摘 要：结合武汉市城市地下管线普查及信息平台建设实践，本文设计并实现了城市地下管线时空数据管理系统，重点阐述了城市地下管线时空数据库设计、时空数据管理系统总体设计和功能模块设计等3 个方面的内容，对城市地下管线时空数据库管理具有一定的借鉴意义。
关键词：城市地下管线；时空数据；数据管理系统
0 引 言
武汉市自 2002 年开始，在全国城市中率先将城市地下管线普查纳入基础测绘的重点工作范畴，以五年一个计划的方式进行推进，并以地方立法的形式明确了管线普查的组织方式与资金来源［1］。 近 20 年来，一直由武汉市自然资源和规划局牵头组织实施武汉市城市地下管线的普查和数据建库工作。 截至 2019 年年底，累计普查完成武汉市主城区范围内给水、排水、燃气、电力、通信、热力、工业、专用等八大类，共计约 4 万 km 的管线普查工作，全面查清了武汉主城区管线“家底”，获得了管线的空间位置和属性信息。 但是由于武汉城市建设日新月异，地下管线的变化也非常大，每年都有新增或拆除的管线，因此，保持管线数据库的年度更新，以保持管线数据的现势性显得非常重要。本文旨在研究武汉城市地下管线时空数据的组织，并开发一套时空数据管理系统，以实现城市地下管线数据查询统计、专业分析、入库检查、数据入库、数据导出、数据备份、数据恢复、历史数据查询和比对、新增数据查询、拆除数据查询等功能，为武汉城市地下管线的各类实际应用奠定坚实的数据基础。
1 管线时空数据库设计
武汉城市地下管线时空数据库包含现状库和拆除库。 现状库是指当前年度累计所有管线现状数据库，拆除库是指当前年度累计所有拆除掉的管线数据，也叫历史库。 现状库和拆除库都以 ArcSDE 的方式存储在 Oracle数据库中［2］。根据《武汉市城市地下管线数据建库技术规定》和湖北省地方标准《湖北省城镇地下管线信息系统技术规范》的要求，结合本文研究的需要，管线数据库主要包括管线点表和管线段表，各类大管线通用数据结构见表 1、表 2。不同类型的管线也有其特有的属性，如给水、排水、热力、工业管线有“压力”属性，排水类管线有“流向”属性，电力类管线有“电压”属性，通信类管线有“电缆条数”属性，工业类管线有“流体性质”属性等。管线数据的空间属性体现在管线的位置信息上，而管线数据的时间属性则体现在所有的管线数据都带有时间属性，包括初探年代（管线首次普查探测到的时间）、复探年代（管线最近一次普查探测到的时间）、拆除年代（拆除管线普查探测到的时间），通过 3 个时间字段来表明管线数据库的时态属性。 当某管线拆除以后，就将该管线从现状库移到拆除库，避免了不可恢复的物理删除，可以满足历史管线查询回溯等应用的需要。
2 总体设计
如图 1 所示，系统的总体框架建立在标准、规范和技术规则、运行维护机制的基础上，采用分层体系，各层之间相对独立，从下往上互相依赖，依次为软硬件支持层、数据交汇层、应用服务层和用户交互层。软硬件支撑层由保证系统正常运行的硬件系统和软件系统构成。 硬件系统包括服务器及存储设备、网络及安全设备等；软件系统包括 Oracle 数据库软件、地理信息地图软件（ArcGIS）、办公软件等。 数据交汇层是各类数据建库成果的汇集，包含底图数据、管线普查数据和其他类数据。 应用服务层是系统的功能实现，包含系统的各类功能模块。 用户交互层是用户的操作入口，主要包括系统管理员、数据管理员和一般用户。 系统管理员具有最高权限，可以对其他用户的功能权限进行配置；数据管理员可以进行数据的检查、入库、导出、数据备份和恢复等数据更新维护的功能；一般用户可以进行数据的浏览、查询等操作。
3 功能设计
系统的主要功能包括管线数据查询统计、专业分析、入库检查、数据入库、数据导出、数据备份、数据恢复、历史数据查询和比对、新增数据查询、拆除数据查询等。1）查询统计管线数据的缩放，拖拽、属性查询，给定空间范围或者属性条件的查询、统计。2）专业分析管线专业分析包括通用的管线横纵断面分析、连通性分性；燃气和给水管线爆管分析，给水管线关阀定位，排水管线流向及追踪分析等。 横断面分析结果如图 2所示。3）入库检查入库检查是保证管线数据质量最重要的一环，所有的外业普查得到的管线数据必须经过入库检查才能够进行入库操作，入库检查内容包括位置信息检查和属性信息检查。 检查有错误的查明原因，必要的时候需要到现场进行复核，改正错误以后的数据需要重新进行入库检查，直到没有错误以后才能进行后续的入库工作。4）数据入库通过检查后的数据，分类分层入库，进行接边处理，并存储于 ArcSDE 数据库中。 新增的管线数据放入现状库中，拆除的数据从现状库删除，同时放入拆除库。5）数据导出可以根据用户的需要，给的属性条件或者空间范围，导出各类通用格式的管线数据，包括 Excel、mdb、GIS、CAD等格式。6）数据备份、恢复管线数据手动备份和定期自动备份。 可以随时从备份数据中进行数据恢复。7）历史数据查询和对比历史数据查询，涉及管线的现状库和拆除库的叠加展示。 以 2018 年的管线数据为例。 现状库展示的数据规则：“初探时间≤2018”；拆除库展示的数据规则：“初探时间≤2018”和“拆除时间＞2018”。 两项规则筛选出的管线数据叠加即为当前年度历史管线数据情况。历史数据可以进行双屏对比展示，如图 3 所示，左侧展示的是 2018 年管线数据，右侧展示的 2019 年数据。8）新增数据查询根据行政区划或者普查测区查询新增的管线数据，并统计管线长度，导出统计图表。 如图 4 所示按照更新测区分类来统计的 2019 年新增普查管线结果。9）拆除查询指定管线类别和范围等条件，查询和统计年度拆除的管线数据信息。
4 结束语
本文结合武汉市城市地下管线普查及信息平台建设实践，研究了武汉城市地下管线时空数据组织与建库，设计并实现了城市地下管线时空数据管理系统，实现了管线数据从数据查询、统计、入库、导出、拆除、备份恢复等全生命周期的管线数据管理功能，为武汉市城市地下管线综合信息平台的建设［3－4］奠定了坚实的数据基础，建立了武汉城市地下管线的“ 数据中心”。 同时该系统的建立，为管线基础测绘提供了详细的历史和现状数据，为制定年度管线普查任务提供了数据参考，对保证管线数据库的持续动态更新具有重要的意义。 目前武汉市正在研究管线竣工测量工作，如何将竣工测量的数据纳入到管线更新工作中，实现管线数据的常态化、快速更新，以保证管线的现势性是下一步研究的重点。
作者：石淼 袁亚雄 张敏 单位：武汉市测绘研究院
