地上燃气管道数字化技术研究

石善忠

上海城市地理信息系统发展有限公司 江苏 南京 210000

引言

目前，GIS系统在城市燃气管网输配中的技术已经得到了广泛运用，它主要是利用数据库技术和计算机系统进行输入、分析、编辑、储存、空间显示及其属性的地理资料[2]，建立为燃气管网维护、规划、管线设计、管道施工和竣工资料、抢修决策及相关属性数据查询的空间信息库，实现方便地进行查询统计、运行调度及档案管理[3]。然而，GIS系统中燃气管道只覆盖到地下管至建筑楼宇门口立管出土前，存在立管出土后至楼宇建筑内管道和燃气表GIS信息的管理盲区，因此，需要构建楼栋燃气GIS系统，将每幢楼宇内、每个楼层、每个用户的燃气立管和燃气表结合起来，打通管网末端的楼栋管道管理盲区，摸清地上管数据现状，对用户用气安全监测和应急事故的辅助决策发挥着重要作用。

1 地上管数字化处理流程

图1 地上管数字化处理流程

2 地上管数字化技术研究

2.1 准备阶段

收集地上管设计图、竣工图等原始图档资料，格式DWG、JPG。图纸上应明确标注：工程地址、管道走向、口径、高度、材质、长度、燃气表等基本信息。

2.2 数据预处理

不同的原始资料采取不同的处理方式，建议最好收集电子版CAD数据。若客户提供的数据格式为JPG，则先通过CAD软件将图面中的各类元素进行矢量化操作，若客户提供的数据格式为DWG，则跳过此步骤。

在CAD中将上步骤的矢量化数据，按照建筑、用气设备、报警装置、燃气管线、设施管件、标注、引线进行提取、转层，并按单根立管或单层平面图导出为独立DWG文件。

2.3 图形绘制

将处理好的CAD，依据管道设施绘制规则，对管线、设施管件、建筑、标注进行随层绘制，并在0层中绘制图形外框。

2.4 数据建库

2.4.1 数据要素

2.4.1.1 地上燃气基础数据。地上燃气管线基础数据主要包括网格数据、建筑数据。

网格数据采用自定义的规则虚拟网格，无实际地理位置，网格大小为200m×200m。

建筑数据指与地上燃气管线相关的建筑平面数据，包括建筑主体结构，如：墙体、楼梯、电梯、门窗等。

2.4.1.2 地上燃气辅助数据。用气设备指与燃气表连接的用户设备，包括锅炉、灶具、热水炉，其中灶具主要包括：中餐燃气炒菜灶、矮脚炉、单灶、二用灶、保温炉等。

燃气报警装置指用于燃气泄漏检测及报警的装置，含报警探头、报警电源及报警控制器。

2.4.1.3 地上燃气专业数据。地上燃气管线：按类型分为地上燃气管线、地上燃气放散管。

设施：包括阀门、燃气表。

管件：包括弯管、三通、闷头、大小头、补偿器、套管、管塞、套筒。

2.4.2 GIS图层及数据字典。

网格（面）：网格编码、面积、备注。

建筑（线）：网格编码、地址、总层数、所属层数、用户数、对应立管编码、备注。

用气设备（点、线）、报警装置（点、线）：设施名称、网格编码、对应燃气表、备注。

地上燃气管线（线）：管线编码、运行气质、压力级制、口径、材质、长度、网格编码、类别（轴测图、平面图）、对应立管编码、备注。

设施管件（点、线）：设施编码、网格编码、对应立管编码、室号、表号、备注。

标注引线（线）：网格编码、备注。

标注文本（点）：网格编码、标注内容、备注。

2.4.3 编码规则。

网格编码采用G（网格的英文缩写）+10位流水号（0000000001-999999999）。

管线编码采用工程编号+栋号（2位流水号，01-99）+立管号（A-Z，燃1为A，燃2为B，依次类推）+2位流水号（01-99）。

设施编码采用设施简称（其中阀门为FM，燃气表为M等）+立管号（A-Z，燃1为A，燃2为B，依次类推）+2位流水号（01-99）。

2.5 属性勾连

将绘制好的管线、设施块等图形按层批量导出到对应的SHP文件中，并对每条建筑、用气设备、报警装置、燃气管线、设施管件、标注、引线记录的字段进行赋值。

2.6 数据整合

综合运用FME软件工具、Python开发语句将处理好的管线、设施、标记及建筑图形进行比例缩放、居中偏移、批量复制等关键操作，自动实现将多栋、多层地上管图形存储至对应的网格范围内，且居中显示。

2.6.1 比例缩放。运用FME软件的AreaCalculator 工具计算出图形外框面积S，LenghCalculator计算图形外框周长L，再用AttributeCreator工具赋值，a=1，b=-L/2 ，c=S。

利用Python语句，通过求根公式求出图形外框长宽（x，y），并计算图形的缩放比例，分别用网格的长宽200除以图形外框的长宽，结果取最小值，即缩放比例=min(200/x，200/y)。

运用Scaler工具按缩放比例对图形外框及框内的图形进行整体缩放。

2.6.2 居中偏移。运用FME软件的CenterPointreplacer和CoordinateExtractor工具分别求出图形外框和网格的中心点坐标，再运用Offsetter工具按中心点坐标差值进行图形的偏移，实现图形整体平移至网格范围内，且居中显示。

2.6.3 批量复制。运用Python语句，通过循环复制方式，实现了多栋建筑的批量复制，确保了图形全要素的完全复制，以及数据编码的唯一性。

图2 立管改造工程设计图

2.7 数据导库

依托ArcGIS平台环境，创建SDE，输入导入地上管数据路径后获取导入要素列表，并将列表依次追加到Oracle数据库中。

3 地上管数字化成果应用展示

某个立管改造试点工程，设计图如下图2，户型一梯四户，层高6层，图中左上角为1层燃气管道安装平面图，左下角为2-6层燃气管道安装平面图，右侧为其中1根立管（燃1）燃气管道安装轴测图，燃1和燃2对称。

通过3.1-3.6的数字化处理流程，其中，下图3为轴测图，图4为地上管GIS数据的网格存储，图中左侧为管线、设施、建筑及标注的图层列表，底端为打开的各图层属性列表，中区为图形存储区域。该工程按单个轴测图、单层平面图的拆分规则，存放在8个网格中，燃1和燃2分别存放1个网格，1层至6层平面图分别存放1个网格，其中3-6层平面图是在2层平面图的基础上进行4次复制获得。

基于上述地上管数字化成果，在GIS系统中，实现地上管二维视图的应用展示。点击某个立管弹出地上管，如图5。图中，上端分为而维视图展示区，同时展示轴测图及对应的1层（默认展示层）平面图，若单击左侧轴测图某段管道或设施，右侧平面图对应的管道或设施也被选中，并同时高亮展示，实现二维视图的联动展示，便于地上管展示及应用。

图5 地上管二维视图展示效果

4 结束语

论文详细阐述了地上管的GIS数据标准以及如何运用CAD工具、FME软件及Python等信息化技术手段进行自动化、批量化的数字化操作流程，并结合某个地上管试点工程，快速高效地实现了该工程的地上管数据库存储，及GIS系统的可视化展示，为燃气地上、地下一张图管理提供基础支撑。