但是，傳統(tǒng)的地下管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大都是面向測(cè)繪資料管理[5-7]，《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程 CJJ61—2017》和《工 程 測(cè) 量 規(guī) 范(GB50026—2007)》對(duì)地下管線探測(cè)要求為：一般城市地下管線探測(cè)點(diǎn)布置間距為小于等于圖上 15 cm，工廠和小區(qū)小于等于圖上 10 cm，施工現(xiàn)場為地面 10 m，彎曲點(diǎn)必須設(shè)點(diǎn)。由于埋深比高程在實(shí)際的管線開挖、維修和城市規(guī)劃工作中更具有實(shí)用性，為了保留埋深數(shù)據(jù)，管線要素設(shè)計(jì)為兩點(diǎn)式線段，但是造成了如下問題：
�、贁�(shù)據(jù)冗余，即兩點(diǎn)式的管線存儲(chǔ)方式導(dǎo)致了理論上(n-2)倍(n 為一段管線的節(jié)點(diǎn))的空間數(shù)據(jù)和管線屬性數(shù)據(jù)冗余;②顯示、傳輸和制圖效率低，數(shù)據(jù)記錄過多時(shí)，數(shù)據(jù)存取時(shí) I/O 壓力大，制圖時(shí)反復(fù)符號(hào)化，顯示速度慢，用戶體驗(yàn)差;③空間查詢、分析效率低，海量的數(shù)據(jù)在空間查詢時(shí)需要反復(fù)計(jì)算空間關(guān)系，查詢、分析資源消耗大，運(yùn)行慢;④編輯維護(hù)困難，在管線編輯時(shí)抓取管線、獲取垂點(diǎn)、獲取連接點(diǎn)等操作效率低，容易造成程序不穩(wěn)定。線性參照模型是在線狀要素的頂點(diǎn)處用 M 值(measure)來記錄地理現(xiàn)象或者地理事件的一種具體技術(shù)方法，是一種非常優(yōu)良的面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)建模方法。本文針對(duì)管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理，利用 M 值記錄埋深或者頂點(diǎn)唯一編碼，分別稱為簡要線性參照地下管網(wǎng)建模和復(fù)雜線性參照地下管網(wǎng)建模，能夠減少數(shù)據(jù)冗余，提升計(jì)算效率。該模型應(yīng)用于天津市燃?xì)夤芫W(wǎng) GIS 系統(tǒng)中，具有較好的實(shí)用性。
1 線性參照模型線性參照模型(linear referencing model)
可以簡單的理解為沿著線要素，獲取沿線某一點(diǎn)的屬性信息，主要用于將動(dòng)態(tài)事件與路徑聯(lián)系起來，因此又稱為動(dòng)態(tài)分段技術(shù)，常用于道路管理、制圖綜合等[8，9]。在 ArcGIS 中，線性參照的具體實(shí)現(xiàn)方式是，在線狀要素內(nèi)部的頂點(diǎn)上增加 M 值，將(X，Y，Z)擴(kuò)充為(X，Y，Z，M)，變?yōu)橐粋�(gè)長整型值，通過該值來標(biāo)識(shí)動(dòng)態(tài)分段，從而實(shí)現(xiàn)將某一線段關(guān)聯(lián)到不同的屬性[10-12]。
一方面，任意編輯這些線段的屬性，不會(huì)影響基礎(chǔ)線狀要素的幾何特征;另一方面，通過它又可以將若干不同的屬性與線段有機(jī)的組合起來了。顯然，線性參照模型是一種優(yōu)良的層次分明、面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型[13-15]。將線性參照模型應(yīng)用于管線數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，利用M 值在頂點(diǎn)上存儲(chǔ)一個(gè)值作為索引，通過索引將頂點(diǎn)與其屬性表鏈接起來，將兩點(diǎn)式的管線結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為多點(diǎn)線結(jié)構(gòu)，構(gòu)建線性參照管網(wǎng)模型，就能夠解決數(shù)據(jù)冗余問題，從而提升顯示、傳輸、查詢和分析效率。線性參照管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，可以采用兩種方式實(shí)現(xiàn)。
1. 1 簡要線性參照管網(wǎng)模型將 M 值直接記錄埋深，這種方式只是比一般的簡單 shape 結(jié)構(gòu)多了一個(gè)頂點(diǎn)的埋深信息，使用簡單方便。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，只需將修改或者讀取 M 值即可。
1. 2 復(fù)雜線性參照管網(wǎng)模型將 M 值記錄點(diǎn)位編號(hào)，同時(shí)將點(diǎn)位編號(hào)與埋深、設(shè)備、探測(cè)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，形成復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種方式能夠完整的將設(shè)備、探測(cè)點(diǎn)與管線建立邏輯關(guān)系，這種方式還能夠?qū)⒐芫�事故(事件)與管線關(guān)聯(lián)起來，達(dá)到動(dòng)態(tài)分段管理的效果。但是，這種方式在查詢埋深時(shí)不如第一種方式簡單;在數(shù)據(jù)預(yù)處理、刪除、編輯時(shí)操作復(fù)雜，容易導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤。
2 天津市燃?xì)夤芫W(wǎng) GIS 系統(tǒng)
構(gòu)建本文將線性參照模型應(yīng)用于天津市燃?xì)夤芫W(wǎng)GIS。取得了較好的效果。該系統(tǒng)以 ArcGIS 軟件作為 GIS 平臺(tái)軟件，以 Microsoft SQL Server 作為數(shù)據(jù)軟件，以 C#作為開發(fā)語言，開發(fā)了 CS(client server)模式的編輯子系統(tǒng)和 BS(browser server)的綜合應(yīng)用子系統(tǒng)[16]。
2. 1 管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含天津市主城區(qū)內(nèi)部大約 400 km2范圍內(nèi)的高壓、中壓、低壓管線。天津市地下管網(wǎng)探測(cè)技術(shù)規(guī)程要求不超過 70 m 探測(cè)一次、設(shè)備點(diǎn)和拐彎點(diǎn)必須探測(cè)一次，管線原始測(cè)繪數(shù)據(jù)量為 133 萬多條。采用簡要線性參照管網(wǎng)模型設(shè)計(jì)管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照管徑、材質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力對(duì)原始探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理后，M 值記錄埋深。ArcGIS 軟件中，利用Merge 工具按照上述屬性進(jìn)行處理，然后利用交叉點(diǎn)工具在三通、多通節(jié)點(diǎn)和閥門處打斷。數(shù)據(jù)量由133. 3 萬條減少到 33. 6 萬條，Shape 文件大小由 113MB 降低到 62. 2 MB。管線圖層包括管線、調(diào)壓設(shè)施、閥門、凝水缸、用戶點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、氣源站、儲(chǔ)氣設(shè)施、計(jì)量設(shè)施、極性保護(hù)、探測(cè)點(diǎn)等。
2. 2 功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)、綜合應(yīng)用子系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)主要功能包括：圖形瀏覽、查詢定位、檢查入庫、數(shù)據(jù)編輯、工程圖打印、垂距分析、流向分析、爆管分析、橫斷面圖、縱斷面圖分析等。綜合應(yīng)用子系統(tǒng)包括基于 WebGIS 后臺(tái)管理模塊和前端應(yīng)用模塊。后臺(tái)包括矢量數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布，瓦片更新、權(quán)限管理等。前端應(yīng)用包括圖形瀏覽、查詢定位、專題查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、拴點(diǎn)圖輸出、空間分析等。
2. 3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
編輯子系統(tǒng)的功能采用 C#+ArcObject 二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)。首先繼承 ITool/ICommend 將各種功能封裝為組件，再繼承 IToolbar 將各功能組件封裝為工具條，通過全局變量實(shí)現(xiàn)權(quán)限控制。應(yīng)用子系統(tǒng)基于 ArcGIS Server 二次開發(fā)。主要以切片圖層發(fā)布，專題圖層以定時(shí)伺服程序?qū)崿F(xiàn)切片自動(dòng)更新。后臺(tái)應(yīng)用程序采用 . Net 實(shí)現(xiàn)，前端主要以 Silverlight實(shí)現(xiàn)。
3 結(jié)束語
隨著管網(wǎng)數(shù)據(jù)量的海量增長，傳統(tǒng)面向測(cè)繪資料管理的管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型帶來的冗余性弊端會(huì)越來越明顯。將線性參照模型應(yīng)用到管網(wǎng)數(shù)據(jù)建模中，建立線性參照管網(wǎng)模型，能夠減少數(shù)據(jù)冗余，提升管線顯示、制圖、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和共享效率。本文將該技術(shù)應(yīng)用到天津市燃?xì)夤芫W(wǎng) GIS 中，取得了不錯(cuò)效果。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，管線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將與管網(wǎng)數(shù)據(jù)緊密結(jié)合應(yīng)用，線性參照模型的動(dòng)態(tài)分段技術(shù)還能發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 國務(wù)院辦公廳 . 關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo) 意 見 國 辦 發(fā)[EB/OL]. 國 務(wù) 院 辦 公 廳(〔2014〕27號(hào))[2019. 2. 18].
[2] 何江龍，江貽芳，侯至群 . 新形勢(shì)下城市地下管線信息化的特點(diǎn)及對(duì)策[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2017(1)：12-17
[3] 謝瀚，黃澤純，湯家法 . 利用 ArcEngine和 C#實(shí)現(xiàn)地下管線斷面分析[J]. 地理空間信息，2014，12(4)：98-99
[4] 林偉華，伍永剛，曾文，等 . 燃?xì)夤芫W(wǎng)爆管分析模型研究[J]. 測(cè)繪科學(xué)，2007(6)：162-163
[5] 農(nóng)宇，杜清運(yùn) . 基于 Geodatabase的城市地下綜合管線數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)[J]. 測(cè)繪信息與工程，2010，35(6)：36-38
[6] Li Z P，Li P，Wu M，et al. Application of ArcGIS Pipeline Data Model and GIS in Digital Oil and Gas Pipeline[C]. International Conference on Geoinformatics，Beijing，China，2010
[7] 崔陽，王華 . 基 于 GIS 的 城 市 地 下 管 線 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005(36)：230-232
選自期刊：測(cè)繪地理信息 第 47 卷第 4 期2022 年 8 月
作者信息：蔣許鋒 1，2，3 關(guān) 昆 4 趙虎川 4 鄭紅立 5 郭立強(qiáng) 1 彭 玲 31 天津市濱海新區(qū)規(guī)劃編制研究中心，天津 ，3004502 中國科學(xué)院大學(xué)，北京，1000493 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京，1000944 天津市測(cè)繪院，天津，3003815 津然華潤燃?xì)庥邢薰荆旖颍?00045
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