李希 LI Xi

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510060）

0 引言

地下管線系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，包括供水、排水、天然氣、通信等多個領(lǐng)域，其升級和有效利用在城市化進(jìn)程中顯得至關(guān)重要。不僅可以支持城市基礎(chǔ)設(shè)施的決策制定，還為智能城市建設(shè)提供了必要的信息支持。因此，如何高效整合不同類型的管線數(shù)據(jù)、實現(xiàn)地下管線數(shù)據(jù)的及時更新，以提高管線系統(tǒng)的管理效率和數(shù)據(jù)利用價值，已成為當(dāng)前地下管線數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。

本文基于地下管線數(shù)據(jù)信息化管理的需求，以現(xiàn)有GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)，采用空間數(shù)據(jù)模型（gdb）作為核心數(shù)據(jù)模型，并行開發(fā)管線數(shù)據(jù)錄入模塊、管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊以及管線數(shù)據(jù)庫檢查模塊，構(gòu)建了一個全面的地下管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)。本系統(tǒng)提供了多項關(guān)鍵功能，包括管線數(shù)據(jù)字段的擴充和升級、字段類型的轉(zhuǎn)換、屬性的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)庫格式的轉(zhuǎn)換、管線數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)完整性的檢查和屬性合法性的驗證，以滿足管線數(shù)據(jù)信息化管理的需要，用于管線數(shù)據(jù)的自動化處理和更新。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 融合GIS 的管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)

地下管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)基于現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，構(gòu)建了一個綜合性的管線數(shù)據(jù)信息管理、統(tǒng)計與分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在對給水、排水、燃?xì)?、電力、通信、熱力、工業(yè)、石油、垃圾真空、綜合管溝等10 類管線數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化錄入、更新和檢驗，并結(jié)合管線空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管線網(wǎng)絡(luò)的2D 數(shù)字化。系統(tǒng)基于C#Arcengine10.2 進(jìn)行構(gòu)建，為滿足管道數(shù)據(jù)部門和專業(yè)領(lǐng)域研究人員對多源異構(gòu)地下管道信息的管理需求，結(jié)合了gis 數(shù)據(jù)矢量化技術(shù)與Microsoft.NET 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體構(gòu)建，為管線數(shù)據(jù)的更新和決策提供了強大的工具和支持。

在地下管線數(shù)據(jù)管理中，針對不同數(shù)據(jù)模型進(jìn)行比較，本系統(tǒng)選擇空間數(shù)據(jù)模型（gdb）作為主要的數(shù)據(jù)模型。首先，空間數(shù)據(jù)模型適合記錄地下管線的地理位置信息，可以精確表示管線的坐標(biāo)、形狀和位置關(guān)系，為地理信息查詢提供了強大的支持。其次，空間數(shù)據(jù)模型允許進(jìn)行空間查詢和分析，例如，查找特定地點的管線、計算管線之間的距離等。采用空間數(shù)據(jù)模型可以將地理位置數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有效整合，實現(xiàn)對地下管線數(shù)據(jù)的全面管理和分析，相對其他數(shù)據(jù)模型，能夠更好地管理地下管線數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地理位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的高度整合。此外，利用空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行地理信息查詢和分析，能夠更好地支持城市管線設(shè)施的優(yōu)化決策和智能城市建設(shè)。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

地下管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)整體架構(gòu)涵蓋五個關(guān)鍵層級：基礎(chǔ)支持層，數(shù)據(jù)資源層，功能服務(wù)層，展示層，用戶層?；A(chǔ)支撐層作為架構(gòu)的底層，為整個系統(tǒng)提供了必要的設(shè)備和平臺支持，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)資源層在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個高效的管道信息庫，以滿足數(shù)據(jù)服務(wù)的需要。系統(tǒng)的核心在于功能服務(wù)層，通過各種應(yīng)用功能，包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢查等功能，實現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)的更新與管理。展示層則將管線數(shù)據(jù)和系統(tǒng)功能以直觀的用戶界面呈現(xiàn)，使使用者能夠輕松地瀏覽、查詢和分析管線數(shù)據(jù)。用戶層作為架構(gòu)的頂層，是系統(tǒng)的使用者，包括城市規(guī)劃師、管線維護(hù)人員等。通過這五個層次融合，GIS的管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)得以以高度可控的方式，滿足地下管線數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜需求。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)使用Arcengine10.2 作為開發(fā)平臺，以C#作為開發(fā)語言，基于.Net Framework 4.5、ArcGIS 10.2 for Desktop 和ArcObjects SDK for ArcGIS 10.2 進(jìn)行二次開發(fā)，系統(tǒng)支持Windows 兼容相關(guān)硬件平臺，要求內(nèi)存不低于8G，CPU 不低于2.2GHz，存儲空間32G 以上，系統(tǒng)包含管線數(shù)據(jù)采集、管線數(shù)據(jù)升級與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、管線數(shù)據(jù)錄入與動態(tài)更新、管線數(shù)據(jù)檢查等功能，如圖2 所示。

圖2 地下管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 管線數(shù)據(jù)升級與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

目前各類管線數(shù)據(jù)存在不同格式數(shù)據(jù)的升級與轉(zhuǎn)換需求，然而采用現(xiàn)有的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換往往存在轉(zhuǎn)換操作繁瑣，工具適用性低，適配度也不高的問題，因此本系統(tǒng)針對此方向進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，數(shù)據(jù)升級與格式轉(zhuǎn)換界面如圖3 所示，具體功能包括以下幾點：

圖3 管線數(shù)據(jù)升級與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能區(qū)

①標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換：對mdb 數(shù)據(jù)屬性字段進(jìn)行升級轉(zhuǎn)換，在系統(tǒng)界面完成字段擴充以及字段映射。

②格式轉(zhuǎn)換：地理信息數(shù)據(jù)庫不同格式間進(jìn)行批量轉(zhuǎn)換。包括mdb 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換shp 數(shù)據(jù)，mdb 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換gdb 數(shù)據(jù)，以及表格文檔excel 文件轉(zhuǎn)換gdb 數(shù)據(jù)等功能。

③數(shù)據(jù)清洗：對各圖層屬性信息進(jìn)行字段刪改，過濾錯誤和冗余數(shù)據(jù)。

④自定義配置：創(chuàng)建字段屬性配置模板文件，可根據(jù)需求自定義設(shè)置。包括字段名稱、字段別名、字段類型和字段長度的調(diào)整。

2.2 管線數(shù)據(jù)錄入與動態(tài)更新

管線數(shù)據(jù)錄入與動態(tài)更新環(huán)節(jié)主要進(jìn)行多種數(shù)據(jù)源的整合和歸一化處理。第一種數(shù)據(jù)錄入方式是通過圖形用戶界面，操作人員手動輸入管線數(shù)據(jù)，其中包括管線的幾何屬性（如長度、直徑、材質(zhì)等）以及相關(guān)的屬性信息（如用途、年限等）。另外，也可以采用外業(yè)調(diào)查表錄入方法，通過專業(yè)人員在實地進(jìn)行調(diào)查和采集完成調(diào)查表，然后將數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換導(dǎo)入到管線更新系統(tǒng)中，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

管線數(shù)據(jù)錄入與動態(tài)更新的屬性編輯功能區(qū)與屬性修改結(jié)果視圖分別如圖4、圖5 所示。在屬性編輯功能區(qū)中，字段列為待編輯的字段，用戶通過編輯框填寫或選擇該行對應(yīng)字段修改后的值，對應(yīng)關(guān)系表格編輯完畢后，再點擊執(zhí)行修改按鈕，開始根據(jù)表格內(nèi)容批量修改選擇集中的要素。修改的結(jié)果反映在結(jié)果視圖中，包括本次修改的數(shù)據(jù)源、圖層、選擇集要素數(shù)量、修改內(nèi)容以及修改狀態(tài)。

圖4 屬性編輯功能區(qū)

圖5 屬性修改結(jié)果視圖

外業(yè)調(diào)查表錄入方法要求數(shù)據(jù)具有與表格可匹配的字段與值。在關(guān)聯(lián)修改功能區(qū)（圖6），用戶可以加載特定格式的表格并通過下拉選擇框設(shè)置待修改的圖層和匹配字段。通過“配置”按鈕，用戶設(shè)定表格標(biāo)題名與GIS 字段名的一一對應(yīng)關(guān)系。執(zhí)行關(guān)聯(lián)修改后，系統(tǒng)會逐行從表格讀取信息，根據(jù)匹配字段在GIS 數(shù)據(jù)中查找并更新相應(yīng)的要素屬性。修改結(jié)果會在表格的“錄入狀態(tài)”列中顯示。此外，用戶也可以選中表格中特定行的數(shù)據(jù)，執(zhí)行針對該行信息的關(guān)聯(lián)修改，并在完成后查看或回退修改結(jié)果。

圖6 關(guān)聯(lián)修改功能區(qū)

2.3 管線數(shù)據(jù)檢查

管線數(shù)據(jù)檢查功能區(qū)如圖7 所示。屬性合法性檢查主要驗證管線屬性的范圍和取值是否符合標(biāo)準(zhǔn)，避免錯誤數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，現(xiàn)有的軟件工具進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查往往存在操作繁瑣、耗時長、適配度不高的問題，因此本系統(tǒng)針對此方向進(jìn)行了改進(jìn)，具體功能包括以下幾個方面：

圖7 管線數(shù)據(jù)檢查功能區(qū)

①錄入管線數(shù)據(jù)必填項檢查：主要是針對屬性表中必填項字段進(jìn)行非空與空白值的檢查，確保必填字段無誤，輸出建議值。比如“入庫時間”未填寫或者為空白，系統(tǒng)就會給出錯誤提示此處為空值并且輸出此要素相關(guān)信息。

②值域檢查：針對管線數(shù)據(jù)的相關(guān)字段的值域進(jìn)行審查，對管線類型進(jìn)行判斷分析，判斷所屬管線類型，設(shè)定不同字段對應(yīng)不同的值域，檢查錄入數(shù)據(jù)是否在此字段的值域范圍內(nèi)并且輸出相應(yīng)的檢查結(jié)果。例如對于人工填寫字段“基礎(chǔ)形式”的錯誤信息輸出為：錯誤管線的ID 號、檢查項內(nèi)容、ObjectID、FGUID、錯誤管線的起點號、終點號。錯誤信息包含字段名稱、錯誤值是否人工填寫，值域是否超出范圍，填寫字段的建議值。

③時間格式檢查：設(shè)定時間格式為YYYYMMDD，判斷相關(guān)字段是否為此格式結(jié)構(gòu)，并且包含將其他時間格式（“YYYY 年M 月D 日”“YYYY -M -D”“YYYY/M/D”“YYYY 年M 月”“YYYY-M”“YYYY/M”）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī)范要求格式（具體到哪天用“YYYYMMDD”、具體到哪月用“YYYYMM”）的程序并且輸出建議值。例如建成年月填寫“2022/1/4”輸出的錯誤信息為：“字段：建成年月值：2022/1/4，填寫時間格式錯誤，建議值：20220104”。

3 結(jié)束語

本研究充分考慮地下管線數(shù)據(jù)信息化管理的實際需求，綜合應(yīng)用現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，成功構(gòu)建了基于GIS 的地下管線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)，以滿足不同類型管線數(shù)據(jù)的復(fù)雜管理需求。整體系統(tǒng)通過整合C#、Arcengine10.2、文件地理數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了包括管線數(shù)據(jù)采集、錄入、更新、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢驗在內(nèi)的多項功能。本系統(tǒng)提供了強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，滿足了城市規(guī)劃師、管線維護(hù)人員等專業(yè)人士的實際需求，使得管線數(shù)據(jù)得以直觀呈現(xiàn)和深入分析，為未來城市基礎(chǔ)設(shè)施管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級、地下管線數(shù)據(jù)有效管理、城市基礎(chǔ)設(shè)施智能化發(fā)展提供了實質(zhì)性支撐。