城市地下综合管网地理信息系统设计与开发

收稿日期：２００６－０５－３０项目来源：兰州交通大学“青蓝人才工程资助计划”基金资助项目（０４－０３－０１）。

Ａｐｒ．，２００７Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２２００７年４月第５卷第２期中图分类号：Ｐ２０８文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－４６２３（２００７）０２－００５３－０３地理空间信息ＧＥＯＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ城市地下综合管网地理信息系统设计与开发陈影（兰州交通大学数理与软件工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：介绍了基于ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ组件，结合ＶＣ＋＋６．０及ＳＱＬ数据库建立地下管网信息系统的方法，阐述了如何使用ＧＩＳ技术对地下管线进行有效的管理。

以此试图为类似城市地下综合管线地理信息系统的建立积累更多的管理、维护和开发的经验。

关键词：ＧＩＳ；数据库；管线；ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ组件；ＦＭＥＤｅｓｉｇｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＵｒｂａｎＰｉｐｅＮｅｔｗｏｒｋＣＨＥＮＹｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｐｈｙｓｉｃｓ＆ＳｏｆｔｗａｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｕｒｂａｎｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ，ＶＣ＋＋６．０ａｎｄＳＱＬｄａｔａｂａｓｅａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｓｈｏｗｔｏｕｓｅＧＩＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｕｒｂａｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｔｈｉｓａｔｔｅｍｐｔｓｔｏｇｅｔｍｏｒｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｕｒｂａｎｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＩＳ；ｄａｔａｂａｓｅ；ｐｉｐｅｎｅｔｗｏｒｋ；ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ；ＦＭＥ随着现代城市建设的发展，地下管网（包括自来水管线、排水管线、地下电缆、地下光缆、煤气管道等城市公共设施）布局越来越交错复杂，城市地下管网被认为是城市生存和发展的生命线。

由于资金和技术等原因，管网数据长期以来以图表和文字资料形式零散保存。

目前，我国的城市地下管网尚没有进行统一的布局规划和管理，不可避免地经常发生各部门各自为政、互相损坏地下管线的事故，这不仅给国家造成了巨大的经济损失，也给百姓生活带来不必要的麻烦，改变这种状况势在必行。

近年来随着计算机图形技术的发展，为实现城市地下管网的现代化管理提供了有效手段［１］，利用ＧＩＳ技术解决城市地下管网的信息化管理问题成为必由之路［２］。

综合地下管网系统不同于一般的ＧＩＳ，是建立在ＧＩＳ基础上的工程设施信息管理系统，因此必须实现ＧＩＳ、ＣＡＤ、ＯＡ的高度整合，使之具有高效率处理网络、向量和文档资料的能力，使绘图、分析、设计与管理更具智慧［３］。

一个完整的城市地下综合管网信息系统（ＵＰＧＩＳ）除了应当具备通用ＧＩＳ的图形分层显示和编辑、属性浏览、统计，图形属性信息交互或联合查询，基本的空间分析等功能外，还有以下行业特殊要求：１）各种来源管网数据的格式转换、入库前的精度和合理性检查与处理；２）管网图形标准符号库建立；３）管网图形、属性信息的动态管理，确保信息完整性和现实性；４）管网维修检修管理、纵横断面的生成、管线事故分析及一定程度的管网辅助规划与决策。

上述功能的有效实现依赖于系统集成开发方案、空间数据结构和数据库的合理设计等方面。

本文结合兰州交通大学校园综合管网地理信息系统开发实践，对ＵＰＧＩＳ数据库的设计与实现、数据存取与编辑、图形和属性显示与互动查询、管线点段关联增删、纵横术［Ｊ］．延安大学学报（自然科学版），２００５，２４（４）：３０～３１［１１］李弼程，罗建书．小波分析及其应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００３［１２］汪强，尹峰，刘钢钦．基于小波的彩色图像融合技术［Ｊ］．计算机仿真，２００５，２２（１１）：２０１～２０４［１３］胡昌华，李国华，刘涛，等．基于ｍａｔｌａｂ６．Ｘ的系统分析与设计———小波分析［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００４［１４］高小峰，张建凤．基于ＭＡＴＬＡＢ及小波变换的遥感图像处理与分析［Ｊ］．微计算机信息，２００６，２２（７）：２３８～２４０［１５］穆静．小波分析在图像融合中的应用［Ｊ］．现代电子技术，２００５（１６）：６７～６８作者简介：曹凯滨，工程师，队长，校外实习指导教师，主要从事城市规划管理ＧＩＳ和土地利用规划研究。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!断面生成和爆管分析等进行了深入探讨。

１系统结构与功能１．１系统结构与软件环境该系统采用了Ｃ／Ｓ和Ｂ／Ｓ相结合的构建模式。

基于客户端的开发选择了ＥＳＲＩ的ＧＩＳ组件ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ２．２和空间数据库引擎ＡｒｃＳＤＥ，数据库管理系统为Ｍｉ－ｃｒｏＳｏｆｔＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００，开发语言为ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０，系统结构如图１所示。

１．２系统功能模块系统开发采用模块化思想，模块与模块之间既互相联系又彼此独立。

从功能上可分为ＧＩＳ通用功能和管网专业分析两大模块。

管网分析功能模块主要由标准专业管线图生成与符号设计、最短路径与事故分析、纵横断面分析、辅助决策支持、系统与数据维护等模块构成模块如图２、图３所示。

２数据库设计２．１城市地下管网数据特点１）数据来源。

现存数据主要是ＡｕｔｏＣＡＤ图形数据。

系统能够接收３种数据来源形式，即ＡｕｔｏＣＡＤ图形数据、室外测量坐标数据及有关表格属性数据。

２）拓扑关系。

管网主要由管线和管点及其连接关系组成，不同类型的管网之间不存在相交，因而不必建立拓扑关系，但同类管网数据内需具备点、线拓扑信息，以实现管段和结点的拓扑信息查询，进而实现管线点段增删、管线事故分析、横断面分析等功能。

３）高程（埋深）信息。

为了降低数据冗余，管线属性中一般只包含平面属性信息，而不记录埋深、坡度等，在需要这些垂直信息时，由管线所连接的管点属性计算获取。

因此，管点属性表中必须含有高程或埋深项，埋深变化点也必须定义为一类管点。

２．２图层设置和图形转换１）图层设置。

实验测区图形数据比例尺为１：５００，坐标系为城市坐标系。

ＧＩＳ应用系统中图形数据一般要进行合理的数据分幅和分层。

分幅是人为地分割了空间地理事物的连续性，不利于查询和分析功能的实现。

采用空间数据库引擎技术可实现大范围空间数据的无缝组织，但空间查询和分析操作的速度随之变慢。

ＥＳＲＩ公司为用户提供了良好的数据库引擎ＡｒｃＳＤＥ，支持ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ。

实验系统以校园数据为例，所以不必分幅。

同时，该系统在应用到城市综合管网信息系统时，需要设计一定的图幅索引，实现空间数据的逻辑无缝接边，兼顾图形显示的速度和空间分析的跨图幅操作。

ＵＰＧＩＳ中数据从总体上分为管网数据、基础地形数据和影像数据。

管网数据共分为给水、排水、热力、煤气、电力、电信和特种共７类，每类又分点层、线层，共１４个图层。

基础地形数据根据需要可分为等高线层、道路中心线层、道路边线层、建筑物层等。

注记可以分层也可不分层，系统共设一个注记层。

２）数据转换。

矢量源数据格式为ＡｕｔｏＣＡＤ的ＤＷＧ格式，系统入库数据需要的格式为ＳＨＰ格式，为了做到空间数据和数据属性的无损转换，项目开发过程中选用了专门用于数据转换的第三方软件ＦＭＥ。

ＦＭＥ（ＦｅａｔｕｒｅＭａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅ空间数据操作引擎）是ｓａｆｅ公司推出的新产品，一个第三方专门用于数据转换的工具，它有非常强大的功能，支持近百种格式的数据相互间的转换，如：ＡｕｔｏＣＡＤＤＷＧ／ＤＸＦ，ＥＳＲＩＡｒｃ／ＩｎｆｏＧｅｎｅｒａｔｅ，ＥＳＲＩＥｘｐｏｒｔ（Ｅ００Ｕｎｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ），ＥＳＲＩＳＤＥ，ＥＳＲＩＳｈａｐｅ，ＩｎｔｅｒｇｒａｐｈＭＧＥ，Ｉｎｔｅｒｇｒａｐｈ／ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎＦｉｌｅ，ＭａｐＧｕｉｄｅＳＤＬ，ＭａｐＩｎｆｏＭＩＦ／ＭＩＤ，ＭａｐＩｎｆｏＴＡＢ，ＯｒａｃｌｅＳｐａｔｉａｌＣａｒｔｒｉｄｇｅ（Ｒｅ－ｌａｔｉｏｎａｌ），ＯｒａｃｌｅＳＱＬＬｏａｄｅ，Ｓｍａｌｌｗｏｒｌｄ，ＳＤＥ２．１等［４］，并能够同时进行几何数据及其属性的无损转换，也可以实现自主扩展需要转换的数据格式，让用户添加自己定义的数据格式，与其他数据格式进行转换。

可以对数据进行批处理，这样大大提高了工作效率。

实践证明，用ＦＭＥ转换的数据符合入库要求。

利用调用修改的语义映射文件的方法转换数据，由于数据比较复杂，用ＦＭＥ自动映射文件产生器自动生成的映射文件不能实现对数据的无损转换，所以要对文件内容做必要的修改。

修改时要参照目标数据的入库标准，分层处理，各层再分别对不同要素进行处理。

下面以转换居民地要素为例进行简要说明。

首先，设置源数据及目标数据格式，设计如下：地理空间信息２００７年・５４・ＲＥＡＤＥＲ＿ＴＹＰＥＤＷＧ＃表示读入的数据格式是ＤＷＧ格式ＷＲＩＴＥＲ＿ＴＹＰＥＳＨＡＰＥ＃目标格式是ＳＨＡＰＥ格式系统的执行语句（读入数据后）如下：ＳＨＡＰＥ＿ＤＥＦＲＥＳＲＧＮ＼ＳＨＡＰＥ＿ＧＥＯＭＥＴＲＹｓｈａｐｅ＿ｐｏｌｙｇｏｎ＼＃表示目标数据的多边形要素，以下依次是房屋属性设置ＣＯＤＥｃｈａｒ（６）＼＃表示字长ＡＤＲＥｃｈａｒ（６４）＼＃表示字长ＳＴＲＵＣＴｃｈａｒ（８０）＼ＦＬＯＯＲｎｕｍｂｅｒ（８，０）＼ＳＣＯＤＥｃｈａｒ（１２）以上代码是数据的ＳＨＡＰＥ定义，数据入库后ＪＭＤ（居民地）要素放于ＲＥＳＲＧＮ层，这个定义要依据预先定制的ＳＨＡＰＥ数据的入库标准，要素需要什么属性先要在此定义。

对于基础地形数据图层，在系统中起背景作用，不要求拓扑分析和查询，可以直接使用；而管网图层是系统重点维护和处理的专题数据，要求严格的管点连接关系，所以要求拓扑分析。

２．３属性数据库设计由于采用了空间数据引擎技术对空间数据和属性数据一体化管理，空间数据引擎选用ＡｒｃＳＤＥ。

属性数据主要由空间数据表中的属性内容和属性特征代码表２部分组成。

表间具有一定的关联关系和规则（如管线表中的上下管点项与该类管线对应管点表中的２个管点ＩＤ对应，管线表中的管线材质与管线材质代码表对应，前者提供系统所需的管点、线拓扑信息，后者为属性数据的输入和编辑提供方便）。

各类管线和管点表的结构大同小异，表１～表２为给水管线、管点属性项定义和属性特征代码。

３主要功能实现１）数据编辑。