基于时态GIS的城市地下管线数据库建设

王晋耀

【摘要】本文将对于时态GIS和时空数据模型进行一些简单的介绍，并且按照时态GIS的要求从日常的管理以及城市中地下管线来分析数据库的建设。文中还将介绍以新的思路来建设数据库，它将可以进行动态可视化展现的数据分析功能，除此之外还具有现有数据和历史数据的查询统计、规划方案的比较以及分析地下管线使用程度等功能。

【关键词】时态 GIS 城市地下管线 数据库建立

城市的发达程度不仅仅取决于地面上的建设，地下管线系统的完善与否同样是非常重要的，由于发展速度十分迅速，地下管线的管理工作在很大程度上要依靠数据库，而在以往比较传统的数据库系统中，只可以对现有的数据进行查询分析以及空间信息的管理，它只能被称为静态GIS。因为城市的迅速发展，地下管线的建设还需要考虑更多的问题，并且在规划管理过程中还存在时空特征，因此静态GIS已经无法满足要求，基于时态GIS的数据库建设的研究和发展就显得十分重要。

一、时态 GIS

（1）基本概念

时态GIS包含了收集、分析、储存、管理以及显示地质随时间变化状况的功能。通常来说城市的地理信息主要是由时间、空间以及属性这三个特征所构成的，他们可以体现出地质的情况和变化的过程。时态GIS也被人们称为4DGIS，因为它增加了对时间维度的分析功能，这样就可以追踪到所需的地理变化信息并能加以分析，从而人们可以更加直观的观察地理的变化规律和情况。

（2）时空数据模型

建立起时空数据模型是时态GIS的关键所在。建立起时空数据模型就可以以此为基础将不同尺度和时序空间数据相结合。时空数据模型需要将时空的关系进行合理的表达，这样才能有利于时序分析功能的形成。目前位置比较典型的模型主要有空间和时间组合模型、空间时间的立体模型、时空数据模型、基态修正模型以及序列快照模型。在建立时空数据模型时需要充分考虑三点，包括表现时空语义、节约储存空间、提高存取速度。其中表现时空语义包含了比较多的方面，有地质空间和有效时间结构，时空、时态和空间关系以及地理事件。

二、管线的时空数据特征

数据库中的管理包含了建设的规划管理以及日常管理，它们之间的数据是独立的，互不干扰的，但是管线的建设规划数据只收集到了最基础的信息，内容的丰富度往往不够。所以，需要从这两个方面入手来研究数据的时空特征，对城市地下管线的时空数据组织要使用时态—语义—几何特征的顺序进行。

（1）规划建设的时空特征

城市的市政部门在进行管线规划和建设时是按照选线规划、管线综合、设计方案及竣工验收的步骤进行的。在进行不同步骤时所产生的不同的数据，要对它们进行统一的组织管理，这样就可以把工程正在进行的阶段表示在 “市政管线一张图”上，而且还可以体现出更新和审批过程的动态变化。数据组织时，建设的规划数据需要针对不同阶段建立起相应的数据库，采用分库的方式进行分别管理。即在后台数据库中，建立选线规划、 管线综合、 设计方案、 竣工验收等各阶段的数据库。同一个管线建设工程要使用同一个编号相连接，并且对该工程进行再次审批时要选择版本控制的管理方式。

（2）日常管理的时空特征

日常管理主要包括管线现状和竣工这两种数据。管线数据库中的信息是通过相关部门使用物探方法来获取的。伴随着现代城市的飞快发展，地下管线就需要适时做出相应的调整，这也就导致数据会快速的更新。所以使用时间维度来动态管理数据是非常必要的。

城市地下管网的建设要考虑一定的变化因素，因为存在空间事件所以会对管网造成一定的影响，主要会产生的变化有出现、消失、延长、缩短、移动、旋转和重现。出现是指多出一条管线段；消失是指减少一条管线段；延长是指某一条管线段的长度增加；缩短是指某一条管线段的长度减小；移动和旋转都指管线段位置发生变化；重现是指消失后又再次出现。

在日常操作的数据中可列为以下几点：增加或者是删除某条管线；将某条管线进行分割让其变成多线段的管线；多条管线进行合并，使其变成一条管线。而具体的操作方法又分为三类，第一类是针对属性事件，只需要修改属性即可；第二类是针对包含空间，只需要对空间进行操作即可；第三类是包括属性和空间两种事件的情况，这就需要对两者进行修改和操作才可。

三、时空数据结构设计

（1）空数据结构设计

因为在建设城市地下管线时的每个阶段会有相应的数据，所以应该以时间为基点来创建模型。在操作时将空间进行叠加，将所有变化的数据记录，用于状态数据的绘制，空间的每次叠加就代表着数据正在变化，然后在使用索引的方法将时空的变化记录下来。这样，时间维度上所体现出的图像就会是一个动态的对象。在建设管线数据库时，在其结构中上要加入字段来表示审批阶段、 数据版本和已经更新的数据。

（2）日常管理的时空数据结构设计

时空特征是日常管理中存在的一个特点，因此需要将管线数据库分成现状管线数据库和历史数据库这两类。数据库中会记录下地下管线生存的初始时间（探测时间）和终止时间（注销时间） 等时态信息（在现状管线数据库中，终止时间为空）。现状管线数据库可以按照功能进行分类，形成一个类似于机和网络的数据库。数据主要是由管线点、管线弧段以及网络连接点所组成，在它们之间需要建立起具有一定联系的连通性。历史管线数据库只是将管线点和管线弧段作为单位，它们之间没有建立起相应的连接网络，因此历史数据库只会储存属性和空间的信息。但是现状和历史管线数据库有一个共同点就是都含有元数据。

1.管线元数据：现状管线数据包含了各种管线的类别、管线所需的空间坐标、储存文件的格式、文件的名称、铺设管线的长度、购买企业、购买方式、购买日期、管线质量监督机构、质量检测报告。传统的数据所包含的内容比较少，只有管线的种类、尺寸、注销单位和注销日期等。

2.管线点数据：包括平面坐标、高程、管点的种类（如三通、四通、阀门、小室、检修井等）、 管线种类。

3.管线段数据：管线弧段是指将两个管线点连接的管线，所包含的内容是比较少的，所储存的数据信息有管线种类、管线的材料、管口的直徑、流向、管线的长度、所归属的公司、填埋的起点深度和终点深度等。

结束语：

对于现代高速发展的城市来说，基于时态GIS的城市地下管线数据库的建设才能满足发展的要求。时态GIS将各个种类的数据整合在了一起，从而实现了数据的动态展示和分析，这将更有利于地下管线建设工作的进行。本文对基于时态GIS的城市地下管线数据库建设进行了简单的分析和研究，将它运用到管线管理工作上，并提出了建设数据库的一些方法和需要注意的方面，希望可以为城市的规划和发展做出一定的贡献。

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