第二章城市地下管网信息系统的数据分析

土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务第二章城市地下管网信息系统的数据分析2.1城市地下管线数据的类型、特点及来源2.1.1城市地下管线的类型依据中华人民共和国行业标准《城市地下管线探测技术规程》，城市地下管线分为九大类，即给水、排水、燃气、热力、工业、电力、电信、综合管沟和人防管线[3]。各大类还可以细分，如排水管线可分为污水管线和雨水管线；电信管线可分为市话、长话、广播和电视管线等。上述各种管线大部分或相当部分埋设在城市地下空间，构成纵横交错、错综复杂的网络，所以称为地下管网。各类管线上设有不同的建筑物、构筑物以及附属设施[1]（表2-1）。在管线探测和普查时，不仅要精确地测定管线的位置、走向、埋深，同时还要实地调查管道的断面（管径或管宽、管高等）、电缆根数、传输物体特征（压力、流向或电压）、敷设时间和单位以及管理部门等。上述与管线有关的空间信息和属性信息统称为地下管线信息，前者用统一坐标系（高斯--克吕格平面坐标系和正高系统）中的坐标X、Y和H来表示，后者用字符或数字进行描述。表2-1各类管线上设有不同的建筑物、构筑物以及附属设施管线名称建（构）筑物附属设施给水水源井、给水泵站、水塔清水池、净化池阀门、水表、消火拴、排气阀、排泥阀、预留接头、各种窨井排水排水泵站、沉淀池、化粪池、净化构筑物、暗沟地面出口检查井、跌水井、水封井、冲洗井、沉泥井、排污装置燃气、热力及工业管道抽水井、调压房、煤气站、锅炉房、动力站、储气站、冷却塔浓缩器、排气（排水、排污）装置、凝水缸、各种窨井电力变电站、配电站、电缆械检修井、各种塔（杆）杆上变压器、露天地面变压器电信变换站、控制室、电缆检修井、各种塔（杆）、增音店、差转台交接箱、分线箱、各种窨井综合管沟人防2.1.2城市地下管线信息的特点地下管线是城市基础设施中的生命线工程，也有地下神经之称。虽然也有地上的、半地上的结构，但总的来讲是位于地下。其最大的特点是隐蔽性大，空间土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务信息的获取较困难且精度较低；同时地下管网纵横交错，各类管线间的空间关系较为复杂。每一类管线都由管线段、建（构）筑物和附属设施组成，多呈树状、环状或辐射状，形成一个系统，系统的各组成元件相互影响，共同发挥作用。一旦事故发生，需要立即抢修，但出事地点和抢修范围都较难确定。由于各管线之间关系密切且相互影响较大，故在管线抢修和施工时要顾及对其它管线的影响。此外，地下管线在城市中的布置有许多原则或规定，如与道路红线、中心线的关系，距离建筑物的远近，埋深以及与线状地物的交叉都有一定要求，因此还要与地面上的地物、地形发生联系，并将它们表示在统一的坐标系统下。从数据结构的观点来看，管线可归纳为由点和弧段构成，其拓扑关系和数据结构较为简单，且一旦建成，管线的变化相对来说较小。2.1.3城市地下管线信息系统的数据采集数据是信息系统的基础，综合起来管线信息的数据采集方式主要有三种：一、野外探测直接获取管线数据管线探测包括探查和测绘两部分。探查和测绘是城市地下管线普查外业两个密切联系的工序，在保证管线探查质量的前提下，进行管线测绘工作。城市地市地下管线的探查是在现状调绘的基础上采用实地调查和仪器探查相结合的方法，查明地下管线的敷设状况、在地面上的投影位置和埋深、管线的相关位置及走向、地下管线的属性（如管线的类型、性质、规格、材质、载体特征、电缆根数、电压、埋设年代、附属设施及其权属单位等）等。并在地面上设置地下管线投影中心标志和明显管线点标志，以提供下工序测绘的依据[2]。管线探查后形成管线调查数据文件（其文件结构见2.5.2调查数据文件）。城市地下管线的测绘在城市等级导线点和等级水准点的基础上进行，其作业内容包括图根控制测量、地下管线点平面位置和高程测量及相关地形的测量。城市地下管线的测绘一般用解析法。为了方便野外管线外业数据采集和内业一体化成图处理，本文设计了有码和无码两种管线外业数据采集作业方式[13]。有码作业方式是指在外业测量管线点时，除记录管线点的平面坐标和地面高外，同时还记录表示管线点的联接关系的野外操作码（其编码方法见2.3城市地下管线信息的编码体系）。在内业处理时，根据管线点测量数据文件中的野外操作码生成管线索引文件(其文件结构见2.5.3管线成图数据文件)，而后进行下一步的管线数据处理工作。无码作业方式是指在外业测量管线点时，只记录管线点的平面坐标和地面高，并不记录管线点的野外操作码。为了保证管线点的连接关系的正确性，在野外需绘制反映管线点连接关系的草图。在内业处理时，根据草图手工编写管线索引文件，而后进行下一步的管线数据处理工作。利用野外直接采集获取管线数据这种数据获取方式，主要应用于如下情况：土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务该作业区内还未进行管线普查工作；该作业区无管线图；该作业已有的管线图已经陈旧且不完整无法再利用。通过这种方式获取管线数据，外业工作量较大，但是管线数据的精度较高。二、对已有的管线图件进行数字化，包括手扶跟踪数字化和扫描数字化。这种方式直接把已有的管线图进行数字化，从而获取相应的管线数据。主要应用于作业区内管线图及其它管线属性资料较完整的情况。通过这种方式获取管线数据，内业工作量较大，而且管线数据的精度没有外业直接采集的数据精度高。另外，对于扫描数字化方法，还必需经过一个矢量化处理过程。三、对已有系统的数据进行转换。这种方式是通过数据转换，把其它系统的管线数据转换为本系统能接受的管线数据。主要用于作业区范围较大、多单位作业、多系统管理的情况。通过这种方式获取管线数据，内业与外业工作量都较小，管线数据的精度取决于源系统管线数据的精度及数据转换的精度。2.2城市地下管线信息系统的数据流分析管线信息管理是从数据的录入、管线成图及编辑、查询统计、空间分析、事故处理到最终各种图件及报表输出给用户的一完整过程。在其过程中有严格的数据流向，常用数据流图来表示[14]。城市地下管线信息系统的数据流图如图2-1。2.3城市地下管线信息的编码体系2.3.1MapInfo系统内部编码MapInfo支持的是一个同时包含空间信息和属性信息的地理数据库，其内部有一套完整的编码体系。地理数据库中的记录有一个特殊的部分即OBJ，用于描述对象的地理特性。其内部参数类型(TYPE)包括OBJ-POINT，OBJ-LINE，OBJ-ARC，OBJ-REGION等，而每一种类型对象又包括最大，最小坐标，起始角等。内部编码由系统自行维护，对用户而言是不可见的。2.3.2野外操作码野外操作码（简码）是为了野外采集数据的方便而设计的，由一些描述管线类型（代码）和测点连接关系的简单符号（+、-、n+、n-）组成[13]。操作码的具体构成规则如下：(1)对于管线的第一点，操作码=管线类型码+线型代码。管线类型码的编码规则下文将详细说明，线型代码取0、1、2、3、4，分别代表普通管线、未查明管线、出露管线、依比例尺管线、套管。(2)连续观测某一地物时，操作码=“+”。其意义是本测点与上一测点连接。土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务(3)交叉测量地物时，操作码=“n+、n-”，“n+”表示该点应与上n个点前面的点相连,“n-”表示与下n个点相连。2.3.3管线类型码管线类型代码是为了方便管线数据的录入、成图以及对各种管线信息的查询与检索而设计的。为了解决外业采集与计算机处理对代码的不同要求，本文设计了用于外业采集的外码（其特点是由管线类型汉语拼音的第一个字母组合构成，易于记忆）和用于计算机内部处理的内码（由两位数字构成）。管线类型代码的设计应遵循一对一的原则。表2-2列出了各类管线类型代码（外码、内码）及绘D1生成相应的数据文件事务1数据库存图形信息信息信息空间分析查询与统计最短路径及事故分析多媒体查询信息信息信息信息D2生成各类查询信息数据文件多媒体输出信息库存信息专题图制作信息专题图信息管线报表信息多媒体信息管线图形信息图2-1管线信息管理数据流图系统管理员数据源获取2数据处理3生成各种管线图形4编辑5.1空间分析5.4多媒体查询5.3最短路径及事故分析5.2查询与统计6属性报表及各类管线图形输出7专题图制作用户8多媒体信息显示与输出用户土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务图时采用的颜色。表2-2管线类型与管线类型码（外码、内码）、颜色对照表管线类型颜色代码(外码)代码(内码)给水蓝JS10排水污水褐PSWS21雨水YS22燃气煤气粉红RSMS31液化气YH32天然气TR33热力蒸气桔黄RLZQ41热水RS42工业氢黑GYQ51氧Y52乙炔YQ53石油SY54电力供电大红DLGD61路灯LD62电车工DC63电信市话绿DXSH71长话CH72广播GB73电视DS74综合管沟黑ZH80人防黑RF902.3.4管线特征点类型码管线特征点是指管线上的附属设施、窨井所在位置中心点、管线走向变化点、管径变化点、地表坡度变化点等。各管线特征点以不同的符号反映在管线图上。为了野外调查和内业数据处理的方便简捷，设计了管线点特征类型码，特征点类型码用两位数字组成，从68开始连续编号，到96结束。管线特征点与特征点类型码对照表如2-3。2.4城市地下管线信息系统的数据模型按照GIS的数据观点及管线地物的实际情况，可将其分为点状地物和线状地物，若干地物类型组成一个专题层。同一地理空间的多个专题层组成一个工作区，一个或多个工作区构成一个完整的工程。这种从下到上的抽象过程与从上往下的分解过程，组成了管线信息系统的数据模型（如图2-2）。一方面，它表达了地理空间的自然特性，接近人们对客观事物的理解；另一方面，它完整地表达了管线土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务对象（大到工程，小到结点）之间的各种关系，而且用层次方法清晰地表达了这些关系[15]。表2-3管线特征点与特征点类型码对照表特征点名称特征点类型码管线点（一般探测点）68窨井给水69污水（或排水）70雨水71燃气95工业72石油73热力74电力75电信入孔76电信手孔77预留口78阀门79水源井80水塔81水池82泵站83消火栓84进出水口85沉淀池86化粪池87水封井88跌水井89渗水井90冲洗井91调压站92煤气柜93变电站94上杆（出土）96土地资源网专业的土地交易平台、从事土地事务代理、土地咨询、土地买卖等业务2.5城市地下管线信息系统的数据结构城市地下管线空间数据有两种形式，即矢量数据和栅格数据。栅格数据主要为管线图和照片扫描得到的图像文件，对于栅格图象我们主要利用MapInfo的调用栅格图像的功能，将其作为背景。栅格数据文件的格式很多，本文主要采用通用的数据结构形式（如TIF、BMP），对栅格文件的数据结构不作具体分析，只对其存贮路径作相应的设计。如前文所述，管网矢量数据主要有三种来源，本文主要研究从野外直接采集数据，经数据处理后生成MapInfo可接受的数据格式（MIF/MID文件）整个过程中所需要的数据文件的结构。具体如下：图2-2MapPip