地下管网空间数据模型的建立与应用(二)

1.3地下管网空间数据建模

1.3.1地下管网空间数据的存储形式

昆明综合地下管网信息系统（KMPIS）的地下管网空间数据是以dgn, 文件存储的，dgn是Micro-station), 用来存放图形数据的设计文件，其数据格式是公开的。在dgn文件中每个包含属性数据的图形元素通过两个指针（linkpage）与数据库连接，其中第一个指针指向数据库中的要素（feature）表中的一个记录，指明该图形元素属于那类要素；另一指针指向该要素对应的属性表中的某一记录。dgn文件中最基本的二维元素有：线段（line）、线串（line string）、多边形（shape）、曲线（curve）、椭圆（ellipse）、弧（arc）、文本（text）、单元（cell）等。点（point）是线段的特例，圆（circle）是椭圆的特例。

图形元素的属性包括图层、颜色、线型、线宽等。地下管网信息系统中的要素主要包括点状、线状和面状要素。其中点状要素有各类管线的检修井、附属设施、特征点等；线状要素包括各类管线、依比例尺管线边界等；地下管网中的面状要素包括各类依比例尺的管线附属建筑等，为了同时满足空间分析和制图的需要，将面状地物分别用带有属性的中心点及不带属性的面状地物边界表示。因此面状要素也被分解成点状和线状要素。在dgn中地下管网的点状要素主要用单元（cell）表示，线状要素用线（line）或线串（line string）表示。不同类型的管网数据用不同的颜色、层次加以区分。

1.3.2 地下管网空间数据建模流程

由于地下管网空间数据都是以图形元素的方式分散地、无序地存放在dgn文件中，因此地下管网空间数据建模首先必须对dgn文件中表示地下管网要素的图形元素进行搜索整理，生成结点和弧段数据，建立空间数据组织模型。

然后，再根据具体的应用，在空间数据组织模型的基础上建立相应的空间分析模型。空间数据建模的基本流程见图3。

2地下管网空间数据模型的应用

2.1空间数据模型在网络空间分析中的应用

2.1.1爆管处理与故障危害分析

在地下管网的日常运营过程中，常常由于管线老化或外力破坏等原因造成爆管事故。事故发生后，需要迅速确定关闭哪些阀门可以防止进一步的泄漏，在确定这些阀门时还要保证关闭这些阀门造成的影响范围最小。关闭阀门造成的影响区域也需要得出，以便通知这些区域的用户采取相应的措施。爆管处理与故障危害分析就是利用多源环状空间数据模型进行网络追踪分析（tracing），求出需要关闭的阀门和故障危害的范围。爆管处理与故障危害分析首先采用广度优先算法对有向图进行遍历，搜索出控制阀门，再追踪有向图求出故障影响范围。

2.1.2 最短路径分析

在管线抢修和管线设计等情况下，需要快速求出指定点间的最短路径。经典的最短路径算法dijkstra( 算法采用矩阵网络数据模型计算指定点之间的最短（优）路径。在存储图形和运算时，需定义)!) 的数组，其中) 为网络结点数，当网络的结点数较大时，将占用大量的计算机内存。例如当结点数为3000，定义一个32, 位的整型数组要占用3000*3000*4=36000000字节的内存。另外，dijkstra ( 算法的时间复杂度是0（n^2),），其运行时间随着结点个数的增加而急剧增加，不能满足快速进行路径分析的要求。因此许多人设计了新的最短路径算法，其中以最大相关边法和最大相邻结点法两种算法较适合地下管网信息系统［,］。这两种算法仍然是基于矩阵网络数据模型的，但它们使用的相关边矩阵和邻接结点矩阵阶数为N*K，其中2 为网络中的最大相关边数或最大相邻结点数，在地下管网或道路网络等一般地理网络中K 值大大小于网络的结点数N，因此可显著地减少数据量和运算时间。KMPIS采用最大邻接结点算法的基本思想，对其做了进一步的改造，采用十字链表表达的网络模型代替邻接结点矩阵网络模型，进一步压缩了数据量，并兼顾其它空间分析对空间数据模型的需要，实现了路径分析的快速运算。

2.2 空间数据模型在制图与数据处理中的应用

2.2.1缓冲区的建立以及带状地形图提取

在进行地下管网管理工作时需要叠加管线周围一定距离内的地形信息，对于建立在地形信息系统的基础上的地下管网信息系统，可以从现有地形数据的基础上提取带状地形数据。考虑到管网大多沿道路敷设，因此可利用空间分析模型根据道路中心线和指定宽度建立缓冲区，并提取该缓冲区内的地形信息。

2.2.2 依比例尺管线边界自动生成

在地下管线信息系统中，考虑到空间分析的需要，所有的地下管线均采用单线表示，对于根据规范要求需要依比例尺表示宽度的管线在建库时均采用其中心线表示。为了满足制图的需要，在已建立的空间数据模型的基础上，根据指定的宽度自动生成依比例尺管线边界，大大地减少制图的工作量。

2.2.3断面图制作

在地下管网管理、设计和施工工作中，纵横断面图的作用都是非常重要的。横断面是指垂直于管线位置的一个截面，在该截面中可以直观地了解相邻管线间、管线与地面间的空间位置关系等情况。纵断面是指沿管线方向的一个截面，在该截面中可以直观地考察管线的走向和坡度。横断面的制作相对简单，只需根据指定断面线与相交的管线、道路之间的几何关系，求出相关数据即可制作完成。纵断面的制作需要利用建立的空间分析模型，在指定断面起点、终点、水平比例尺、垂直比例尺后，根据一定的条件搜索出正确的路线，再根据该路线获取或计算相应的属性信息、平曲线、坡度等数据制作出相应的纵断面图。

结束语

随着我国经济的发展和城市化步伐的日益加快，现有的城市管理手段和方法变得越来越不适应现代化城市管理的需要。地下管网作为城市的“血管和神经中枢”，与城市的正常运营和人民群众的日常生活息息相关。长期以来，城市地下管理的工作一直缺乏一种有效手段确保地下管网的安全，由于管理手段落后不能对城市的各项建设工作进行有效监管，导致盲目施工对地下管网造成破坏的恶性事件时有发生，对公共财产和人民群众的生命安全造成了很大的危害。近年来，随着城市信息系统在我国开始应用，人们逐渐认识到城市信息系统是对地下管网进行科学管理的一种有效手段。

城市地理信息系统作为一门新技术在我国城市管理工作中的应用时间不久，作为城市地理信息系统重要组成部分的综合地下管网信息系统也刚刚起步，同时由于城市地理系统的建设是一项涉及面广、投资大、周期长的工程，因此需要严格按照科学的、系统的工程管理方法进行系统建设，不管是在系统的设计阶段还是在系统的开发阶段都需要将生产和科研紧密结合起来，不断总结经验，及时发现问题，才能充分发挥有限的力量，并取得可以发挥实效的成果。通过综合地下管网系统建立工作的实践我们发现：由于综合管网信息系统管理的是基础地下管网信息，后续的很多相关系统都将建立在它的基础上或由它提供基础数据，如消防、各类专业管网信息系统等，因此在建立城市综合地下管网信息系统的过程中，不仅需要满足现阶段管网管理工作的需要，更要充分考虑系统未来扩展的需要。在数据库设计和空间数据的组织、空间数据模型建立等方面充分调研、精心设计，并将建立的原型系统多方征求意见，反复论证，不断测试、改进，最终建立的系统才具有生命力，才能真正满足地下管网现代化管理的需要。

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