第二章 城市地下管网信息系统的数据分析.docx
- 文档编号:5386325
- 上传时间:2022-12-15
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:109.66KB
第二章 城市地下管网信息系统的数据分析.docx
《第二章 城市地下管网信息系统的数据分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二章 城市地下管网信息系统的数据分析.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第二章城市地下管网信息系统的数据分析
第二章城市地下管网信息系统的数据分析
2.1城市地下管线数据的类型、特点及来源
2.1.1城市地下管线的类型
依据中华人民共和国行业标准《城市地下管线探测技术规程》,城市地下管线分为九大类,即给水、排水、燃气、热力、工业、电力、电信、综合管沟和人防管线[3]。
各大类还可以细分,如排水管线可分为污水管线和雨水管线;电信管线可分为市话、长话、广播和电视管线等。
上述各种管线大部分或相当部分埋设在城市地下空间,构成纵横交错、错综复杂的网络,所以称为地下管网。
各类管线上设有不同的建筑物、构筑物以及附属设施[1](表2-1)。
在管线探测和普查时,不仅要精确地测定管线的位置、走向、埋深,同时还要实地调查管道的断面(管径或管宽、管高等)、电缆根数、传输物体特征(压力、流向或电压)、敷设时间和单位以及管理部门等。
上述与管线有关的空间信息和属性信息统称为地下管线信息,前者用统一坐标系(高斯--克吕格平面坐标系和正高系统)中的坐标X、Y和H来表示,后者用字符或数字进行描述。
表2-1各类管线上设有不同的建筑物、构筑物以及附属设施
管线名称
建(构)筑物
附属设施
给水
水源井、给水泵站、水塔
清水池、净化池
阀门、水表、消火拴、排气阀、
排泥阀、预留接头、各种窨井
排水
排水泵站、沉淀池、化粪池、
净化构筑物、暗沟地面出口
检查井、跌水井、水封井、
冲洗井、沉泥井、排污装置
燃气、热力及工业管道
抽水井、调压房、煤气站、锅炉房、动力站、储气站、冷却塔
浓缩器、排气(排水、排污)装置、凝水缸、各种窨井
电力
变电站、配电站、电缆械检修井、
各种塔(杆)
杆上变压器、露天地面变压器
电信
变换站、控制室、电缆检修井、
各种塔(杆)、增音店、差转台
交接箱、分线箱、各种窨井
综合管沟
人防
2.1.2城市地下管线信息的特点
地下管线是城市基础设施中的生命线工程,也有地下神经之称。
虽然也有地上的、半地上的结构,但总的来讲是位于地下。
其最大的特点是隐蔽性大,空间信息的获取较困难且精度较低;同时地下管网纵横交错,各类管线间的空间关系较为复杂。
每一类管线都由管线段、建(构)筑物和附属设施组成,多呈树状、环状或辐射状,形成一个系统,系统的各组成元件相互影响,共同发挥作用。
一旦事故发生,需要立即抢修,但出事地点和抢修范围都较难确定。
由于各管线之间关系密切且相互影响较大,故在管线抢修和施工时要顾及对其它管线的影响。
此外,地下管线在城市中的布置有许多原则或规定,如与道路红线、中心线的关系,距离建筑物的远近,埋深以及与线状地物的交叉都有一定要求,因此还要与地面上的地物、地形发生联系,并将它们表示在统一的坐标系统下。
从数据结构的观点来看,管线可归纳为由点和弧段构成,其拓扑关系和数据结构较为简单,且一旦建成,管线的变化相对来说较小。
2.1.3城市地下管线信息系统的数据采集
数据是信息系统的基础,综合起来管线信息的数据采集方式主要有三种:
一、野外探测直接获取管线数据
管线探测包括探查和测绘两部分。
探查和测绘是城市地下管线普查外业两个密切联系的工序,在保证管线探查质量的前提下,进行管线测绘工作。
城市地市地下管线的探查是在现状调绘的基础上采用实地调查和仪器探查相结合的方法,查明地下管线的敷设状况、在地面上的投影位置和埋深、管线的相关位置及走向、地下管线的属性(如管线的类型、性质、规格、材质、载体特征、电缆根数、电压、埋设年代、附属设施及其权属单位等)等。
并在地面上设置地下管线投影中心标志和明显管线点标志,以提供下工序测绘的依据[2]。
管线探查后形成管线调查数据文件(其文件结构见2.5.2调查数据文件)。
城市地下管线的测绘在城市等级导线点和等级水准点的基础上进行,其作业内容包括图根控制测量、地下管线点平面位置和高程测量及相关地形的测量。
城市地下管线的测绘一般用解析法。
为了方便野外管线外业数据采集和内业一体化成图处理,本文设计了有码和无码两种管线外业数据采集作业方式[13]。
有码作业方式是指在外业测量管线点时,除记录管线点的平面坐标和地面高外,同时还记录表示管线点的联接关系的野外操作码(其编码方法见2.3城市地下管线信息的编码体系)。
在内业处理时,根据管线点测量数据文件中的野外操作码生成管线索引文件(其文件结构见2.5.3管线成图数据文件),而后进行下一步的管线数据处理工作。
无码作业方式是指在外业测量管线点时,只记录管线点的平面坐标和地面高,并不记录管线点的野外操作码。
为了保证管线点的连接关系的正确性,在野外需绘制反映管线点连接关系的草图。
在内业处理时,根据草图手工编写管线索引文件,而后进行下一步的管线数据处理工作。
利用野外直接采集获取管线数据这种数据获取方式,主要应用于如下情况:
该作业区内还未进行管线普查工作;该作业区无管线图;该作业已有的管线图已经陈旧且不完整无法再利用。
通过这种方式获取管线数据,外业工作量较大,但是管线数据的精度较高。
二、对已有的管线图件进行数字化,包括手扶跟踪数字化和扫描数字化。
这种方式直接把已有的管线图进行数字化,从而获取相应的管线数据。
主要应用于作业区内管线图及其它管线属性资料较完整的情况。
通过这种方式获取管线数据,内业工作量较大,而且管线数据的精度没有外业直接采集的数据精度高。
另外,对于扫描数字化方法,还必需经过一个矢量化处理过程。
三、对已有系统的数据进行转换。
这种方式是通过数据转换,把其它系统的管线数据转换为本系统能接受的管线数据。
主要用于作业区范围较大、多单位作业、多系统管理的情况。
通过这种方式获取管线数据,内业与外业工作量都较小,管线数据的精度取决于源系统管线数据的精度及数据转换的精度。
2.2城市地下管线信息系统的数据流分析
管线信息管理是从数据的录入、管线成图及编辑、查询统计、空间分析、事故处理到最终各种图件及报表输出给用户的一完整过程。
在其过程中有严格的数据流向,常用数据流图来表示[14]。
城市地下管线信息系统的数据流图如图2-1。
2.3城市地下管线信息的编码体系
2.3.1MapInfo系统内部编码
MapInfo支持的是一个同时包含空间信息和属性信息的地理数据库,其内部有一套完整的编码体系。
地理数据库中的记录有一个特殊的部分即OBJ,用于描述对象的地理特性。
其内部参数类型(TYPE)包括OBJ-POINT,OBJ-LINE,OBJ-ARC,OBJ-REGION等,而每一种类型对象又包括最大,最小坐标,起始角等。
内部编码由系统自行维护,对用户而言是不可见的。
2.3.2野外操作码
野外操作码(简码)是为了野外采集数据的方便而设计的,由一些描述管线类型(代码)和测点连接关系的简单符号(+、-、n+、n-)组成[13]。
操作码的具体构成规则如下:
(1)对于管线的第一点,操作码=管线类型码+线型代码。
管线类型码的编码规则下文将详细说明,线型代码取0、1、2、3、4,分别代表普通管线、未查明管线、出露管线、依比例尺管线、套管。
(2)连续观测某一地物时,操作码=“+”。
其意义是本测点与上一测点连接。
(3)
交叉测量地物时,操作码=“n+、n-”,“n+”表示该点应与上n个点前面的点相连,“n-”表示与下n个点相连。
2.3.3管线类型码
管线类型代码是为了方便管线数据的录入、成图以及对各种管线信息的查询与检索而设计的。
为了解决外业采集与计算机处理对代码的不同要求,本文设计了用于外业采集的外码(其特点是由管线类型汉语拼音的第一个字母组合构成,易于记忆)和用于计算机内部处理的内码(由两位数字构成)。
管线类型代码的设计应遵循一对一的原则。
表2-2列出了各类管线类型代码(外码、内码)及绘图时采用的颜色。
表2-2管线类型与管线类型码(外码、内码)、颜色对照表
管线类型
颜色
代码(外码)
代码(内码)
给水
蓝
JS
10
排水
污水
褐
PS
WS
21
雨水
YS
22
燃气
煤气
粉红
RS
MS
31
液化气
YH
32
天然气
TR
33
热力
蒸气
桔黄
RL
ZQ
41
热水
RS
42
工业
氢
黑
GY
Q
51
氧
Y
52
乙炔
YQ
53
石油
SY
54
电力
供电
大红
DL
GD
61
路灯
LD
62
电车工
DC
63
电信
市话
绿
DX
SH
71
长话
CH
72
广播
GB
73
电视
DS
74
综合管沟
黑
ZH
80
人防
黑
RF
90
2.3.4管线特征点类型码
管线特征点是指管线上的附属设施、窨井所在位置中心点、管线走向变化点、管径变化点、地表坡度变化点等。
各管线特征点以不同的符号反映在管线图上。
为了野外调查和内业数据处理的方便简捷,设计了管线点特征类型码,特征点类型码用两位数字组成,从68开始连续编号,到96结束。
管线特征点与特征点类型码对照表如2-3。
2.4城市地下管线信息系统的数据模型
按照GIS的数据观点及管线地物的实际情况,可将其分为点状地物和线状地物,若干地物类型组成一个专题层。
同一地理空间的多个专题层组成一个工作区,一个或多个工作区构成一个完整的工程。
这种从下到上的抽象过程与从上往下的分解过程,组成了管线信息系统的数据模型(如图2-2)。
一方面,它表达了地理空间的自然特性,接近人们对客观事物的理解;另一方面,它完整地表达了管线对象(大到工程,小到结点)之间的各种关系,而且用层次方法清晰地表达了这些关系[15]。
表2-3管线特征点与特征点类型码对照表
特征点名称
特征点类型码
管线点(一般探测点)
68
窨
井
给水
69
污水(或排水)
70
雨水
71
燃气
95
工业
72
石油
73
热力
74
电力
75
电信入孔
76
电信手孔
77
预留口
78
阀门
79
水源井
80
水塔
81
水池
82
泵站
83
消火栓
84
进出水口
85
沉淀池
86
化粪池
87
水封井
88
跌水井
89
渗水井
90
冲洗井
91
调压站
92
煤气柜
93
变电站
94
上杆(出土)
96
2.5城市地下管线信息系统的数据结构
城市地下管线空间数据有两种形式,即矢量数据和栅格数据。
栅格数据主要为管线图和照片扫描得到的图像文件,对于栅格图象我们主要利用MapInfo的调用栅格图像的功能,将其作为背景。
栅格数据文件的格式很多,本文主要采用通用的数据结构形式(如TIF、BMP),对栅格文件的数据结构不作具体分析,只对其存贮路径作相应的设计。
如前文所述,管网矢量数据主要有三种来源,本文主要研究从野外直接采集数据,经数据处理后生成MapInfo可接受的数据格式(MIF/MID文件)整个过程中所需要的数据文件的结构。
具体如下:
2.5.1测量数据文件
测量数据文件是由野外测量工作形成的数据文件。
它有两种形式:
有码测量数据文件和无码测量数据文件。
前者是指有码作业方式得到的数据文件,后者指无码作业方式得到的数据文件。
有码测量数据文件的结构如下:
点号
野外操作码
X
Y
地面高
无码测量数据文件的结构如下:
点号
X
Y
地面高
上述两文件的文件类型为文本文件,采用“,”分隔符,每一行进行回车换行,以"-1"作为结束标志。
2.5.2调查数据文件
调查数据文件是指对管线特征点进行调查或探测后所得到的数据文件,其结构如下:
点号
特征点类型码
管顶高
管底高
其中,特征点类型码的编码规则前文已作介绍,文件类型为文本文件,采用“,”分隔符,每一行进行回车换行,以“-1”作为结束标志。
2.5.3管线成图数据文件
从管线成图的实际需要来看,管线地物主要可分为点状地物(特征点)和线状地物(管线),而管线又是由特征点或测点连接而成的。
因此,本文将管线成图所需信息分为两个部分:
一是描述特征点和管线测点信息的管线点数据文件,二是描述管线连接信息的管线索引数据文件。
前者存放管线点的平面坐标(X、Y)、地面高、管顶高和管底高等,后者存贮管线代码及构成管线的所有特征点和测点的点号。
它们的数据结构分别如下:
管线点数据文件:
标准点号
特征点类型码
X
Y
地面高
管顶高
管底高
其中标准点号为:
10000+测量数据文件的点号。
文件类型为文本文件,采用“,”分隔符,每一行进行回车换行,以“-1”作为结束标志。
管线索引数据文件:
管线组成点号遵循如下规则:
如果管线组成点号是连续的,则只记录起点号与终点号,但中间需用“-”号分隔;对于不连续的点号需逐点输入,不需加“-”号。
其数据文件为文本文件,采用“,”分隔符,每一行进行回车换行,以“-1”作为结束标志。
如JS1,1,-,15,17,19,30。
管线点数据文件是管线测量数据文件与调查数据文件合并后形成的数据文件。
经数据分幅或数据合并处理生成的数据文件同该文件结构相同。
管线索引数据文件的另一个作用是生成拓扑数据文件及MapInfo可接受的标准数据交换文件MIF、MID。
2.5.4拓扑数据文件
拓朴数据文件主要用于建立管线地物的拓朴关系,它是空间分析的基础性数据文件。
管线的拓扑数据文件共有五种类型:
结点数据文件、弧段数据文件、点状地物数据文件、线状地物数据文件和面状数据文件。
它们的文件类型均为二进制文件,其数据结构分别如下:
结点数据文件结构:
NodeUserID
关联弧段数
关联弧段序列
注:
NodeUserID(用户结点标识)对应于管线点数据文件的标准点号。
弧段数据文件结构:
ArcUserID
StartNodeID
EndNodeID
内点数
内点点号序列(标准点号)
ArcUserID(用户弧段标识)设计为:
20000+弧段顺序号,如:
20001,20010等。
点状地物数据文件结构:
与管线点数据文件结构一致。
线状地物数据文件结构:
LineUserID
组成弧段数
组成弧段序列
PLineUserID(用户线标识)采用6位,前2位为管线类型码,第三位表示管线的线型,后三位表示管线编号,如JS1001,DX0004等。
面状地物数据文件结构:
SurfaceUserID
弧段数
组成弧段序列
SurfaceUserID(用户面标识)的编码为30000+面状地物顺序号。
2.5.5MapInfo标准数据交换文件MIF和MID的数据结构
MapInfo的图形数据和属性数据分别存放在MIF文件和MID文件中,从数据结构来看,它们都是以“分界数据”[16]的形式存贮的,每行存放一个记录,行内数据项之间用任意分界符分隔。
MIF文件有两个区域,文件头区域和数据节区域。
文件头中存放的是如何创建MapInfo表的信息,而数据节中存放的是图形对象的定义。
MIF文件头
VERSIONn
Charset“characterSetName”
[DELIMITER“
[UNIQUEn,n...]
[INDEXn,n...]
[COORDSYS]
[TRANSFORM]
COLUMNSn
......
DATA
其中方括号内是可选信息。
MIF数据节
MIF文件的数据节在文件头之后,且必须由DATA以单独的一行引入,MIF文件的数据节可以有任意多个图形初值,每个初值代表一个图形对象。
MapInfo自动使MIF和MID文件中的条目相互匹配,MIF文件中的第一个对象与MID文件中的第一行关联,MIF文件中的第二个对象与MID文件中的第二行关联,依此类推。
如果MID文件中特定的一行没有对应的图形对象,那么必须在MIF文件中的相应位置上写一个“空白”对象(NONE)以保留该位置。
可以指定的图形对象为:
点(point)、直线(line)、折线(polyline)、区域(region)、圆弧(arc)、文本(text)、矩形(rectangle)、圆角矩形(rounded)、椭圆(ellipse)等。
不同图形对象的描述参数存在一定的差异。
例如:
点对象需要两个参数和一个可选项Symbol:
Pointxy
[Symbol(shape,color,size)]
矩形对象需要一对对角坐标和两个可选项Pen、Brush:
RECTx1y1x2y2
[Pen(Width,pattern,color)]
[Brush(pattern,forecolor,backcolor)]
MID文件
MID文件包含对象属性数据,每一行数据记录由delimiter语句中设定的字符分隔。
缺省的分隔符是TAB。
如果在某个字段的数据中包含分隔符,用引号把该字段圈起来。
MID文件是一个可选的文件,如果不存在MID文件,则属性表中所有的字段都是空白[16]。
2.5.6城市地下管线信息系统属性数据的数据结构
空间对象包含三个方面的信息:
空间位置、属性描述信息和拓扑关系信息。
在本文中,图形数据采用文件方式管理,而属性信息则通过MapInfo特有的表管理机制管理,两类数据利用MapInfo内部机制进行连接(图2-8)。
系统内部标识
图形数据
属性数据
图2-3图形数据与属性数据的连接
根据管线属性数据信息的特点,按照从上到下的分层方法,本文设计的管线属性数据库包括:
管线点属性表、管线线属性表,图幅属性表、工作区属性表等四个表文件[4]。
管线点表和线表用来描述管线的各种属性,其结构分别见表2-4和表2-5。
其中的管线线标识字段(LineUserID)和管线点标识字段(PPUserID)是用户标识,分别对应于管线线状地物数据文件中的用户线标识和管线点数据文件中的标准点号,用于对管线及管线点索引和查询等操作。
图幅表主要用于管线图幅管理,供用户实现按图幅名的调图和信息检索。
图幅表的结构见表2-6。
工作区表主要用于对一个工程进行管理,用户可对一个工程的所有工作区进行检索、调图等操作。
工作区表结构见表2-7。
表2-4:
管线线属性表结构表
字段
字段名
类
型
宽度
小数
字段
字段名
类
型
宽度
小数
PPUserID
管线标识
C
6
DLGS
电缆根数
N
2
0
GXBH
管线编号
C
6
YL
压力
C
6
GXLX
管线类型
C
6
MSFS
埋设方式
C
6
GXCL
管线材料
C
6
YJS
窨井数
N
4
0
QDH
起点号
C
6
FMS
阀门数
N
4
0
ZDH
终点号
C
6
TCDS
探测点数
N
4
0
GXCD
管线长度
N
8
1
MSRQ
埋设日期
D
8
GJ
管径
N
6
3
QSDW
权属单位
C
30
BZ
备注
M
4
表2-5:
管线点属性表结构表
字段
字段名
类型
宽度
小数
字段
字段名
类型
宽度
小数
LineUserID
管线点标识
C
6
ZT
管顶高
N
8
3
GXDH
管线点号
C
6
ZB
管底高
N
8
3
TSBH
图上编号
C
6
GJ
管径
N
6
3
WTDH
物探点号
C
6
DLGS
电缆根数
N
2
0
GXDBM
管线点编码
C
6
YL
压力
C
6
GXLX
管线类型
C
6
DY
电压
C
6
GXCL
管线材料
C
6
MSND
埋设年代
D
8
MSFS
埋设方式
C
6
DCRQ
调查日期
D
8
GXDLP
管线点类别
C
6
QSDW
权属单位
C
30
GXDFZW
管线点
附着物
C
10
DCDW
调查单位
C
30
ZTLX
载体流向
C
6
DCR
调查人
C
8
X
X
N
11
3
JCR
检查人
C
8
Y
Y
N
11
3
BZ
备注
M
4
Z
地面高
N
8
3
表2-6:
图幅属性表结构表
字段
字段名
类型
宽度
小数
字段
字段名
类型
宽度
小数
TFH
图幅号
C
6
ZTZ
制图者
C
8
TFM
图幅名
C
10
JCZ
检查者
C
8
SZCQ
所在测区
C
10
ZSTF
左上图幅
C
8
X0
左下角X0
N
11
3
STF
上图幅
C
8
Y0
左下角Y0
N
11
3
YSTF
右上图幅
C
8
DX
图幅高
N
3
0
YTF
右图幅
C
8
DY
图幅宽
N
3
0
YXTF
右下图幅
C
8
BLC
比例尺
N
8
0
XTF
下图幅
C
8
SCND
施测年代
D
8
ZXTF
左下图幅
C
8
SCDW
施测单位
C
30
ZTF
左图幅
C
8
TCZ
测图者
C
8
LT
略图
G
8
表2-7:
工作区属性表结构表
字段
字段名
类型
宽度
小数
字段
字段名
类型
宽度
小数
ADRS
工作区名
C
30
YLB
左下角Y
N
11
3
CODE
代码
C
6
XRT
右下角X
N
11
3
XLB
左下角X
11
3
YRT
右下角Y
N
11
3
注:
以上个表中,C表示字符型;N表示数值型;D表示日期型;M表示备注字段;G表示通用字段。
2.5.7管线纵横断面数据文件结构设计
管线纵横断面图数据文件是绘制管线纵横断面图的基础性数据文件,按工程对管线断面信息的要求和绘制管线纵横断面的需要,本文设计管线断面数据文件结构成如下:
交点
X
Y
管线类型
管径
地面高
管顶高
管底高
距离
其中,管线类型数据项的设计目的是在管线的断面图输出时,可按管线图上管线的颜色来绘制相应管线断面图。
与上述文件结
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二章 城市地下管网信息系统的数据分析 第二 城市 地下 管网 信息系统 数据 分析