城市燃气管网GIS系统数据组织与维护

杭州市燃气（集团）有限公司 黄文剑

城市燃气管网GIS系统数据组织与维护

杭州市燃气（集团）有限公司 黄文剑

一、城市燃气管网概述

城市燃气燃气管网是一个城市重要的基础设施，是城市管线系统的重要组成部分。城市燃气管网包括高压、次高压、中压和低压等输配管线及一些附属设施，担负着输配燃气的使命。同时，燃气管网布设的基础资料，也是城市规划、设计、施工建设和管理的重要依据。

1.燃气管网的特点。城市燃气管网主要有以下特点。

（1）隐蔽性强。城市地下燃气管线大部分采用埋地敷设，只有在特殊地段采取土堤、架空等形式敷设。

（2）动态变化。随着城市建设的迅速扩张，燃气管网本身建设也快速发展。同时，由于配合城市其他项目建设，燃气输配管网的新增与拆迁改造并举。

（3）与其他管线及建筑物相互影响。城市燃气管线与其他管线、建筑物，在设计、建设过程中互相影响、互相制约。为此，国家标准和规范规定了不同管线的最小净距、标高、跨越时的处理以及管线敷设时的走向关系等，以保证管网的安全、高效运行。

（4）用户数量大。城市燃气供应关系到千家万户，涉及重要工商企业等大宗用户和城市居民等普通用户的生产、生活，社会关注度极高。

2.我国城市燃气管网管理现状。目前，我国燃气管网管理滞后于城市发展，主要表现在：燃气运营单位主要依靠手工管理各种竣工资料档案，当某处发生事故时，主要依靠人工查阅图纸、确定抢修方案。这种工作方式不仅工作量大、速度慢，而且缺乏准确性和科学性。

鉴于上述特点和现状，急需建立一套完善的城市地下燃气管网GIS系统，组织设计管网数据模型，建立数据库，针对管网变化情况（数量、空间分布、材质等属性变动），及时修改、补充原数据库中的数据，真实反映管线的现状，使数据库与真实情况保持一致。

二、城市燃气管网的数据组织

1.城市燃气管网数据组织理论。地下燃气管线可以抽象概括为点实体（如阀门、三通处、变径点等处）和线实体。点实体在GIS中，除了具有空间坐标（X，Y，Z）外，还具有描述点特性的一些属性信息。一般情况下，点实体包含有一个能表示其特性的编码、坐标以及其他的相关属性。线实体是由线元素组成的各种线性要素，由至少2个点（X，Y）坐标来表示，同样具有描述该线条特性的属性信息。一般它有一个能表示其特性的编码、坐标串以及它的相关属性。城市地下燃气管线GIS系统中的图形数据主要是以“层”来存储和组织的。为方便管理和使用，上面的元素描述也能够满足信息表达的要求。为此，在GIS系统的设计过程中，一般针对单类实体进行处理。对管线数据进行处理时，管线线段和特征点的联系非常紧密，不仅仅是地理位置上的相互连接，还有属性的相互关联，因此需要将管线与管点分层设置，建立数据模型。

2.地下管线的空间数据模型。一个点实体（位置点）包括特征点和附属物点。特征点有弯头、三通、四通等，附属物点有阀门井、电位测试桩、金属软管井等。按照管线段连接关系，以特征点和附属点等为管线段的起点和终点定义管线段。

3.地下燃气管线数据组织。地下管网GIS数据分为几何数据和属性数据，几何数据和属性数据以文件的形式存放，如采用SHP格式数据文件。通过数据组织分析方法得知，几何数据是以“层”的形式进行存储和组织（管线段和管点分层组织和存储），属性数据与几何数据通过索引进行关联，数据以种类进行分类，每一类占用一个数据表。

4.地下燃气管网的数据结构设计。根据使用要求，设计若干个属性数据项。对象的属性设计必须满足管网维护和网络分析两方面的需要，应尽可能全面、详细，如属性项中管径、材质、壁厚等，就是抢修和维护替换工作中不可缺少的信息。此外，在设计数据结构时，还要考虑管网中各对象的关系，以便后续分析时所用。

三、地下燃气管网数据变化与更新维护

1.地下管线变化类型。城市地下燃气管线数据要素的研究是在管线的分段离散基础上进行的，可以把单个管线看作单个实体。单个实体的变化类型可以分为：新增、灭失、改动、替换。引起地下管线发生变化的事件主要有：属性事件，这类事件只对属性进行修改操作，比如将铸铁管材质的管道更换为直缝钢管管道；空间事件，这类事件只对空间进行各种操作，比如管线位置变动；包含属性事件和空间事件，这类事件既改动要素属性又改动要素空间。在地下管网中，由于空间事件发生而引起的变化类型包括新增、灭失、改动，由于属性事件发生而引起的变化类型主要是替换。

2.地下管线数据更新维护。地下燃气管网更新维护是以原有地下管网数据为基础，针对管线位置、材质、分布等的变化情况，及时发现并统计变化内容，并用反映地下管网现状的管线增量信息对初始的地下管网数据进行修正、补充和更新，其目的是实现“随时变更、随时调查、随时更新”。主要工作包括：确定操作事件和建立增量信息文件；设计操作算法，实现管点、管线段之间及拓扑关系自动化重构；完成归档和增量的地下管网要素自动化及半自动化更新等。

四、完善城市燃气管网的建议

城市地下燃气管线系统是一个复杂的工程，特别是数据的采集、维护、更新，已经成为城市燃气地下管线管理的重要组成内容。在完善燃气管网GIS系统过程中，还有以下问题需要研究：

1.管线的变化类型不同，需要对变化类型进行细化。

2.为了能够更加直观地表达地下燃气管线，可以对管线数据进行三维建模，实现地下管线的剖面分析等应用分析。