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【摘 要】本文结合当前市政管线管理出现的资料缺失、权属不清、信息不明等问题，在充分分析市政管线和GIS技术的特征后，提出以ArcGIS软件为基础的市政管线信息的采集、存储、管理和更新的方法和思路，以期为城镇市政管线管理提供技术支持以及向其它公共设施管理提供借鉴。
【关键词】市政管线 管理系统 ArcGIS
1前言
当前，我国经济的发展和城镇化进程处加速阶段，市政管线的建设和发展非常迅猛，作为城市生命线和“血管”的市政管网也越来越庞大、密集，其种类也越来越繁多。给水管道、排水管道、燃气管道、电信管线等在城市的整个地下纵横交错，通向四面八方。然随之而来的市政管线管理方面的问题也越来越多，施工破坏市政管线造成的停水、停气、停电以及通信中断事故时有发生；“马路拉链”现象已经成为城镇建设的痼疾；由于排水管道排水不畅引发的道路积水和城市水涝灾害司空见惯[[[] 江贻芳.我国城市地下管线信息化建设工作进展[J].测绘通报，2007，（12）：1-4.]]。当前，市政管线主要存在以下问题[[[] 杨杰.市政管线系统的数字化研究[D].合肥：合肥工业大学硕士论文，2009.]]：市政管线情况不详，管线资料短缺、由于权属单位不同，造成管线档案分散管理、缺乏严格的审批和有效监督，管线的法规建设有待于进一步完善、市政管线的管理手段比较落后，这就亟需借助有效的管理手段对市政管线信息进行采集、组织、存储、管理、更新等相关工作。
2相关概念及系统功能要求
市政管线信息是指在城市规划区范围内，埋设在城市主干路、次干路、支路、社区道路以及城市广场等区域市政管线的走向、空间位置、基本属性及其附属物等信息[[[] http：//www.dxgx.org/xianshi.asp]]。市政管线信息属于城市的基础地理信息，具有统一性、精确性、完整性和基础性等特点。统一性是指城市各种与市政管线相关的专题信息系统，其市政管线数据的来源应一致；精确性是指城市市政管线数据的空间精度要符合现行行业标准的有关要求；完整性是指在城市主干路、次干路、支路、社区道路以及城市广场等区域范围内，城市市政管线数据要能够真实的反映市政管线现状；基础性是指城市的规划设计、建设、地下空间开发利用、城市管理和应急抢险等均需要城市市政管线数据作为信息支撑，城市市政管线数据是城市众多空间专题信息系统必要信息。通过市政管线信息系统的构建，能够满足城市规划设计和建设的需要、信息共享应用的需要、降低市政管线数据更新成本的需要、市政管线运行维护及城市管理的需要。
地理信息系统（geographic information systems，简称GIS）是在计算机软硬件支持下，对地理空间数据进行采集、输入、存储、操作、分析和建模，以提供对资源、环境及各种区域性研究、规划、管理及决策所需信息的人机系统[[[] 刘义南，刘任.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2002.]]。市政管线信息系统主要功能包括数据输入、数据处理、数据输出、数据库管理和空间分析五大功能模块。具体如下：
（1）数据输入。在建立数据库时，需要将各种数据输入到系统中，数据输入是GIS的关键之一，它的费用常占整个项目投资的80%或更多。地理信息系统提供的数据输入有：数字化仪输入、扫描矢量化输入、GPS输入和其它数据源的直接转换（如AutoCAD、MapInfo等格式数据）。
（2）数据处理。输入计算机后的数据及分析、统计等生成的数据在入库、输出的过程中常常要进行数据校正、编辑、图形的修整、误差的消除、坐标的变换等工作。地理信息系统软件（如ArcGIS9.3软件）通过图形编辑子系统、投影变换子系统、误差校正子系统、镶嵌配准子系统及符号库编辑子系统来完成。
（3）数据的输出。GIS的输出产品是指经系统处理分析，可以直接提供给用户使用的各种地图、图表、图像、数据报表或文字报告。
（4）数据库管理。数据库管理分为空间数据管理和属性数据管理两个子系统。其中空间数据管理子系统的主要功能有：提供了建立图层、修改及删除图层等一系列操作，以及建立空间数据时的参数设置，包括投影方式、拓扑容差等，主要存储市政管线的空间信息，如走向、空间位置等；属性数据管理子系统的主要功能有：属性定义、记录编辑等，主要包括市政设施的类型、长度、坐标等实体信息。
（5）空间分析
地理信息系统与机助制图的重要区别就是它具备对空间数据和非空间数据进行分析和查询的功能，主要包含缓冲区分析、叠置分析和网络分析三个系统，主要为市政管线在设计、施工等过程中提供辅助决策功能。
因此，市政管线信息的系统结构如图2
对于空间信息，由于空间分布的复杂性，采用一般的数据库管理系统进行管理比较困难，且不够直观；为了更好地利用空间信息，采用地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）是一个合适的选择。本研究采用美国ESBI公司的ArcGIS9.3作为地理信息系统平台，通过关系型数据库管理与空间数据对应的属性数据。
3系统构建内容
3.1系统编码。属性数据库的建立、属性数据与空间数据的连接需要一套符合管理需求的系统编码[[[] 杜豫川，张小宁，陈长，等. 上海市政排水设施管理系统[J]. 国市政工程，2000，（2）：42-45. ]]。按照各类工程管线的性能和用途，市政设施类型主要分为：给水管线、排水管线（包括污水管线和雨水管线）、电力管线、电信管线、燃气管线和热力管线等，分别按两位数字进行编码，其次分别对所在道路、起点、终点和设施进行相应的编码。
图3 市政管线设施编码方式
3.2空间数据库的建立
空间数据是地理信息系统的基础，空间数据库的构造就是将地理信息数字化后连接入地理信息系统。空间数据库是在城市1： 2000的电子地图（三线图）或者城镇1：500地形图的基础建立的；而市政管线设施的空间信息则是根据市政设施普查档案或者施工方案获取，通过前文中的采集方法录入数据库。 3.3属性数据库的建立。属性数据库存储管线设施除空间信息以外的其他所有属性，包括几何尺寸、材料、养护情况等。在属性数据库中还可以存放设施的图纸信息和多媒体信息，可通过属性数据库对其进行管理、查询。属性数据的主要来源普查档案，并根据改建方案进行了补充。
3.4数据连接。空间数据与属性数据的连接是地理信息系统构建中的一步主要工作。将地图上的每个图形对象与属性数据库中每条记录一一对应的，需要大量的人工。可采用了自动搜寻和人工选择相结合的方式进行连接，减少了部分工作量，缩短了系统开发的时间。
4系统应用
市政管线信息系统是建立在地理信息系统（GIS）平台上的设施辅助管理系统。系统以矢量化的电子地图为基础，可提供直观空间位置信息。系统具有图层（view）管理、图形对象（graphics）管理、信息输入、信息浏览、查询、数据统计、专题图层、报表输出、工程图纸管理、数据库管理、系统维护等功能。系统采用交互式人机对话的方式，操作简单且界面友好。系统的运用可以减少人力资源的投入，达到高效管理的目的。
（1）图层管理：
对不同类型的设施分别进行数字化，并分图层进行存放，图层包括各类型市政管线、道路、河流等。对于新类型的设施对象，可新建图层存放。同时可根据不同的需要打开任意的图层，展示不同的主题。
（2）图形对象管理：
不同图层存放的图形对象其图形格式是不同的，如管线是POLYLINE，道路是POLYGON。当设施对象发生变化时，可对其图形对象进行编辑、修改，并重新建立拓扑关系。
（3）信息输入：
通过直接点击图层上的目标对象可弹出信息输入对话框进行信息输入；也可通过此方式进行信息的修改。采用人机对话的方式有利于用户信息和系统数据的传递和交流。
（4）信息浏览：
通过输入设施编码或直接点击的目标对象可浏览设施的属性数据。设施的属性数据包含文字、图形、照片等多元信息，综合展示多元信息，形象直观，利于管理人员把握设施的状况。
（5）查询：
检索符合特定条件的设施对象可通过查询模块实现。查询模块包括简单查询、复合查询和SQL查询。查询结果以表格形式显示，也可打印输出。对于查询结果中的具体设施对象，可直接查找其地理位置。
（6）数据统计：
根据管理的需求可进行全市、分区、分类型统计汇总，包括按市政管线的建造年代、材料类型等信息。统计结果可直接输出或以统计图（直方图、饼图）的形式显示。
（7）专题图层：
专题图层是地理信息系统的一大特色，它以地图为基础，辅以各种图例（如直方、饼图）形象地表示各种数据。它将属性数据和图形数据直观联系起来，有助管理者准确把握二者的关系。
（8）报表输出按现有的报表格式定制报表模板，将属性数据库中的数据统计汇总后生成报表输出，满足管理部门数据上报、文件存档的需要；同时也可将地图与传统报表相结合，生成地理信息系统风格的专业报表。
（9）工程图纸管理：
通过扫描仪将工程图纸再生成栅格数据格式，部分图纸可通过AUTOCAD矢量化存放。在属性数据库中记录图纸的编号和文件名称，实现设施对象和工程图纸的关联。
（10）数据库管理：
数据库采用标准的关系型数据库，提供关系型数据库全部的数据库管理功能，包括数据库定义功能（DDL），数据库的建立和维护功能，数据存取功能（DML），数据库运行管理功能。
（11）系统维护：
系统存放大量宝贵数据，有严格的安全权限设置。系统分系统管理员、系统操作员、一般用户三级设置密码，不同级别对数据存取拥有不同的权限。同时系统有数据备份功能，防止数据破坏。
5总结与结论
本文分析了市政管理系统的基本结构和功能，重点研究了市政管理信息需求和特征；由于市政管理信息中含有极大部分的空间信息，这是一类与空间位置、形状及空间拓扑关系有关的非传统数据类型，它还具有海量、多源以及分布性等特征，对其存储和管理方式的研究在系统的数字化建设中有很重要的意义。因此市政设施信息的管理是一项综合性、系统化的工作，而GIS技术所解决的问题是面向复杂的地理信息的采集、存储、分析、管理、更新，在市政信息管理中，引入GIS等计算机技术，对市政管线进行辅助管理是可行的、先进的和可靠的。未来的研究方向将是根据实地情况进行相应的市政管线信息系统的开发和应用。
参考文献：
[1] 江贻芳.我国城市地下管线信息化建设工作进展[J].测绘通报，2007，（12）：1-4.
[2] 杨杰.市政管线系统的数字化研究[D].合肥：合肥工业大学硕士论文，2009.
[3] http：//www.dxgx.org/xianshi.asp
[4] 刘义南，刘任.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2002.
[5] 杜豫川，张小宁，陈长，等. 上海市政排水设施管理系统[J]. 国市政工程，2000，（2）：42-45.
【关键词】市政管线 管理系统 ArcGIS
1前言
当前，我国经济的发展和城镇化进程处加速阶段，市政管线的建设和发展非常迅猛，作为城市生命线和“血管”的市政管网也越来越庞大、密集，其种类也越来越繁多。给水管道、排水管道、燃气管道、电信管线等在城市的整个地下纵横交错，通向四面八方。然随之而来的市政管线管理方面的问题也越来越多，施工破坏市政管线造成的停水、停气、停电以及通信中断事故时有发生；“马路拉链”现象已经成为城镇建设的痼疾；由于排水管道排水不畅引发的道路积水和城市水涝灾害司空见惯[[[] 江贻芳.我国城市地下管线信息化建设工作进展[J].测绘通报，2007，（12）：1-4.]]。当前，市政管线主要存在以下问题[[[] 杨杰.市政管线系统的数字化研究[D].合肥：合肥工业大学硕士论文，2009.]]：市政管线情况不详，管线资料短缺、由于权属单位不同，造成管线档案分散管理、缺乏严格的审批和有效监督，管线的法规建设有待于进一步完善、市政管线的管理手段比较落后，这就亟需借助有效的管理手段对市政管线信息进行采集、组织、存储、管理、更新等相关工作。
2相关概念及系统功能要求
市政管线信息是指在城市规划区范围内，埋设在城市主干路、次干路、支路、社区道路以及城市广场等区域市政管线的走向、空间位置、基本属性及其附属物等信息[[[] http：//www.dxgx.org/xianshi.asp]]。市政管线信息属于城市的基础地理信息，具有统一性、精确性、完整性和基础性等特点。统一性是指城市各种与市政管线相关的专题信息系统，其市政管线数据的来源应一致；精确性是指城市市政管线数据的空间精度要符合现行行业标准的有关要求；完整性是指在城市主干路、次干路、支路、社区道路以及城市广场等区域范围内，城市市政管线数据要能够真实的反映市政管线现状；基础性是指城市的规划设计、建设、地下空间开发利用、城市管理和应急抢险等均需要城市市政管线数据作为信息支撑，城市市政管线数据是城市众多空间专题信息系统必要信息。通过市政管线信息系统的构建，能够满足城市规划设计和建设的需要、信息共享应用的需要、降低市政管线数据更新成本的需要、市政管线运行维护及城市管理的需要。
地理信息系统（geographic information systems，简称GIS）是在计算机软硬件支持下，对地理空间数据进行采集、输入、存储、操作、分析和建模，以提供对资源、环境及各种区域性研究、规划、管理及决策所需信息的人机系统[[[] 刘义南，刘任.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2002.]]。市政管线信息系统主要功能包括数据输入、数据处理、数据输出、数据库管理和空间分析五大功能模块。具体如下：
（1）数据输入。在建立数据库时，需要将各种数据输入到系统中，数据输入是GIS的关键之一，它的费用常占整个项目投资的80%或更多。地理信息系统提供的数据输入有：数字化仪输入、扫描矢量化输入、GPS输入和其它数据源的直接转换（如AutoCAD、MapInfo等格式数据）。
（2）数据处理。输入计算机后的数据及分析、统计等生成的数据在入库、输出的过程中常常要进行数据校正、编辑、图形的修整、误差的消除、坐标的变换等工作。地理信息系统软件（如ArcGIS9.3软件）通过图形编辑子系统、投影变换子系统、误差校正子系统、镶嵌配准子系统及符号库编辑子系统来完成。
（3）数据的输出。GIS的输出产品是指经系统处理分析，可以直接提供给用户使用的各种地图、图表、图像、数据报表或文字报告。
（4）数据库管理。数据库管理分为空间数据管理和属性数据管理两个子系统。其中空间数据管理子系统的主要功能有：提供了建立图层、修改及删除图层等一系列操作，以及建立空间数据时的参数设置，包括投影方式、拓扑容差等，主要存储市政管线的空间信息，如走向、空间位置等；属性数据管理子系统的主要功能有：属性定义、记录编辑等，主要包括市政设施的类型、长度、坐标等实体信息。
（5）空间分析
地理信息系统与机助制图的重要区别就是它具备对空间数据和非空间数据进行分析和查询的功能，主要包含缓冲区分析、叠置分析和网络分析三个系统，主要为市政管线在设计、施工等过程中提供辅助决策功能。
因此，市政管线信息的系统结构如图2
对于空间信息，由于空间分布的复杂性，采用一般的数据库管理系统进行管理比较困难，且不够直观；为了更好地利用空间信息，采用地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）是一个合适的选择。本研究采用美国ESBI公司的ArcGIS9.3作为地理信息系统平台，通过关系型数据库管理与空间数据对应的属性数据。
3系统构建内容
3.1系统编码。属性数据库的建立、属性数据与空间数据的连接需要一套符合管理需求的系统编码[[[] 杜豫川，张小宁，陈长，等. 上海市政排水设施管理系统[J]. 国市政工程，2000，（2）：42-45. ]]。按照各类工程管线的性能和用途，市政设施类型主要分为：给水管线、排水管线（包括污水管线和雨水管线）、电力管线、电信管线、燃气管线和热力管线等，分别按两位数字进行编码，其次分别对所在道路、起点、终点和设施进行相应的编码。
图3 市政管线设施编码方式
3.2空间数据库的建立
空间数据是地理信息系统的基础，空间数据库的构造就是将地理信息数字化后连接入地理信息系统。空间数据库是在城市1： 2000的电子地图（三线图）或者城镇1：500地形图的基础建立的；而市政管线设施的空间信息则是根据市政设施普查档案或者施工方案获取，通过前文中的采集方法录入数据库。 3.3属性数据库的建立。属性数据库存储管线设施除空间信息以外的其他所有属性，包括几何尺寸、材料、养护情况等。在属性数据库中还可以存放设施的图纸信息和多媒体信息，可通过属性数据库对其进行管理、查询。属性数据的主要来源普查档案，并根据改建方案进行了补充。
3.4数据连接。空间数据与属性数据的连接是地理信息系统构建中的一步主要工作。将地图上的每个图形对象与属性数据库中每条记录一一对应的，需要大量的人工。可采用了自动搜寻和人工选择相结合的方式进行连接，减少了部分工作量，缩短了系统开发的时间。
4系统应用
市政管线信息系统是建立在地理信息系统（GIS）平台上的设施辅助管理系统。系统以矢量化的电子地图为基础，可提供直观空间位置信息。系统具有图层（view）管理、图形对象（graphics）管理、信息输入、信息浏览、查询、数据统计、专题图层、报表输出、工程图纸管理、数据库管理、系统维护等功能。系统采用交互式人机对话的方式，操作简单且界面友好。系统的运用可以减少人力资源的投入，达到高效管理的目的。
（1）图层管理：
对不同类型的设施分别进行数字化，并分图层进行存放，图层包括各类型市政管线、道路、河流等。对于新类型的设施对象，可新建图层存放。同时可根据不同的需要打开任意的图层，展示不同的主题。
（2）图形对象管理：
不同图层存放的图形对象其图形格式是不同的，如管线是POLYLINE，道路是POLYGON。当设施对象发生变化时，可对其图形对象进行编辑、修改，并重新建立拓扑关系。
（3）信息输入：
通过直接点击图层上的目标对象可弹出信息输入对话框进行信息输入；也可通过此方式进行信息的修改。采用人机对话的方式有利于用户信息和系统数据的传递和交流。
（4）信息浏览：
通过输入设施编码或直接点击的目标对象可浏览设施的属性数据。设施的属性数据包含文字、图形、照片等多元信息，综合展示多元信息，形象直观，利于管理人员把握设施的状况。
（5）查询：
检索符合特定条件的设施对象可通过查询模块实现。查询模块包括简单查询、复合查询和SQL查询。查询结果以表格形式显示，也可打印输出。对于查询结果中的具体设施对象，可直接查找其地理位置。
（6）数据统计：
根据管理的需求可进行全市、分区、分类型统计汇总，包括按市政管线的建造年代、材料类型等信息。统计结果可直接输出或以统计图（直方图、饼图）的形式显示。
（7）专题图层：
专题图层是地理信息系统的一大特色，它以地图为基础，辅以各种图例（如直方、饼图）形象地表示各种数据。它将属性数据和图形数据直观联系起来，有助管理者准确把握二者的关系。
（8）报表输出按现有的报表格式定制报表模板，将属性数据库中的数据统计汇总后生成报表输出，满足管理部门数据上报、文件存档的需要；同时也可将地图与传统报表相结合，生成地理信息系统风格的专业报表。
（9）工程图纸管理：
通过扫描仪将工程图纸再生成栅格数据格式，部分图纸可通过AUTOCAD矢量化存放。在属性数据库中记录图纸的编号和文件名称，实现设施对象和工程图纸的关联。
（10）数据库管理：
数据库采用标准的关系型数据库，提供关系型数据库全部的数据库管理功能，包括数据库定义功能（DDL），数据库的建立和维护功能，数据存取功能（DML），数据库运行管理功能。
（11）系统维护：
系统存放大量宝贵数据，有严格的安全权限设置。系统分系统管理员、系统操作员、一般用户三级设置密码，不同级别对数据存取拥有不同的权限。同时系统有数据备份功能，防止数据破坏。
5总结与结论
本文分析了市政管理系统的基本结构和功能，重点研究了市政管理信息需求和特征；由于市政管理信息中含有极大部分的空间信息，这是一类与空间位置、形状及空间拓扑关系有关的非传统数据类型，它还具有海量、多源以及分布性等特征，对其存储和管理方式的研究在系统的数字化建设中有很重要的意义。因此市政设施信息的管理是一项综合性、系统化的工作，而GIS技术所解决的问题是面向复杂的地理信息的采集、存储、分析、管理、更新，在市政信息管理中，引入GIS等计算机技术，对市政管线进行辅助管理是可行的、先进的和可靠的。未来的研究方向将是根据实地情况进行相应的市政管线信息系统的开发和应用。
参考文献：
[1] 江贻芳.我国城市地下管线信息化建设工作进展[J].测绘通报，2007，（12）：1-4.
[2] 杨杰.市政管线系统的数字化研究[D].合肥：合肥工业大学硕士论文，2009.
[3] http：//www.dxgx.org/xianshi.asp
[4] 刘义南，刘任.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2002.
[5] 杜豫川，张小宁，陈长，等. 上海市政排水设施管理系统[J]. 国市政工程，2000，（2）：42-45.