广州市城市地下管线管理平台建设思路及探讨

张鹏程 ，丘广新，张秀英，陈鹏，杨梅

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

1 引 言

城市地下管线是传输城市运行、百姓生产和生活所需能源和资源的载体，是城市基础设施的重要组成部分，是实现城市经济、社会健康协调及可持续发展的重要基础之一［1，2］。广州市自1995年就开展了地下管线普查，1997年开始实施管线规划竣工测量，并同步更新管线信息，是国内最早开展地下管线普查的城市之一，广州市地下管线探测、建库的一体化方案曾作为“广州模式”在全国推广。

但经过多年发展，目前广州市地下管线管理系统存在如下问题:如传统的二维管线系统没有管线数据的动态更新功能;没有建立地下管线信息共享交换系统，综合管线与其他专业管线无法共享与交换;没有建立管线三维管理系统，传统基于二维的地下管线信息系统不能直观展现地下管线空间位置关系、不能真实展示管线的尺寸及对比关系;没有建立重点管线(如次高压以上燃气、石油、西江引水管线等)数据库;没有建立地下管线档案管理平台，管线空间实体与档案无法关联等。在上述背景下，广州市规划局于2013年组织开展了广州市地下管线管理平台项目。

2 目标与总体任务

2.1 平台目标

平台的总体目标就是创建具有广州特色的“2、6、1”地下管线智能化管理模式:“2”:两大软件平台:管线智能化综合管理平台和管线档案管理平台;“6”:六个专业管线数据库与接口;“1”:一套制度:法律法规、技术标准和规范。如图1所示。

2.2 总体任务

图1 项目总体建设目标

围绕上述目标，平台的总体任务包括:①建设广州市地下管线智能化综合管理平台，实现管线信息管理的智能化;②建设广州市地下管线档案管理平台，实现管线档案管理的智能化;③开展管线信息数据库的建设，建立现势兼容的全市域、全专业的地下管线数据库。④完善法规，规范管线信息化管理，建立完善管理制度。

根据平台的目标和任务，分三个阶段实施:第一阶段为地下管线智能化首期工作、第二阶段为管线智能化建设完善阶段、第三阶段为管线智能化巩固与发展阶段。2013年开展了第一阶段的工作，包括管线及相关数据库(含综合管线数据库、重要管线数据库、二三维基础地理信息数据库)、地下管线智能化管理平台、地下管线档案管理平台共三项内容。

3 管线及相关数据库建设

3.1 综合管线数据库

采用Esri 的GeoDataBase 空间数据库模型，对广州市规划局自1995年以来普查与竣工验收的、约2.3 万km 的综合管线数据(如图2所示)，进行了迁移、概化处理与建库，并同步建立了三维管线模型。综合管线数据的分类、分级代码、颜色、数据分层、属性结构、符号等严格按照《广州市地下管线探测技术规程》(2013 版)中数据标准的要求。以属性结构为例，管线点属性包括唯一识别码、图上点号、管线类型、管线分级、管线点代码、特征点、附属物、X 坐标、Y 坐标、地面高程、最高管顶高程、最低管底高程、入库时间、更新时间等36 个属性;管线线属性包括唯一识别码、管线编号、起点号、终点号、管线类型、子类型、分级、代码、材料、起点管顶高程、终点管顶高程、起点管底高程、终点管底高程、管径、断面尺寸、起点埋深、终点埋深、更新时间等38 个属性。

图2 管线及相关数据库建设内容

3.2 重要管线数据库

按照《广东省西江广州引水工程管理办法》、《广州市城市轨道交通管理条例》、《广州市油气管道设施保护试行办法》等相关的管理规定，基于管线竣工验收数据，完成了包括约42 km的西江供水工程管线、139 km的燃气管线(次高压以上)、149 km的石油(航油和成品油)和204 km的地铁隧道和站台等重要管线数据的收集、整理和建库，并同步建立了重要管线的三维数据模型，为重要管线保护管理系统提供了重要的数据基础。

3.3 二三维基础地理信息数据库

二三维基础地理信息数据库包括:①GIS 电子地图数据库:涵盖从1∶ 500 ～1∶ 50 万，共8 个比例尺的地图数据库，采用Oracle11g +ArcServer10 进行存储，以服务式GIS 的方式发布;②卫星影像数据建库:建立覆盖全市域的影像数据库，影像原始比例尺为1∶ 2 000，图像分辨率为0.2 m;③数字线划图数据建库:建立了1∶ 500、1∶ 2 000、1∶ 5 000全要素数字线划图数据库，覆盖范围分别为1 500 km2、3 700 km2、7 400 km2;④地形地貌三维模型建库:覆盖全市域的DEM(数字高程模型)、格网间距为5 m×5 m，覆盖全市域的DOM(数字正射影像)、分辨率为0.2 m;⑤三维建筑物模型数据建库:实现了约4 000 km2的建筑物三维白模、中心城区约300 km2的建筑物精细模型建库。

4 平台功能开发

4.1 地下管线智能化综合管理平台

广州市地下管线智能化综合管理平台，逻辑上包含七大管理系统:管线数据监理与入库系统、管线数据动态更新系统、数据管理与可视化系统、管线数据决策支持系统、管线三维管理系统、管线数据共享交换系统、重点管线保护系统等。

(1)管线数据监理与入库系统

数据监理与入库系统功能包括:①管点数据正确性检查包括数据表结构检查、管点重复检查、管点空间重叠检查、管网字段控制检查、连接管段数检查、点号、点代码与编码规则符合性检查、孤立管点(飞点)检查、其他相关检查［3］;②管线数据正确性检查包括数据表结构检查、管线重复检查、管线空间重叠检查、管线段超长检查、管网字段是否为空检查、孤立管线检查、管线交叉检查、其他相关检查等;③管点线间拓扑关系检查:管点、线间拓扑关系检查;④检查规则定制与操作包括:检查规则的自定义、检查结果的操作、检查结果的报告等功能。

(2)管线数据动态更新系统

管线数据动态更新系统，主要是针对管线普查数据、竣工验收数据，实现数据的入库更新，从而确保管线数据的现势性，同时支持版本管理、数据库备份与恢复等功能，主要包括:①管线数据掏出:支持按图幅、坐标、任意指定范围，将系统中现有的管线数据掏出，提供给外业进行修、补测;②冲突检测与处理:对外业更新并检查通过后的管线数据进行入库前的冲突检测处理，包括冲突数据的处理、冲突同步的确认等;③管线数据入库:对检查通过后的普查数据、竣工数据及其他权属单位数据，参照广州市现有基础地形图的动态更新模式，进行管线数据的入库与动态更新［4，5］;④版本回溯:实现管线数据按年、月、日的数据回溯功能;⑤版本浏览:系统能够回溯到指定时刻的管网状况，并能自定义方式显示和标明指定时刻管网和现存管网的不同之处;⑥版本比对:支持不同版本管线数据的视图管理，通过不同视图，对不同版本的管线数据进行浏览、对比;⑦数据备份/恢复:系统能根据用户设置的时间自动或由用户手动进行地下管线数据的备份/恢复，以保证地下管线数据的安全。

(3)数据管理与可视化系统

管线数据管理与可视化系统包括如下功能:①管线符号化功能:按照《规程》，建立管点、管线段符号库，实现管线符号化显示，提高管点、管线段的可读性;②数据管理功能:支持管线数据库的创建、修改、删除;能根据新规程中管线数据标准，支持管点、管线图层的创建、修改、删除;支持管线数据逻辑库的管理，实现管理数据库空间数据源，集成各种数据，支持分离式SDE的方式;支持数字线划图、影像图、GIS 地图、在线服务地图等多种数据的调用;③查询浏览功能:提供图形、属性、专题等多种查询方式。包括:简单属性查询、自定义SQL 查询、模糊查询、空间查询等功能;④统计分析功能:提供空间查询统计、专题统计等多种统计分析方式，包括:按给定行政区统计管线类型/长度，按区域统计、按给定图幅号统计管线类型/长度等功能，为规划管理提供统计数据和技术支撑。

(4)管线数据决策支持系统

管线数据决策支持系统包括如下功能:①断面分析:包括纵断面和横断面分析;②道路开挖分析:可支撑道路开挖的规划、统筹与审批，预防“拉链路”的发生;③净距分析:包括交叉口分析、碰撞分析、水平净距分析、垂直净距分析、覆土深度分析等功能;④区域分析:包括土方计算分析、拆迁分析、特征搜索、附属物搜索等功能;⑤拓扑分析:包括抢险分析、缓冲分析、连通分析等功能;⑥预警分析:该功能根据管网的埋设日期及管网的材质寿命，统计出哪些管线寿命达到了规定要求，并能自动预警。

(5)管线三维管理系统

管线三维管理系统实现了广州市地上三维建筑物、道路等模型、地表的地形地貌模型、地下的综合管线三维模型(约2.3 万km)、地铁等的一体化查询、浏览、统计、分析等功能，如图3所示，具体包括:①三维浏览:包括地上地下浏览切换、地面透明度调整、定位、开启碰撞、图例显示等功能;②三维查询:包括按管线的分级、特征、附属物、管径、材质等查询等功能［6～9］;③三维统计:包括按管径分段统计、埋深分段统计、埋设方式统计、道路范围统计、图幅范围统计等功能;④三维分析:包括净距分析、断面分析、区域分析、拓扑分析、开挖分析、隧道分析、生命周期管理、预警分析等功能;⑤三维量算:包括水平、空间距离量算、水平和地表面积量算等功能;⑥三维标注:包括标高、管径、埋深、坐标、坡度等标注以及扯旗标注和标注管理等功能;⑦三维规划:包括数据导入、规划审批、多屏对比、模型导入等功能;⑧与二维管线系统实现了集成:如图4所示。

图3 管线三维管理系统(左为地面半透明显示示例，右为开挖分析示例)

图4 地下管线二三维系统集成

(6)管线数据共享交换系统

管线数据共享交换系统实现通过划分市规划局、其他管线权属单位、公共用户等几个层次提供跨部门、跨网络、跨平台的管线数据共享服务。管线数据与角色权限关联，不同的用户控制访问不同的管线数据。GIS 电子图、影像图、管线图幅元数据对任意用户开放，综合管线数据对权属单位分专业开放，对公共用户不开放，只提供用户关心范围内管线种类、管线长度等数据。具体包括管线数据展示中心、管线数据管理中心、管线数据服务中心、管线数据运维中心等功能模块。

(7)重点管线保护系统

重点管线保护系统是在上述四类重要管线数据库的基础上，依据相关管理条例、办法及法规(如)等，分别在二维、三维管线系统中开发的重要管线保护管理功能，如图5所示，包括重点管线查询浏览、统计分析、安全保护区域展示/管理、辅助规划管理、条例办法查阅等功能。以石油、燃气管道的安全保护范围管理功能为例，系统根据《广州市油气管道设施保护试行办法》中的安全管理范围规定:石油管道，次高压、高压、超高压燃气管道的管壁外缘两侧5 m范围内的区域;低压、中压燃气管道的管壁外缘两侧0.7 m范围内的区域。该功能结合GIS 的空间分析与叠加分析功能，实现了对西江供水、石油、燃气、地铁等重要管线的安全保护/控制范围管理。

图5 重点管线保护管理系统(左为二维保护区域展示，右为三维保护区域展示)

4.2 地下管线档案管理平台

综合利用管线档案管理、GIS、工作流等技术，开发了管线档案管理平台，如图6所示。功能上包括档案整理、档案接收、档案保管、档案利用、系统管理、报表中心等功能;数据上实现了规划业务管理类档案数据(包括综合管线规划管理、管线工程规划管理(报建类)、管线工程规划验收档案等)、建设工程类档案数据、地下管线普查类档案数据共三大类管线档案数据的管理;业务上，规划业务管理类档案支持按案卷级、专业级和文件级进行归档管理，建设工程类档案支持按项目级、案卷级和文件级进行归档整理，地下管线普查类档案支持按项目级、文件级进行归档管理。

平台不仅可实现档案管理从立卷到存储的全自动化，还提供对档案进行智能化的查询:不但可检索档案的物理存储位置与状态、电子档案，还提供与管线系统建立互联互动，可实时显示档案中的管线现状信息，同样，在管线综合管理平台(二维、三维)中点击管线亦可实现与档案平台的互动，实现了档案与数据的交叉、互联、互动，同步智能运行。

图6 地下管线档案管理平台

5 结 语

广州市地下管线管理平台具有如下特色:

(1)支持重点管线安全保护区域展示的智能化:平台在重要管线数据整理、入库的基础上，实现了重点管线查询浏览、统计分析、安全保护/控制区域展示、辅助规划管理、条例办法查阅等功能;

(2)支持地上、地表、地下设施的一体化:平台同时支持地上(建筑物、道路等)、地表(地形地貌数据)、地下(管线、地铁等)设施的一体化建模、三维可视化表达;

(3)支持二维、三维管线数据的一体化:数据层面上，基于同一套的二维管线数据，通过材质、编码、特征、附属物等映射设置，自动化实现三维管线建模;功能层面上，同时支持二维、三维管线的查询浏览、统计分析等;

(4)支持多种类别管线三维建模:除支持传统管线(排水、给水等)三维建模外，还支持共同沟、竖管、多管、综合管沟、地铁、电力隧道等多种管线的三维建模;

(5)支持多源管线数据的集成化:平台支持普查、竣工、其他权属单位(如自来水公司、污水公司、燃气公司等)管线数据的智能化调用和集成;

(6)智能化综合管理平台与管线档案管理平台的关联:支持档案项目级、案卷级、目录级间的关联;档案属性与档案实体的关联;管线档案与GIS 图形(管线点、线)的关联。

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