重庆市地下管线普查与更新数据建库实践

刘金榜，王国牛，何兴富

(重庆市勘测院，重庆 401121)

1 引 言

为贯彻国家精神以及更好地服务城市规划建设管理，重庆市于2015年～2016年开展了全市地下管线普查与更新。地下管线普查数据建库是承接外业普查与管线数据应用的重要环节，对地下管线普查数据的最终应用有着重要的影响[1，2]。为了规范地下管线普查与更新数据建库，重庆市建立了《重庆市地下管线数据建库标准》。本文基于重庆市地下管线普查与更新数据建库的具体实践，介绍重庆市地下管数据建库的整体策略、重庆市地下管线数据建库的流程、探讨重庆市地下管线普查与更新数据库的具体设计。

2 地下管线建库策略

重庆市作为省级架构直辖市，横跨2个六度分带(中央经线分别为105和108)，3个三度分带(中央经线分别为105、108和111)。管线普查与更新涉及全市38个区县及万盛经济开发区、双桥经济开发区和两江新区，区域跨度大，范围广。由于历史原因，各区县的空间基准并不是完全统一，要实现重庆市地下管线一套数据库的建设并同时兼顾各远郊区县本地测绘地理数据的实际应用情况，必须制定统一的建库策略，以满足全市地下管线普查数据建库和本地的实际应用。重庆市地下管线普查与更新数据建库的策略如图1所示：

图1建库策略

(1)整体上重庆市地下管线数据库建设按全市、主城区、远郊区县(自治县)三个层级进行建设；

(2)城区、远郊区县、长输管线普查或更新管线数据需建立普查成果坐标系(北京54、西安80或者本地坐标系)及对应的CGCS2000的普查成果数据库；

(3)市级层面全市在主城区、远郊区县、长输管线CGCS2000普查成果数据库的基础上建立一套CGCS2000坐标系的管线普查成果数据库。

3 地下管线建库流程

地下管线外业普查完成后，根据统一的建库策略，各区域普查成果在提交质量验收和数据入库时，需提交两套坐标系统的成果，一套是管线普查直接采用的坐标系成果数据，另一套是转换至2000国家大地坐标系的成果数据，包括标准的综合管线数据和管点、管线及附属设施属性Excel格式的数据。

数据建库包括数据准备、数据库模型建立、入库前检查、数据入库、入库后检查。其整体流程如图2所示：

图2 建库流程

数据准备指按照统一建库策略收集各区域普查成果数据，并进行整理和备份；数据库模型建立，根据普查技术规程对管线数据建库的具体要求，对数据进行逻辑设计和物理设计，建立数据库模型；入库前检查，数据入库前应按数据库的设计要求对每类数据进行全面检查，检查内容包括数学基础、数据格式、属性结构、属性填写、空间位置、命名规范等。对不符合建库要求的数据，应按照一定的工序和质量要求进行修正；数据入库，对检查验证通过后的数据进行入库，并保留相应的入库日志；入库后检查，主要对入库的数据图形进行检查，看是否出现混乱的连接；检查完成后形成入库成果数据。

4 地下管线数据库设计

4.1 地下管线数据组织设计

地下管线数据库的核心内容是普查与更新的八大类管线数据，包含给水、排水、燃气、工业、热力、电力、通信、综合管沟。每类管线按空间存储类型可分为点、线、面三种数据。管点代表实际的管线设施或者普查的测量点，如供水的阀门井、消火栓、水表、探测点和燃气的管帽、预留口、凝水缸等。管线由两个管点相连而成，管点与管线数据设计的原则是实现管点与管线的空间拓扑邻接关系。例如选择了一条管线，通过管线数据库能够查找到组成该管线的两个管点。同样，如果选择了一个管点，通过管点数据库能够查找到所有与该管点相连的管线。面主要用于表达附属设施，如化粪池等。

另外根据管线隐患安全整治的需要，本次重庆市地下管线普查建库针对8大类管线数据添加了隐患信息，以对管线的隐患信息进行管理。其整体逻辑结构如图3所示：

图3 地下管线数据库组织设计

重庆市地下管线数据库包括两个部分：管线数据集和元数据，管线数据包括8大类管线数据，每一类管线数据又包括管点、管线、附属设施和隐患信息。为了管线数据库后期管理和实体管理的需要，重庆市地下管线数据库元数据采用两种方式进行记录：(1)数据集元数据，主要用于描述数据集的覆盖范围、质量等级、数据提交单位、数据入库单位、空间参考信息、数据变更信息等有关的信息；(2)实体元数据：主要用于描述管点、管线、附属设施自身属性包含的元数据，包括勘测日期、勘测人员、质检单位、质检人员、作业单位、作业人员等相关信息。

4.2 地下管线属性结构设计

地下管线属性一方面用以描述管点、管线、附属设施的相关属性信息，另一方面，也对各区县管线数据库的合并、管线数据后期的持续动态更新以及中间交换格式具有很大影响[3]。为了实现重庆市地下管线一套数据库的建设，除了通常的管点、管线、附属设施属性外。重庆市地下管线数据库管点、管线和附属设施属性做了特殊的设计：

地理实体唯一标识码设计：重庆市包括主城九区和29个远郊区县，每个区县地下管线普查与更新又可能包括几个标段，要建立一套数据库并具有良好的交换性，必须确保管点管线地理实体标识码的唯一性，重庆市根据本身实际对管点管线的地理实体标识码做了特殊的设计。管点管线的地理实体标识码统一使用如下格式进行编码：乡级行政区划编码+几何类型+6位随机顺序码。其中，乡级行政区划编码统一为9位，如500105006代表观音桥街道；几何类型分为3种：GP，GX，GM；6位随机顺序码可采用机器或者程序自动编码。管点、管线和附属设施的唯一地理实体标识码设计可以确保重庆任何区县任何一个管点管线的地理实体标识码都是唯一的，而且具有很高的辨识度，为管线数据的更新和格式交换奠定基础。

时态属性的设计：空间、时间和属性构成地理信息的3种基本成分，时态属性对于变化地理实体的管理不可或缺[4]。管线数据是动态变化不断更新的，如何进行多时态的管线数据管理是管线数据应用的一个要点。为了便于查看不同时期的历史管线数据，重庆市地下管线数据库除了对管线数据库进行版本管理的策略之外，在管点、管线、附属设施及隐患信息实体层面，另外加了GlifeCycle(管线生命周期)属性和GLifeTime(时间)，其中管线生命周期包含现状、添加、删除、修改四种周期属性，每种属性对应有修改时间，这样通过简单的查询就可以了解管线数据的变化和修改。

4.3 地下管线数据存储模型设计

地下管线数据量庞大，需要高效的、可扩展的数据存储。基于这个需求，重庆市选择了ArcGIS Geodatabase面向对象的空间数据存储模型用来进行地下管线数据库的物理存储设计。其主要优势如下：

(1)海量数据存储能力：ArcGIS File Geodatabase每个表都能存储1TB的数据，对数据的扩展没有任何限制；

(2)行为表达能力：ArcGIS Geodatabase可以真实反映现实世界地理实体实物的属性和行为，可以更好地对地下管线网络进行模拟；

(3)快速构建能力：ArcGIS Geodatabase实质上就是关系数据库的一个特例，其包含了一个用来表达地理特征空间关系和拓扑关系的面向对象数据结构，简化了数据库从逻辑数据模型到物理存储模型这一设计过程，可以快速进行管线数据库的构建；

(4)版本化管理能力：版本是地理数据库在某个时刻的快照，其中包含地理数据库中的所有数据集，可以多时态、多规划阶段的数据进行管理[5]。

基于ArcGIS File Geodatabase，重庆市地下管线存储模型设计图如图4所示：

图4 管线数据库存储模型

5 结 论

重庆市作为第一个完成全市域所有区县地下管线普查和更新的省级行政区域，建立了全市域、主城区、远郊区县(自治县)三个层级的地下管线数据库，共完成全市 67 857 km的管线数据入库。重庆市地下管线综合数据库从前期地下管线的数据库整体建库策略和入库流程、到管线数据的组织设计、属性结构设计，都形成了具有重庆市独特地下管线数据的组织和设计，最后的实际应用证明重庆市地下管线普查与更新据数建库的整体设计满足了管线数据的后期应用和专项应用、具有一定的实用性和推广性。

[1] 杨伯钢，张保钢，陶迎春等. 城市地下管线数据建库与共享应用[M]. 北京： 测绘出版社，2011.

[2] 王雅鹏，张喜英. 基于Geodatabase的城市地下管线数据模型设计与应用[J]. 地理空间信息，2016，14(8)：84～86.

[3] 张海涛，闾国年，张书亮等. 基于一体化数据模型的城市管线GIS共享[J]. 测绘通报，2005(10)：57～60.

[4] 吴信才，曹志月. 时态GIS的基本概念、功能及实现方法[J]. 地球科学，2002，27(3)：242～244.

[5] Michael Zeiler. Modeling Our World，The ESRI Guide to GeoDatabase Design[M]. ESRI Press，2009.