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1) 城市基础设施综合管网概述

城市基础设施管网是城市重要的组成部分,与城市道路一样,是城市中物质流和信息流的脉络,基本上与道路“相伴而生”,因此也被称为“城市的生命线”。城市基础设施管网分为地上和地下两类,地下管网是在地面上不可视的实体,对它们的综合管理是十分重要的。随着城市的发展,管网体系越来越庞大,管理的复杂度逐年增加,许多城市已经或正在组织实施大规模的城市地下管线普查和探测工程。由于管线种类多、涉及的年代久远,获取的地下管线资料错综复杂,数据量也很庞大,要管理并利用好这些来之不易的数据资料,传统的管理方式显然无能为力。应用现代信息技术,例如采用先进的GIS数据库管理技术,建立城市综合管网地理空间信息系统来动态管理和维护城市地下管线资料,已成为众多城市规划和建设管理部门的共识,它无疑已成为数字城市的核心应用系统之一。

城市基础设施综合管网GIS(地理空间信息系统)可以实现综合管网信息的动态管理,从而为城市规划和建设提供服务。它不仅能够更好地管理各专业工程系统主干管线信息,及时对各专业管网数据进行更新、维护,保证管线数据的准确性,而且能够为管理部门的宏观决策提供准确、实时的管线信息,为城市的建设、防灾、抢险等提供决策服务,为城市的规划建设提供完善的管线资料,为保证城市生命线的安全运转提供强大的技术保障。

城市基础设施综合管网GIS涉及的主干管线主要有:给水管网、排水管网、供电输变电线路、燃气管网、供热管网、电信网络、人防管道和工业管线以及管沟等。一些城市可能还包括电车、交通、路灯、有线电视等管线。其服务对象主要是城市规划与建设主管部门、城市勘测单位、市政公用企业和城建档案馆等。

2) 综合管网地理空间信息系统总体设计

城市综合管网地理空间信息系统的主要用途是为城市规划、建设和管理部门提供城市主干管线的动态信息和决策支持服务,因此,一个城市综合管网地理空间信息系统应满足如下基本要求:

(1) 数据输入输出

① 系统具有完善的地形、管线图形与属性信息的输入编辑功能,保证基础地形数据库和管线数据库的准确性、安全性、完整性,能够让数据维护人员方便地输入各种管线数据和地形图数据,包括对图形的各种方式的输入(文本、手工、转换等)和编辑(如增加、删除、修改、移动等)功能、对属性数据的输入和编辑功能以及对数据库的管理功能(如拷贝、删除、修改、清洁等);

② 系统具有完善的数据接口,能够方便可靠地进行各类管线数据和地形数据的转入与转出;

③ 系统提供一些必要辅助工具来检测输入数据的质量和准确性,如属性录入情况检查、属性库清洁、图形数据与属性数据的一致性检查等。

(2) 管理与分析功能

① 系统具有强大的数据查询和统计功能,完成对现有数据的查询、统计和分类管理,并可以根据查询或统计的结果生成满足要求的报表、图形等信息;

② 系统具备建立正确的政府决策支持模型的能力,从而为政府的宏观决策提供信息支持,比如管线的各阶段增长分析、特定区域的管线数据汇总、特定区域的管线剖面等;

③ 系统能够建立各类管线的故障分析模型,以便为紧急情况提供抢修、抢险方案;

④ 系统具有功能强大的专业管线图形制作功能,能为政府决策、规划建设等提供翔实的专业管线图形和报表资料,如平面图、带状图、纵横剖面图等;

⑤ 系统有较为完整的符合国家标准的符号库,使图形数据的表示准确;

⑥ 系统为以后的管线管理的发展留有接口,保证以后系统功能的扩展和深化。

(3) 可靠性与易用性

① 系统具有较高的安全性,包括对数据库的管理、系统使用的安全管理和系统正常运行的管理等,并提供相应的安全管理工具;

② 系统在界面和功能的开发上,要符合目前国家有关标准以及管网管理的一些习惯,便于用户掌握和使用;

③ 系统在网络方面要简单、实用,并具有较高的安全保障;

④ 系统有较灵活的图形显示和管理功能,使用户能够较为自由地选择自己的显示方式,体现个性化的表达特点。

3) 综合管网地理空间信息系统数据与数据库设计

(1) 数据源特点

城市综合管网管理空间信息系统所涉及的数据最主要有两大类:一类是各种管线的图形数据和属性数据;另一类是反映城市地物地貌特征的地形数据。此外,还有为系统运行服务的数据以及其他数据(如管线规划图、城市规划红线数据以及有关管理法规资料等)。

① 管线的图形与属性数据。由于管线资料的不完整、不可靠,在许多城市,一方面,经常发生因施工挖断管线的现象;另一方面,一旦发生爆管事故,难以及时采取有效的应对措施。因此,近些年来,不少城市都进行了大规模的城市地下管线普查和测绘工作,采集各种管线的图形与属性数据。此外,城建档案资料、管线规划设计资料以及工程竣工测量资料也是重要的管线数据源。这些数据的总的特点是结构比较复杂,属性项较多。

② 地形数据。建立管网地理空间信息系统所用的基本地形数据一般来自城市基础测绘成果。少数情况下,在进行管线探测的同时也采集地形数据。对地形数据的最基本要求是能够满足日常管线管理和维护分析的需要。由于综合管网地理空间信息系统涉及的通常是主干管线,所以经常使用带状线划地形图,地形图的比例尺一般为1∶500。

③ 其他数据资料。管网地理空间信息系统中的其他数据资料一般通过收集的方式获得。如果上述资料不是以数字化形式存在,则需要对它们进行数字化处理。

(2) 数据的分类编码

城市综合管网地理空间信息系统涉及多种数据,为了进行有效的管理和分析,必须按照统一的规则对它们进行分类编码。分类编码时,应积极使用或参考现行国家标准与行业标准。

① 地形数据编码。对于不同比例尺的地形数据,其地物与地貌要素的编码原则上应遵循现行国家标准。

② 管线编码。管线的编码包括管线编码及管线附属物编码。城市管线一般包括几大类,每一类管线又包含有相应的附属物,如排水管线对应的附属物有检修井、弯头、出水口、泵站、污水处理厂、出口闸等,可分别按照线和点方式对它们进行编码。

③ 其他信息编码。对于管网地理空间信息系统中的其他数据,可根据系统设计要求进行编码,编码的总原则是利于数据的组织和管理。

(3) 数据库组织

综合管网地理空间信息系统中的数据一般使用商业数据库系统(目前主要是关系型数据库)来进行管理。

① 系统运行数据库。系统运行的基本数据包括:项目登记表、用户权限表、属性代码表、元素组定义表、元素定义表、元素挂接表、图形显示表、子图层表、图例表、图层画法表、表索引、图形登记表、用户注册表等等。

② 基础信息图库。基础信息图库包括系统的符号库、颜色表等基本资源以及地形图、各种类型管线的规划图图库和索引图图库等。

③ 综合管线图库。综合管线图库包括各种主干管线图库等。

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