论文部分内容阅读
摘要： 近年来GIS技术在地下管线中的应用越来越广泛和深入，利用GIS管理城市的地下管线是有效的手段，也是数字化城市的基础。本文系统总结GIS技术的主要特点和在地下管线中的主要应用，介绍地下管线信息系统建设的流程、方式和框架结构，分析地下管线信息管理、应用和数据库动态更新等问题，为将来的地下管线信息系统建设提供有效的资料和合理的借鉴方案。
关键词：地下管网；地理信息系统
Abstract: In recent years, the application of GIS technology in the underground pipeline is more extensive and in-depth, using GIS management of urban underground pipeline is an effective means of digital cities. This article systematically summarizes the main features of the GIS technology and in the underground pipeline, on the processes, methods, and the frame structure of the underground pipeline information system construction and analysis of underground pipeline information management, application and database dynamic updates for the future of underground pipelines information system to provide effective information and reference program.
Key words: underground pipe network; Geographic Information System
中图分类号: P208文献标识码: A 文章编号:
地下管线是城市基础设施的重要组成部分，它就象人体内的“神经”和“血管”，日夜担负着传递信息和输送能量的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础；地下管网的图纸、资料是城市规划建设的重要基础信息，掌握和摸清城市地下管网的现状，是城市发展管理的需要，是城市节能减排的需要，是防灾和应付突发性重大事故的需要。所以采用先进的计算机技术、通讯技术和网络技术，建设一个高质量、高效率、灵活、统一、安全的地理信息综合地下管网系统管理系统是必不可少的。近年来随着我国城市化的步伐加快，作为城市的重要基础设施城市地下管线也越来越庞大、复杂、密如蛛网。因此，掌握和保持科学、完整、准确、现势的地下管线信息是进行城市规划、建设和管理的一项重要基础工作。
长期以来，由于忽视对地下工程规范管理，我国大部分城市地下管线资料与现状不符、缺乏数据或数据精度不高，影响了城市规划、建设与管理的科学性。同时，在工程施工中损坏地下管线的事故也时有发生。因此尽快查清城市地下管线状况，制定管线信息动态更新机制，建立科学、准确、完整的地下存档与信息管理系统，适应城市现代建设与管理的需要是刻不容缓的工作。随着计算机技术、信息技术的发展，以及GIS的发展与完善，面向对象技术、组件式技术、Internet/Intranet技术、网络技术日益成熟，特别是“3S”(全球定位技术GPS、地理信息系统GIS、遥感RS)技术及其集成的发展，为科学的管理地下管线信息系统提供了技术可能。GIS （Geographic Information System）技术在地下管线信息系统建立的需求条件下显得尤为重要。
1 GIS系统的特征和功能
GIS系统应用的基础是带拓扑关系的地形实体要素。由于存在拓扑关系，因此可进行空间查询和空间分析、叠置分析等[1]。
GIS中建立拓扑关系的优点：（1）数据结构紧密，拓扑关系明确，有利于空间数据的拓扑查询和拓扑分析；（2）便于系统内数据分享，减少了数据的沉余。（3）GIS通过数据接口能便捷获取GPSRSDPS（数据影像测量系统）采集数据二实时地、动态的更新数据。因此，GIS系统更适用与地形图、综合管线图的应用和管理，并且将地下管线网信息和城市基础地理信息融合在一起，并用于管线报建、审批办公自动化系统（OA）集成，实现信息共享，为城市的规划、建设和管理服务，是城市地下管线细心管理的目标和发展趋势[2]。
2 地下管网信息系统建设结构及流程
地下管线信息系统是地理信息系统在市政管理方面的应用。它既可以是一个独立的系统也可以是整个城市GIS系统的一个子系统。在充分理解需求的基础上，从长远的角度考虑，充分利用现有成熟技术和先进理念，强调高效性和扩充性，确定地下管信息系统的主要系统结构，如图1：
图1 地下管信息系统的主要系统结构【3】
2.1数据采集与入库
地下管线现状信息是地下管线信息系统最重要的数据支持来源，应采用实测的方式进行管理信息的采集，同时要求建立地下管线数据库。这样，用户需要高度自动化的数据转换入库程序，将勘测处理后的数据送入地下管线数据库。数据采集的基本方法有：现有资料调绘法、GPR（探地雷达）法、声学探测法、红外线成像法、电磁法探测法、地震波映像法、为了提高数据入库效率，设计计算机逻辑查错功能，使得能够快捷、明确地查找勘测数据的信息遗漏、对应关系查错等问题。能够接收管线规划方案和设计方案的图形交换格式，能够将现状管线数据输出成标准的图形交换格式。
随着城市建设的不断发展，管線工程的建设也将不断进行，这些建设产生的新的管线信息，需要加入地下管线数据库，不断补充和更新数据库中的内容，保证数据的真实。建议客户在开发地下管线普查的同时，利用与普查类似的技术手段，通过对建设工程进行竣工测量的途径获取新的管理信息【4】。
2.2 GIS基础数据库的综合运用
最终用户为了寻找管线规划管理工作的科学依据，需要检索地下管线数据中的信息，要求提供各种方式的检索方法；在信息检索的基础上有必要对管线的空间位置关系进行分析，如设施埋设深度、管间水平净距/垂直净踞及断面分析，绘图输出和统计分析等，以满足规划综合空间分析要求；还需要掌握管线长度和设施数量情况，了解城市管线的总体布局。
2.3 同城市管线规划与设计的数据交换
客户的技术支持部门提供城市管线规划方案和管线工程世界方案CAD格式数据，这些CAD数据的交换格式应能够被地下管线数据库接收；地下管线的信息业能够输出成标准的图形交换格式，以便提供给管线规划与设计人员作为参考资料使用【5】。
3 GIS系统的应用
3.1 系统设计的基本原则
遵循“外业勘测——内业成图——建立管理信息系统”的一体化建库模式，利用高自动化的技术手段建设高精度、高可靠性的基础设施和各类地下管网数据库。城市地下管线信息系统涉及计算机网络、GIS、CAD、数据库、工作流程、图档管理等多种技术和多种软硬件平台的集成，系统信息量庞大，数据格式繁多，其实施过程是一项复杂的系统工程。为了使建成后的系统具有较强的生命力，并能沿着发展目标【6】，逐步演进成更高层次的综合管理信息系统，在进行系统设计时，应遵循下列各项准则：
1）完整性：地下综合管线信息系统是城市地下管线管理的全面解决方案，担负着数据管理、更新和利用等日常工作，系统要考虑功能完整性，应能满足日常工作条件下所需的各种系统功能和基础数据信息。
2）可靠性：地下综合管线信息系统承担保证城市正常运转的关键任务，地下管线的日常管理工作有赖于一个可靠的信息系统，故必须充分考虑系统可靠性。
3）先进性：提高管理水平和生产效率以科技为先导，故系统设计应采用国际先进而成熟的技术，确保先进性。
4）安全性：地下管线管理信息系统管理关系城市发展的关键数据，其数据具有保密性，其查询、修改、使用等操作必须经过相应的授权才能进行，以保证数据的安全性。
5）动态更新性：建立切实可行的数据更新制度，保证地下管线数据的动态更新管理，实现管线的规划设计、审批、数据测量、入库的全程动态管理，提高城市管理的效率，为城市建设提供实时的决策依据【7】，为社会提供多元化的服务，为城市的可持续发展及减灾防震提供决策支持。
3.3 管理系统的设计
管理系统的设计严格遵循现有国家标准和行业标准，制定统一的数据编码系统，包括数据定义体系，分类体系，数据交换格式，数据储存格式，输出格式，以及数据文档，质量标准，以利于数据交换和共享[3]。
选用功能完善的数据库管理系统和GIS系统软件平台，方便、安全地对各类管网数据库中的图形数据和属性数据进行统一管理。为用户提供数据输入、数据储存、信息查询、数据更新、信息统计、空间分析、结果输出等功能。
3.4 系统的主要性能
1）开放性
考虑系统设计的开放性，提供系统的广泛应用潜力，注重系统的技术前瞻性保证系统长期运作的升级能力。具备查询基础地形图信息或其他规划信息的接口能力；作为城市规划管理及应用的综合性地下管线系统，应具备向管线专业权属单位的专业管线信息系统提供数据共享能力。
2）安全性与保密性
系统应具有良好的安全性与保密性，具有较好的权限管理能力、不能出现系统死机和系统崩溃现象。系统的安全设计要从来两个方面入手，一是系统安全技术体系的设计，二是系统安全管理体系的建立。系统安全技术体系通过物理安全、网络安全，系统安全、应用安全和数据安全等技术方面的措施，来保障系统的可靠运行和数据安全【8】。 系统安全管理体系通过建立各种安全管理制度，采用各种安全管理手段等方面，来保障系统和数据的安全运行。
3）可操作性
系统操作简单，界面友好，易于操作、维护和更新，能够满足用户需求。
3.5系统维护
为了保证本系统软件的正常运行，需要向客户提供在发生意外情况下的应急恢复手段；为了保障地下管线数据库的安全，应提供相应的数据安全维护手段。
4 经济效益和社会效益
该系统通过调试运行后，可在多项专业领域得到有效利用，经济效益显著，可在上水管线、热力管网、市政、规划、污水处理等方面节约重复测量费用。同时城市规划，建设和管理部门在日常工作中需要大量现势专业管线图和综合管网图以及各种比例尺的地形图。运用该系统后，能节省每幅图的实测时间和成图时间为内外业技术工作节省大量人力、物力和财力，又可提高工作效率，满足工作需求。
城市建设与发展是长久的动态过程，原有管线要废弃或改建、扩建，新的管线要敷设，管网综合图要及时进行修改补充，反应现象。否则，整个管线档案将产生断层。
综合管网信息系统最大的作用是从根本上实现了地下管线及管线档案动态管理，根除了档案不反映现状的“痼疾”，保证地下管线档案完整、准确反应现状，快速准确绘制专业管线图和综合管网图，大大加快普查速度，并可节约大量资金，是开发地下管线普查的最佳手段[9]。
系统应具有空间信息丰富，分层提取灵活和空间分析强的功能优势，因而能及时为政府部门决策、为城市规划、建设和管理提供快速准确的服务，并以辅助设计手段，在规划选址、管线敷设、重点工程建设、市政公用设施改造等方面发挥重要作用，最大限度的避免因地下管线信息不全、不准而造成的盲目施工、挖断管线造成的重大事故，有效地避免城市建设中地面与地下的矛盾，地下工程相互间的交叉矛盾。该系统还可以为各种管线工程的建设、改造和维修提供可靠依据，缩短工期，节省大量人力、物力和财力。
系统能够提供各种属性资料及各种统计查询数据，还可以提供各种比例尺地形图、专业管线图、综合管网图及剖面图等等。总之，该系统在城市规划、建设、管理以及抗灾、救灾、应付城市突发事件，保障人民正常生活，发展城市经济等方面，都将发挥重大作用，其经济效益和社会效益是难以估量的。
5 结论
地理信息系统与地下管网系统完美的结合在一起，建立一套完善的现代化的城市综合管网管理系统将会为城市的规划、设计、施工等有关部门提供科学、可靠的依据，为以后的发展与规划带来更便捷的数字化依据，并可以节省大量人力物理創造可观的经济效益，在地下管网中是必不可少的。
参考文献
[1]遥感与地理信息系统，李建新，中国环境科学出版社，2006、3
[2]地理信息系统（下卷）管理与应用，PaulALongley,GoodChild等90为GIS学者，电子工业出版社，2004、9
[3]李宇新,刘楠,柴红梅.基于GIS的城市地下管线信息系统的研究与设计[J].测绘与空间地理信息，2009.32（4）：70-72.
[4]地理信息系统设计与实现（第二版），吴信才等，电子工业出版社，2009、1
[5]地理信息系统分析与应用，郑贵洲，电子工业出版社，2010、1
[6]李佳川.基于GIS的城市地下管线信息系统设计思路探讨[J].科技资讯，2010，32（4）：49-50.
[7]韦斌.基于ArcGIS的城市地下管线信息系统的研究与设计[J].测绘与空间地理信息，2011，34（2）：130-133.
[8]刘林平.城市地下管线信息系统管理的设计[J].广东科技，2010，233：159-160.
[9]葛岱峰，姜体忠，王永康等.基于GIS方法的校园地下管线数据库建立[J].内蒙古农业大学学报，2009，30（4）：172-174.
关键词：地下管网；地理信息系统
Abstract: In recent years, the application of GIS technology in the underground pipeline is more extensive and in-depth, using GIS management of urban underground pipeline is an effective means of digital cities. This article systematically summarizes the main features of the GIS technology and in the underground pipeline, on the processes, methods, and the frame structure of the underground pipeline information system construction and analysis of underground pipeline information management, application and database dynamic updates for the future of underground pipelines information system to provide effective information and reference program.
Key words: underground pipe network; Geographic Information System
中图分类号: P208文献标识码: A 文章编号:
地下管线是城市基础设施的重要组成部分，它就象人体内的“神经”和“血管”，日夜担负着传递信息和输送能量的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础；地下管网的图纸、资料是城市规划建设的重要基础信息，掌握和摸清城市地下管网的现状，是城市发展管理的需要，是城市节能减排的需要，是防灾和应付突发性重大事故的需要。所以采用先进的计算机技术、通讯技术和网络技术，建设一个高质量、高效率、灵活、统一、安全的地理信息综合地下管网系统管理系统是必不可少的。近年来随着我国城市化的步伐加快，作为城市的重要基础设施城市地下管线也越来越庞大、复杂、密如蛛网。因此，掌握和保持科学、完整、准确、现势的地下管线信息是进行城市规划、建设和管理的一项重要基础工作。
长期以来，由于忽视对地下工程规范管理，我国大部分城市地下管线资料与现状不符、缺乏数据或数据精度不高，影响了城市规划、建设与管理的科学性。同时，在工程施工中损坏地下管线的事故也时有发生。因此尽快查清城市地下管线状况，制定管线信息动态更新机制，建立科学、准确、完整的地下存档与信息管理系统，适应城市现代建设与管理的需要是刻不容缓的工作。随着计算机技术、信息技术的发展，以及GIS的发展与完善，面向对象技术、组件式技术、Internet/Intranet技术、网络技术日益成熟，特别是“3S”(全球定位技术GPS、地理信息系统GIS、遥感RS)技术及其集成的发展，为科学的管理地下管线信息系统提供了技术可能。GIS （Geographic Information System）技术在地下管线信息系统建立的需求条件下显得尤为重要。
1 GIS系统的特征和功能
GIS系统应用的基础是带拓扑关系的地形实体要素。由于存在拓扑关系，因此可进行空间查询和空间分析、叠置分析等[1]。
GIS中建立拓扑关系的优点：（1）数据结构紧密，拓扑关系明确，有利于空间数据的拓扑查询和拓扑分析；（2）便于系统内数据分享，减少了数据的沉余。（3）GIS通过数据接口能便捷获取GPSRSDPS（数据影像测量系统）采集数据二实时地、动态的更新数据。因此，GIS系统更适用与地形图、综合管线图的应用和管理，并且将地下管线网信息和城市基础地理信息融合在一起，并用于管线报建、审批办公自动化系统（OA）集成，实现信息共享，为城市的规划、建设和管理服务，是城市地下管线细心管理的目标和发展趋势[2]。
2 地下管网信息系统建设结构及流程
地下管线信息系统是地理信息系统在市政管理方面的应用。它既可以是一个独立的系统也可以是整个城市GIS系统的一个子系统。在充分理解需求的基础上，从长远的角度考虑，充分利用现有成熟技术和先进理念，强调高效性和扩充性，确定地下管信息系统的主要系统结构，如图1：
图1 地下管信息系统的主要系统结构【3】
2.1数据采集与入库
地下管线现状信息是地下管线信息系统最重要的数据支持来源，应采用实测的方式进行管理信息的采集，同时要求建立地下管线数据库。这样，用户需要高度自动化的数据转换入库程序，将勘测处理后的数据送入地下管线数据库。数据采集的基本方法有：现有资料调绘法、GPR（探地雷达）法、声学探测法、红外线成像法、电磁法探测法、地震波映像法、为了提高数据入库效率，设计计算机逻辑查错功能，使得能够快捷、明确地查找勘测数据的信息遗漏、对应关系查错等问题。能够接收管线规划方案和设计方案的图形交换格式，能够将现状管线数据输出成标准的图形交换格式。
随着城市建设的不断发展，管線工程的建设也将不断进行，这些建设产生的新的管线信息，需要加入地下管线数据库，不断补充和更新数据库中的内容，保证数据的真实。建议客户在开发地下管线普查的同时，利用与普查类似的技术手段，通过对建设工程进行竣工测量的途径获取新的管理信息【4】。
2.2 GIS基础数据库的综合运用
最终用户为了寻找管线规划管理工作的科学依据，需要检索地下管线数据中的信息，要求提供各种方式的检索方法；在信息检索的基础上有必要对管线的空间位置关系进行分析，如设施埋设深度、管间水平净距/垂直净踞及断面分析，绘图输出和统计分析等，以满足规划综合空间分析要求；还需要掌握管线长度和设施数量情况，了解城市管线的总体布局。
2.3 同城市管线规划与设计的数据交换
客户的技术支持部门提供城市管线规划方案和管线工程世界方案CAD格式数据，这些CAD数据的交换格式应能够被地下管线数据库接收；地下管线的信息业能够输出成标准的图形交换格式，以便提供给管线规划与设计人员作为参考资料使用【5】。
3 GIS系统的应用
3.1 系统设计的基本原则
遵循“外业勘测——内业成图——建立管理信息系统”的一体化建库模式，利用高自动化的技术手段建设高精度、高可靠性的基础设施和各类地下管网数据库。城市地下管线信息系统涉及计算机网络、GIS、CAD、数据库、工作流程、图档管理等多种技术和多种软硬件平台的集成，系统信息量庞大，数据格式繁多，其实施过程是一项复杂的系统工程。为了使建成后的系统具有较强的生命力，并能沿着发展目标【6】，逐步演进成更高层次的综合管理信息系统，在进行系统设计时，应遵循下列各项准则：
1）完整性：地下综合管线信息系统是城市地下管线管理的全面解决方案，担负着数据管理、更新和利用等日常工作，系统要考虑功能完整性，应能满足日常工作条件下所需的各种系统功能和基础数据信息。
2）可靠性：地下综合管线信息系统承担保证城市正常运转的关键任务，地下管线的日常管理工作有赖于一个可靠的信息系统，故必须充分考虑系统可靠性。
3）先进性：提高管理水平和生产效率以科技为先导，故系统设计应采用国际先进而成熟的技术，确保先进性。
4）安全性：地下管线管理信息系统管理关系城市发展的关键数据，其数据具有保密性，其查询、修改、使用等操作必须经过相应的授权才能进行，以保证数据的安全性。
5）动态更新性：建立切实可行的数据更新制度，保证地下管线数据的动态更新管理，实现管线的规划设计、审批、数据测量、入库的全程动态管理，提高城市管理的效率，为城市建设提供实时的决策依据【7】，为社会提供多元化的服务，为城市的可持续发展及减灾防震提供决策支持。
3.3 管理系统的设计
管理系统的设计严格遵循现有国家标准和行业标准，制定统一的数据编码系统，包括数据定义体系，分类体系，数据交换格式，数据储存格式，输出格式，以及数据文档，质量标准，以利于数据交换和共享[3]。
选用功能完善的数据库管理系统和GIS系统软件平台，方便、安全地对各类管网数据库中的图形数据和属性数据进行统一管理。为用户提供数据输入、数据储存、信息查询、数据更新、信息统计、空间分析、结果输出等功能。
3.4 系统的主要性能
1）开放性
考虑系统设计的开放性，提供系统的广泛应用潜力，注重系统的技术前瞻性保证系统长期运作的升级能力。具备查询基础地形图信息或其他规划信息的接口能力；作为城市规划管理及应用的综合性地下管线系统，应具备向管线专业权属单位的专业管线信息系统提供数据共享能力。
2）安全性与保密性
系统应具有良好的安全性与保密性，具有较好的权限管理能力、不能出现系统死机和系统崩溃现象。系统的安全设计要从来两个方面入手，一是系统安全技术体系的设计，二是系统安全管理体系的建立。系统安全技术体系通过物理安全、网络安全，系统安全、应用安全和数据安全等技术方面的措施，来保障系统的可靠运行和数据安全【8】。 系统安全管理体系通过建立各种安全管理制度，采用各种安全管理手段等方面，来保障系统和数据的安全运行。
3）可操作性
系统操作简单，界面友好，易于操作、维护和更新，能够满足用户需求。
3.5系统维护
为了保证本系统软件的正常运行，需要向客户提供在发生意外情况下的应急恢复手段；为了保障地下管线数据库的安全，应提供相应的数据安全维护手段。
4 经济效益和社会效益
该系统通过调试运行后，可在多项专业领域得到有效利用，经济效益显著，可在上水管线、热力管网、市政、规划、污水处理等方面节约重复测量费用。同时城市规划，建设和管理部门在日常工作中需要大量现势专业管线图和综合管网图以及各种比例尺的地形图。运用该系统后，能节省每幅图的实测时间和成图时间为内外业技术工作节省大量人力、物力和财力，又可提高工作效率，满足工作需求。
城市建设与发展是长久的动态过程，原有管线要废弃或改建、扩建，新的管线要敷设，管网综合图要及时进行修改补充，反应现象。否则，整个管线档案将产生断层。
综合管网信息系统最大的作用是从根本上实现了地下管线及管线档案动态管理，根除了档案不反映现状的“痼疾”，保证地下管线档案完整、准确反应现状，快速准确绘制专业管线图和综合管网图，大大加快普查速度，并可节约大量资金，是开发地下管线普查的最佳手段[9]。
系统应具有空间信息丰富，分层提取灵活和空间分析强的功能优势，因而能及时为政府部门决策、为城市规划、建设和管理提供快速准确的服务，并以辅助设计手段，在规划选址、管线敷设、重点工程建设、市政公用设施改造等方面发挥重要作用，最大限度的避免因地下管线信息不全、不准而造成的盲目施工、挖断管线造成的重大事故，有效地避免城市建设中地面与地下的矛盾，地下工程相互间的交叉矛盾。该系统还可以为各种管线工程的建设、改造和维修提供可靠依据，缩短工期，节省大量人力、物力和财力。
系统能够提供各种属性资料及各种统计查询数据，还可以提供各种比例尺地形图、专业管线图、综合管网图及剖面图等等。总之，该系统在城市规划、建设、管理以及抗灾、救灾、应付城市突发事件，保障人民正常生活，发展城市经济等方面，都将发挥重大作用，其经济效益和社会效益是难以估量的。
5 结论
地理信息系统与地下管网系统完美的结合在一起，建立一套完善的现代化的城市综合管网管理系统将会为城市的规划、设计、施工等有关部门提供科学、可靠的依据，为以后的发展与规划带来更便捷的数字化依据，并可以节省大量人力物理創造可观的经济效益，在地下管网中是必不可少的。
参考文献
[1]遥感与地理信息系统，李建新，中国环境科学出版社，2006、3
[2]地理信息系统（下卷）管理与应用，PaulALongley,GoodChild等90为GIS学者，电子工业出版社，2004、9
[3]李宇新,刘楠,柴红梅.基于GIS的城市地下管线信息系统的研究与设计[J].测绘与空间地理信息，2009.32（4）：70-72.
[4]地理信息系统设计与实现（第二版），吴信才等，电子工业出版社，2009、1
[5]地理信息系统分析与应用，郑贵洲，电子工业出版社，2010、1
[6]李佳川.基于GIS的城市地下管线信息系统设计思路探讨[J].科技资讯，2010，32（4）：49-50.
[7]韦斌.基于ArcGIS的城市地下管线信息系统的研究与设计[J].测绘与空间地理信息，2011，34（2）：130-133.
[8]刘林平.城市地下管线信息系统管理的设计[J].广东科技，2010，233：159-160.
[9]葛岱峰，姜体忠，王永康等.基于GIS方法的校园地下管线数据库建立[J].内蒙古农业大学学报，2009，30（4）：172-174.