南宁市城市地下管线数据库建设研究

漆小英

(南宁市勘察测绘地理信息院，广西 南宁 530001)

1 引 言

城市地下管线是城市空间基础地理信息的重要组成部分。面对城市建设的飞速发展，地下管线保障城市经济发展和整体运行、维系城市地上地下空间有效利用的重要性日益凸显［1］。进行城市地下管线的基础资料普查，摸清城市地下管线的分布情况，是城市规划、设计、建设和科学管理的重要依据。管理好地下管线是充分利用地下空间的重要基础工作，对现代城市的建设和发展具有重要的现实意义。

南宁市虽在2002年、2006年和2010年先后开展过三次地下管线普查工作，取得了一些成果，但由于城市快速发展，地下管线作为城市基础设施的重要组成部分发生了巨大变化，且数据管理模式落后，更新维护机制没有形成，因此地下管线资料的现势性很差。为准确掌握南宁市地下管线的现状，避免在规划设计、建设过程中由于管线资料不全或与现状不符等因素，导致挖断(破)管线的事故发生，给人民群众的生活造成诸多不便和不必要的经济损失，我院对南宁市中心城区以及规划涉及的重点片区进行全面的地下管线普查与地下管线数据库建设。

2 数据库建设方案

2.1 建设目标

总体目标是利用本次南宁市大规模的地下管网普查成果，结合GIS 技术构建南宁市地下综合管线数据库，并逐步实现以数据库为核心的采集建库、动态更新、管理分发一体化的技术体系，促进外业生产与管理部门协同作业，提高生产效率和管理水平。

2.2 建设内容

建设内容包括南宁市地下管线数据库总体设计、管线数据库质量检查方案设计、管线数据库建库方案设计及建库后的管线数据库更新管理方案设计。

2.3 技术框架

城市地下管线数据库建设的技术框架如图1 所示:

图1 数据库技术框架图

3 地下管线数据库设计

3.1 数据模型及关系

(1)数据模型。地下管线各实体要素可以概括为点、线和面，地下管网由管线点和连接两个管线点之间的管线段构成:

管线点(surveying point of underground pipeline)，是地下管线探查过程中为准确描述地下管线的走向特征和附属设施信息，在地下管线探查或调查工作中设立的测点，有一般探测点、特征点(如弯头、三通等、变径、转折)和附属物点(如阀门、检修井、水表等)三类。通过符号定制，可在GIS 中真实反映管线的属性和行为，使空间数据更面向实际，呈现的不再是点、线、面，而取而代之的是阀门、水管等更形象化的符号，如图2 所示。

(2)数据关系。根据地下管线的功能和管理特点，所有的地下管线类似于一个物资传输网络系统。因此，地下综合管线模型就是一个标准的几何网络(GeometricNetwork)模型，其数据结构具备以下特点:根据其不同的功能可以进行管线类型分层;各管线间存在相互拓扑关系，并且能反映管线的空间特征。

图2 地下管网在地理信息世界中的真实反映

3.2 管线分类与编码

(1)管线分类。本次管线分类参照国家标准GB/T 13923 并能反映其功能或用途及其从属关系。管线大类分为给水、排水、电力、通讯、燃气、热力、工业及特殊管线，每一管线大类中按照具体用途或功能又划分为各个小类，如:排水小类分为雨水、污水和雨污合流管。如表1 所示:

管线分类及代号 表1

(2)要素编码。地下管线要素分类编码由7 位数字码组成，第1、2 位用16 表示城市地下管线;第3、4位代表管线类型，用数字10～99 表示;第5、6 位代表符号编码，用数字00～99 表示，第7 位代表符号类型，用数字1～3 表示。如图3 所示。

图3 管线要素分类码结构与管线点编号结构图

(3)管线点编号。管线点编号采用三段代码组合结构，由8 位字母、数字组成，其中，第1、2 位为作业组顺序号，第3、4 位为管线小类代号;第5 至第8 位为表示管线点的顺序号，用4 位数字表示，如22JS0001，如图4 表示。通过这种管线点编号方式可以确保管点编号唯一性，只要各个作业小组内的点号不重复就能保证大数据的点号唯一性。

3.3 数据有效性规则

为了保证数据的实用性和可靠性，需对数据建立有效性规则。南宁市地下综合管线数据库根据实际调研制定了属性规则、拓扑关系规则、连通性规则及由这三种规则组合而成的综合规则。

(1)属性规则。给水、排水、电力、燃气等各不同的专题管线对应不同的属性结构，属性规则可以有效地判断要素属性的数值是否在属性规则定义范围内以确证数据的有效性。属性规则通常分为列举型和范围值型，本次管线属性字段中设定为列举型规则的字段有管线的材质、管线的埋设方式、数据来源;设定范围值规则的字段有埋深、高程、压力等，对于某些特殊的管线，如排水管线，一般来说其起点高程不应低于终点高程。

在管线数据编辑检查过程中，通过属性规则的定制可以将不满足该规则的要素标记出来进行修改，图4 显示了用SQL 查询定制各类管线的属性规则。

图4 SQL 语句定制列举型属性规则

(2)拓扑规则。对于基础地理空间数据，拓扑关系是尤为重要的空间关系，地下管线数据也不例外。拓扑关系的建立是进行拓扑分析的基础［2］。地下管线数据的拓扑关系主要有:管线点必须在管线的起终点上;某些特征点如进水口和出水口必须处于一系列线要素的端点处;线要素的端点处必须有点要素覆盖;两个相同线要素的线段不能重叠，线要素不能自重叠［3］;对于硬管可以平面交叉，但不能空间交叉，如给水、排水和燃气不能出现碰管的现象。

在管线数据编辑过程中，通过拓扑规则将不满足拓扑规则的要素标记出来并进行修改，图5 显示了点线间拓扑规则的验证，其中前图显示了拓扑错误的情况，A 点不满足拓扑规则;后图中A'位于线要素的端点上满足拓扑规则。

图5 管线点、线间的拓扑规则

(3)连通性规则。在现实世界中，管线数据不仅要正确表达其空间位置关系和属性信息，还要考虑各管线实体之间的连通关系。以排水为例，从雨水或污水篦子出发能沿排水方向追溯到相应的排放口，否则管线数据就失去了它的真正意义。因此，在正确的连通关系基础上才能进行真正的空间相关分析［4］。

通常，管网连通性规则的设定主要有点与线和线与线两种。前者限定了某一类管线可跟某一类管点连接(如消火栓只能与给水管连接而不能与排污管连接;排水管线点不能只有流入而没流出)，如图6 所示。

图6 排水只有流入没有流出

后者规定某些类型的管线不能连接(如排水管不能和给水管连接)以及某些类型的两条管只能通过一个既定的管点连接，(如两个不同管径燃气管只能通过一个合理的减压阀连接;不同管径的管线必须通过变径点来连接等)。

(4)综合规则。由三种基本规则组合而成的综合规则可以定制各种针对地下管线管理的规则，使地下管线在管理和使用中更加符合现实世界的规律特性。

由属性规则与拓扑规则组合可以规定特征点的图形特征必须与其属性一致，如图7 所示该探测点有4个分支，其图形特征应该四通，但该点的［特征］属性字段值必须与其图形特征一致，否则报错。

图7 图形特征与［特征］字段值不一致

4 数据入库方案设计

4.1 入库流程

为了保证入库后数据的完整性和可靠性，入库前需要根据数据库设计时定制的对象规则进行数据合法性检查，采集的数据全部通过合法性检查后才能进行数据接边，且接边后还需再一次的质量检查，以保证入库数据的质量。其入库流程如图8 所示。

4.2 数据质量检查

本次管线普查数据采取一级控制、多级检查和一级验收的质量控制模式。管线普查进行前，技术负责人和质量监督检查人员制定具体的技术操作规程，进行成果质量控制。作业过程中首先要经过作业组内部100%检查，包括作业员自检，然后再到上一级(项目质量监督组)的100%过程质量检查;项目完成后再由院总工办组织检查验收，进行10%抽样详查。且每一级检查都要填写检查记录和编写检查、验收报告。

图8 管线数据入库流程

由于本次管线普查范围涵盖了南宁市整个建城区和规划重点区域，数据量十分庞大，因此决定采用自动批量处理与人工交互处理相结合的方式进行数据合法性检查，所有管线数据采集回来后都要经过反复的检查—修改—检查过程，直到通过所有检查项，且各个检查项都是通过专门的管线检查工具或检查脚本智能化实现的。数据质量检查主要内容包括:

(1)数据格式检查:检查数据经过采集、编辑后是否符合技术设计要求，如果不符合则进行格式转换。

(2)逻辑一致性检查:检查数据分类、分层、编码及属性表的一致性，逻辑关系的一致性

(3)拓扑关系检查:检查数据是否存在不合理的孤立点、孤立线、自重叠、污水流向雨水及硬管空间碰管的现象。

(4)数据空间定位、量测精度检查:检查数据地理定位是否正确，属性精度是否达标

(5)数据接边检查:从空间特性和属性特征两方面检查相邻数据块之间的接边精度。

(6)完整性检查:检查数据在空间和属性方面是否有漏查和漏填的现象。

(7)管线点号重复检查:同一工程中不能出现测量点或物探点号重复，否则生产的管线图会面目全非［5］。

5 数据更新维护

地下管线数据库的建设不是一劳永逸的，它需要不断的更新维护，以保持其现势性和利用价值。南宁市地下管线数据库在更新机制上采用了最新的增量更新，即在对数据库进行同步更新维护的同时还能够保存历史数据，以便必要时能恢复到过去任一时刻的数据状态，并实现历史状态查询以及现状数据与历史数据的对比。

本次管线数据库在更新维护方面的思路如下:

所谓的解释，就是说明某种现象何以如此。语用学的研究目的之一就是解释语言形式何以如此。在Givón(1979:3-4)认为语言学的解释需要涉及下面一个或多个“自然解释性参数”：命题内容、话语语用学、语言处理器、认知结构、世界观语用学、个体发生学的发展、历时演变和种系发生学的进化。这些参数就是我们称之为外部解释的参数。语体与命题内容、话语语用学、认知结构等参数密切相关，那么语体研究能为语言学提供什么样的解释？这是本文试图回答的问题。

(1)记录更新内容

对于现势库的每次更新，历史库自动记录被更新的数据及相应信息，包括更新的时间、位置、范围以及添加、删除和修改的要素数量等。

(2)查询更新状态

根据给定的条件能方便的查询更新状态，如该片更新区域是否已下载数据、是否已更新入库以及下载数据和更新入库的时间、人员。

(3)更新前后数据对比

能方便的定位到任一次更新，并将其更新前后的历史数据情况和现状数据情况进行对比，方便管理人员对更新变化情况一目了然。

(4)历史回放

能够进行数据状态回放，即随时将指定范围的数据恢复到指定时间的数据状态。

6 结 语

本次南宁市地下管线数据库的建设作为基础地理空间数据为城市规划、雨污分流工程、南宁水城建设提供了宝贵的基础资料，同时也为后期的南宁市三维空间智慧管线系统的建设打下了坚实的基础。

建立南宁市城市地下管线数据库及更新，顺应了南宁市城市信息化的发展趋势，实现了管线信息的数字化与信息化管理，促进了地下管线管理的科学化、规范化，为智慧南宁建设打下坚实基础，将有力促进南宁市城市规划、建设、管理和服务的水平，使城市规划更趋科学合理，其社会效益和经济效益是十分明显的。

［1］李学军，洪立波．城市地下管线探测与管理技术的发展及应用［J］．城市勘测，2010(4)，5～11．

［2］郑忠能，周朝义．基于Case 工具和Geodatabase 模型的地下管线数据库设计［J］．测绘标准化，2009，25(3):15～17．

［3］张正禄，司少先，李学军等．地下管线探测和管网信息系统［M］．北京:测绘出版社，2007．

［4］黄瑞金，卓嵩．基于ArcGIS 解决城市地下管线数据的管理［J］．四川测绘，2007，30(4):172～178．

［5］张汉春，廖宇宏．管线探测数据的逻辑查错技术［J］．城市勘测，2010(5):115～117．