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[摘 要]随着现代城市的发展，地下管线已成为人民生活和经济活动的命脉，也成为城市赖以生存和发展的物质基础。本文对国内外地理信息系统技术和管线信息系统的特点进行了综述，分析了系统的开发模式和实现技术，确定了二次开发的控件和算法，并设计实现了城市地下管线信息系统。
[关键词]地下管线；地理信息系统；二次开发
中图分类号：S674 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0058-01
城市地下管线信息系统在这种背景下应建设和应用的需要而研制开发。系统的研究开发应充分利用现今蓬勃发展的地理信息系统技术，实现各类专业管线、管孔、井盖等的信息输入、管理、查询、横纵剖面及各类专题图的绘制、地形和各专业管线的1：500、1：1000图幅和自定义图幅输出等等功能，以满足地下各类管线的规划、勘探、维护、施工和管理的需要，为规划、设计、施工等部门提供准确可靠的地下管线的分布、走向、埋深等状态信息及各专业属性信息，并为将来系统进一步扩充和发展奠定基础。
地下管线管理信息系统在规划、石化企业、自来水公司、消防、煤气、天然气等部门有着广阔的应用[3～5]。出于节约用地、节约能源、安全环保的考虑，往往把重要的管线埋设在地下，甚至埋得很深。由于管线处在地下暗处，看不见摸不着，对管线的走向、相互间距、埋设深度无法直接了解。由于对地下管线情况了解不清，在城市建设施工中随时有可能发生刨断电缆、挖断水管，造成大面积的停水停电，通讯中断也时有发生，给国家造成巨大的经济损失。建立地下管线地理信息系统可以使地下管线变暗为明，利用过去的资料和先进的仪器搞清楚地下管线的确切位置、埋深、走向、埋设方式、方圆直径、材质等，建立起地下管線地理信息系统，为规划设计部门提供确实可靠的数据，从而在建设施工中避免了重大事故的发生。
在建立地下管线地理信息数据库后，应用地理信息系统网络分析和各种专业算法，可动态模拟出管道内各种参数，如温度、压力、密度、流量，做出这些物料的流动状态波动曲线图，据此判断管线上各装置的运行情况，发出停、开、升、降等各种指令，何时需开足马力，何时需关闭阀门，合理调控，以维持管线网的最佳运行状态。
城市地下管线是城市经济活动和人民生活的命脉，任何时期，城市都极为重视地下管线信息的管理，但是不同时期地下管线信息的管理有其身特点：
（1）80年代前，所有管线的权属部门和城建部门都建有完备的档案室，以保存管线的竣工图和各种管线的属性卡片、表册，但随着城市的发展，这种手工管理方式远远跟不上城市发展的需求，矛盾日益尖锐。
（2）80年代后期至90年代，为摸清城市地下管网情况，我国开展了大规模的城市地下管网普查，并率先使用计算机辅助制图技术（AutoCAD）绘制管线分布图；使用DBASE、FOXPRO等数据库管理系统存贮管理管线和管件的属性信息。由于管线的空间信息和属性信息分别存贮于不同的介质，很难统一利用和管理，也难以进行信息的更新。
（3）90年代初期至中期，随着地理信息系统软件被广泛应用于一些行业，也被迅速推广应用于管线空间信息和属性信息的管理。我国于90年代初相继使用国外的GIS平台（ArcInfo、Intergraph），有的甚至用AutoCAD探索开发管线信息管理系统。与此同时，国产GIS平台研制成功（如MapGIS），用国产GIS平台也开发出了地下管线信息管理系统，如1994年开发成功的南京炼油厂综合管线信息管理系统、江西南昌自来水管网信息系统和苏州市城市地下管网地理信息系统等，由此城市地下管线信息管理系统的发展进入一个新的阶段。但是由于种种原因，目前城市地下管线的管理存在若干问题。首先，由于地下管线现状资料的缺漏和偏差而造成的盲目施工，时常损坏地下管线，导致停水、停电、停气、通讯中断，甚至引起灾害事故。其次，由于事先缺乏地下管线现状资料，有些道路及管线工程无法按设计进行施工，不得不在现场修改设计方案，且覆土前又未进行竣工测量，造成管线数据的动态更新难以实施。此外，城市管线资料来源不明确，精度不可靠，且在传统的管线资料管理模式下，图文表格不统一，分类统计、检索速度慢，不利综合分析，存在较多弊端。所以要实现城市管理的科学化、现代化，就必须实现管线资料的数字化管理，对城市内的管线进行普查，并对管线资料的管理做出长远规划。
从功能上来说，城市地下管线信息系统应能快速提供现势性强、真实准确的地下管线信息，并能实现快速查询、综合分析、辅助设计等操作，从而为城市的发展预测、规划决策等管理提供可靠的依据。同时，它不同于一个单纯的MIS（信息管理系统）、DSS（决策支持系统）、OA（办公自动化系统）等，它是在某种条件下各系统的综合运用，不仅应用于城市管线的日常管理工作，还可以进行城市规划的辅助设计等管理方面。
根据对城市地下管线信息系统的功能要求，可归纳出该系统的如下特征：
（1）有效地实现对空间数据（图形数据）和非空间数据（属性数据）这两种不同性质数据的操作和管理。空间数据表示所描述特征的几何位置，非空间数据是对此位置上特征的属性描述，两者有效的结合才能使“GIS的统计与分析”优势得以充分发挥。
（2）所需存储、处理的数据量大，内容繁杂。地下管线信息系统以城市地下管线空间信息为主要操作对象，而任何城市的地下管线，都包括电力、通讯、燃气、热力、上水、雨水、污水、工业及各种其它管道。它们隶属于不同的专业部门管理、建设和维修，但又是一个有机的整体。城市地下管线信息系统对这些空间特征的表示，甚至比常规地形特征描述更为复杂。
（3）点线相连，有机结合。各种地下管线不同的井位与地面建立联系，如给水管道通过检修井、各种水表、阀门与地面建立关联。在地下管网GIS中，它们以不同的地理特征表达，以MapObjects平台为例，管线用线（line）表示，井位用点（Point）表示，且以不同的图层来区别；而ARC/INFO中管线可用弧表示，井位用结点表示，以不同的编码来区别。不论用何种方式，都须构成点、线结合的整体，形成管网的数据结构。
（4）三维立体的表示、实现、分析困难。地下管线信息不但数据量大，内容繁杂，更有位于地下，层层叠加的特点。常常在地下上、下交叉多层，每层并排铺设多根管线，各类型管线形成纵横交错的地下管线立体空间。目前普遍使用的二维GIS技术，是采用地下（或地上架空）数据投影至地表，再加以处理。所有这些系统处理的二维平面图形，都定位于地表，在某一位置上，形成“层”。对于这样的二维系统，可以用公式2-1表达：
V=f（x，y） （2-1）
V=f（x，y，z） （2-2）
其中公式2-1中（x，y）是平面坐标，V是对应于此点的属性数据，对子不同的层，V表示不同的含义。对于三维系统，可扩展为公式2-2，其中（x，y，z）是表示空间真实坐标，它在三维空间连续、自由变化，V是表示该点的属性值，有相对唯一性。但由于三维数据结构的复杂性，三维GIS技术尚存在许多争议。公式2-2表达地下管网信息在目前阶段还不成熟，而二维系统在对地下管网信息的描述和空间分析方面受到一定限制[25～28]。
（5）决策支持。决策支持在GIS平台基础上建立适合于地下管线信息系统的空间数据分析、规划。
城市地下各类管线是一个城市重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送等工作，也是城市赖以生存和发展的物质基础。但由于多方面的原因，镇江市现有地下各类专业管线的资料残缺不全，且有关资料精度不高或与现状不符，造成在建设施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，造成停气、停水、停暖、通信中断、污水四溢等严重事故，并且因为缺乏相应的事故分析能力，对事故响应时间不够及时。另一方面，现有的地下专业管线的资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理，效率低下。随着时代和科学技术的发展，城市的现代化步伐日趋加快，城市建设、管理、发展的矛盾日益突出。采用高新技术和方法来高效管理地下各类专业管线，满足决策、管理部门和施工单位的需要已成为镇江市信息管理当务之急。
[关键词]地下管线；地理信息系统；二次开发
中图分类号：S674 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0058-01
城市地下管线信息系统在这种背景下应建设和应用的需要而研制开发。系统的研究开发应充分利用现今蓬勃发展的地理信息系统技术，实现各类专业管线、管孔、井盖等的信息输入、管理、查询、横纵剖面及各类专题图的绘制、地形和各专业管线的1：500、1：1000图幅和自定义图幅输出等等功能，以满足地下各类管线的规划、勘探、维护、施工和管理的需要，为规划、设计、施工等部门提供准确可靠的地下管线的分布、走向、埋深等状态信息及各专业属性信息，并为将来系统进一步扩充和发展奠定基础。
地下管线管理信息系统在规划、石化企业、自来水公司、消防、煤气、天然气等部门有着广阔的应用[3～5]。出于节约用地、节约能源、安全环保的考虑，往往把重要的管线埋设在地下，甚至埋得很深。由于管线处在地下暗处，看不见摸不着，对管线的走向、相互间距、埋设深度无法直接了解。由于对地下管线情况了解不清，在城市建设施工中随时有可能发生刨断电缆、挖断水管，造成大面积的停水停电，通讯中断也时有发生，给国家造成巨大的经济损失。建立地下管线地理信息系统可以使地下管线变暗为明，利用过去的资料和先进的仪器搞清楚地下管线的确切位置、埋深、走向、埋设方式、方圆直径、材质等，建立起地下管線地理信息系统，为规划设计部门提供确实可靠的数据，从而在建设施工中避免了重大事故的发生。
在建立地下管线地理信息数据库后，应用地理信息系统网络分析和各种专业算法，可动态模拟出管道内各种参数，如温度、压力、密度、流量，做出这些物料的流动状态波动曲线图，据此判断管线上各装置的运行情况，发出停、开、升、降等各种指令，何时需开足马力，何时需关闭阀门，合理调控，以维持管线网的最佳运行状态。
城市地下管线是城市经济活动和人民生活的命脉，任何时期，城市都极为重视地下管线信息的管理，但是不同时期地下管线信息的管理有其身特点：
（1）80年代前，所有管线的权属部门和城建部门都建有完备的档案室，以保存管线的竣工图和各种管线的属性卡片、表册，但随着城市的发展，这种手工管理方式远远跟不上城市发展的需求，矛盾日益尖锐。
（2）80年代后期至90年代，为摸清城市地下管网情况，我国开展了大规模的城市地下管网普查，并率先使用计算机辅助制图技术（AutoCAD）绘制管线分布图；使用DBASE、FOXPRO等数据库管理系统存贮管理管线和管件的属性信息。由于管线的空间信息和属性信息分别存贮于不同的介质，很难统一利用和管理，也难以进行信息的更新。
（3）90年代初期至中期，随着地理信息系统软件被广泛应用于一些行业，也被迅速推广应用于管线空间信息和属性信息的管理。我国于90年代初相继使用国外的GIS平台（ArcInfo、Intergraph），有的甚至用AutoCAD探索开发管线信息管理系统。与此同时，国产GIS平台研制成功（如MapGIS），用国产GIS平台也开发出了地下管线信息管理系统，如1994年开发成功的南京炼油厂综合管线信息管理系统、江西南昌自来水管网信息系统和苏州市城市地下管网地理信息系统等，由此城市地下管线信息管理系统的发展进入一个新的阶段。但是由于种种原因，目前城市地下管线的管理存在若干问题。首先，由于地下管线现状资料的缺漏和偏差而造成的盲目施工，时常损坏地下管线，导致停水、停电、停气、通讯中断，甚至引起灾害事故。其次，由于事先缺乏地下管线现状资料，有些道路及管线工程无法按设计进行施工，不得不在现场修改设计方案，且覆土前又未进行竣工测量，造成管线数据的动态更新难以实施。此外，城市管线资料来源不明确，精度不可靠，且在传统的管线资料管理模式下，图文表格不统一，分类统计、检索速度慢，不利综合分析，存在较多弊端。所以要实现城市管理的科学化、现代化，就必须实现管线资料的数字化管理，对城市内的管线进行普查，并对管线资料的管理做出长远规划。
从功能上来说，城市地下管线信息系统应能快速提供现势性强、真实准确的地下管线信息，并能实现快速查询、综合分析、辅助设计等操作，从而为城市的发展预测、规划决策等管理提供可靠的依据。同时，它不同于一个单纯的MIS（信息管理系统）、DSS（决策支持系统）、OA（办公自动化系统）等，它是在某种条件下各系统的综合运用，不仅应用于城市管线的日常管理工作，还可以进行城市规划的辅助设计等管理方面。
根据对城市地下管线信息系统的功能要求，可归纳出该系统的如下特征：
（1）有效地实现对空间数据（图形数据）和非空间数据（属性数据）这两种不同性质数据的操作和管理。空间数据表示所描述特征的几何位置，非空间数据是对此位置上特征的属性描述，两者有效的结合才能使“GIS的统计与分析”优势得以充分发挥。
（2）所需存储、处理的数据量大，内容繁杂。地下管线信息系统以城市地下管线空间信息为主要操作对象，而任何城市的地下管线，都包括电力、通讯、燃气、热力、上水、雨水、污水、工业及各种其它管道。它们隶属于不同的专业部门管理、建设和维修，但又是一个有机的整体。城市地下管线信息系统对这些空间特征的表示，甚至比常规地形特征描述更为复杂。
（3）点线相连，有机结合。各种地下管线不同的井位与地面建立联系，如给水管道通过检修井、各种水表、阀门与地面建立关联。在地下管网GIS中，它们以不同的地理特征表达，以MapObjects平台为例，管线用线（line）表示，井位用点（Point）表示，且以不同的图层来区别；而ARC/INFO中管线可用弧表示，井位用结点表示，以不同的编码来区别。不论用何种方式，都须构成点、线结合的整体，形成管网的数据结构。
（4）三维立体的表示、实现、分析困难。地下管线信息不但数据量大，内容繁杂，更有位于地下，层层叠加的特点。常常在地下上、下交叉多层，每层并排铺设多根管线，各类型管线形成纵横交错的地下管线立体空间。目前普遍使用的二维GIS技术，是采用地下（或地上架空）数据投影至地表，再加以处理。所有这些系统处理的二维平面图形，都定位于地表，在某一位置上，形成“层”。对于这样的二维系统，可以用公式2-1表达：
V=f（x，y） （2-1）
V=f（x，y，z） （2-2）
其中公式2-1中（x，y）是平面坐标，V是对应于此点的属性数据，对子不同的层，V表示不同的含义。对于三维系统，可扩展为公式2-2，其中（x，y，z）是表示空间真实坐标，它在三维空间连续、自由变化，V是表示该点的属性值，有相对唯一性。但由于三维数据结构的复杂性，三维GIS技术尚存在许多争议。公式2-2表达地下管网信息在目前阶段还不成熟，而二维系统在对地下管网信息的描述和空间分析方面受到一定限制[25～28]。
（5）决策支持。决策支持在GIS平台基础上建立适合于地下管线信息系统的空间数据分析、规划。
城市地下各类管线是一个城市重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送等工作，也是城市赖以生存和发展的物质基础。但由于多方面的原因，镇江市现有地下各类专业管线的资料残缺不全，且有关资料精度不高或与现状不符，造成在建设施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，造成停气、停水、停暖、通信中断、污水四溢等严重事故，并且因为缺乏相应的事故分析能力，对事故响应时间不够及时。另一方面，现有的地下专业管线的资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理，效率低下。随着时代和科学技术的发展，城市的现代化步伐日趋加快，城市建设、管理、发展的矛盾日益突出。采用高新技术和方法来高效管理地下各类专业管线，满足决策、管理部门和施工单位的需要已成为镇江市信息管理当务之急。