城市燃氣管網GIS系統數據組織與維護

杭州市燃氣（集團）有限公司 黃文劍

城市燃氣管網GIS系統數據組織與維護

杭州市燃氣（集團）有限公司 黃文劍

一、城市燃氣管網概述

城市燃氣燃氣管網是一個城市重要的基礎設施，是城市管線系統的重要組成部分。城市燃氣管網包括高壓、次高壓、中壓和低壓等輸配管線及一些附屬設施，擔負著輸配燃氣的使命。同時，燃氣管網布設的基礎資料，也是城市規劃、設計、施工建設和管理的重要依據。

1.燃氣管網的特點。城市燃氣管網主要有以下特點。

（1）隱蔽性強。城市地下燃氣管線大部分采用埋地敷設，只有在特殊地段采取土堤、架空等形式敷設。

（2）動態變化。隨著城市建設的迅速擴張，燃氣管網本身建設也快速發展。同時，由于配合城市其他項目建設，燃氣輸配管網的新增與拆遷改造并舉。

（3）與其他管線及建筑物相互影響。城市燃氣管線與其他管線、建筑物，在設計、建設過程中互相影響、互相制約。為此，國家標準和規范規定了不同管線的最小凈距、標高、跨越時的處理以及管線敷設時的走向關系等，以保證管網的安全、高效運行。

（4）用戶數量大。城市燃氣供應關系到千家萬戶，涉及重要工商企業等大宗用戶和城市居民等普通用戶的生產、生活，社會關注度極高。

2.我國城市燃氣管網管理現狀。目前，我國燃氣管網管理滯后于城市發展，主要表現在：燃氣運營單位主要依靠手工管理各種竣工資料檔案，當某處發生事故時，主要依靠人工查閱圖紙、確定搶修方案。這種工作方式不僅工作量大、速度慢，而且缺乏準確性和科學性。

鑒于上述特點和現狀，急需建立一套完善的城市地下燃氣管網GIS系統，組織設計管網數據模型，建立數據庫，針對管網變化情況（數量、空間分布、材質等屬性變動），及時修改、補充原數據庫中的數據，真實反映管線的現狀，使數據庫與真實情況保持一致。

二、城市燃氣管網的數據組織

1.城市燃氣管網數據組織理論。地下燃氣管線可以抽象概括為點實體（如閥門、三通處、變徑點等處）和線實體。點實體在GIS中，除了具有空間坐標（X，Y，Z）外，還具有描述點特性的一些屬性信息。一般情況下，點實體包含有一個能表示其特性的編碼、坐標以及其他的相關屬性。線實體是由線元素組成的各種線性要素，由至少2個點（X，Y）坐標來表示，同樣具有描述該線條特性的屬性信息。一般它有一個能表示其特性的編碼、坐標串以及它的相關屬性。城市地下燃氣管線GIS系統中的圖形數據主要是以“層”來存儲和組織的。為方便管理和使用，上面的元素描述也能夠滿足信息表達的要求。為此，在GIS系統的設計過程中，一般針對單類實體進行處理。對管線數據進行處理時，管線線段和特征點的聯系非常緊密，不僅僅是地理位置上的相互連接，還有屬性的相互關聯，因此需要將管線與管點分層設置，建立數據模型。

2.地下管線的空間數據模型。一個點實體（位置點）包括特征點和附屬物點。特征點有彎頭、三通、四通等，附屬物點有閥門井、電位測試樁、金屬軟管井等。按照管線段連接關系，以特征點和附屬點等為管線段的起點和終點定義管線段。

3.地下燃氣管線數據組織。地下管網GIS數據分為幾何數據和屬性數據，幾何數據和屬性數據以文件的形式存放，如采用SHP格式數據文件。通過數據組織分析方法得知，幾何數據是以“層”的形式進行存儲和組織（管線段和管點分層組織和存儲），屬性數據與幾何數據通過索引進行關聯，數據以種類進行分類，每一類占用一個數據表。

4.地下燃氣管網的數據結構設計。根據使用要求，設計若干個屬性數據項。對象的屬性設計必須滿足管網維護和網絡分析兩方面的需要，應盡可能全面、詳細，如屬性項中管徑、材質、壁厚等，就是搶修和維護替換工作中不可缺少的信息。此外，在設計數據結構時，還要考慮管網中各對象的關系，以便后續分析時所用。

三、地下燃氣管網數據變化與更新維護

1.地下管線變化類型。城市地下燃氣管線數據要素的研究是在管線的分段離散基礎上進行的，可以把單個管線看作單個實體。單個實體的變化類型可以分為：新增、滅失、改動、替換。引起地下管線發生變化的事件主要有：屬性事件，這類事件只對屬性進行修改操作，比如將鑄鐵管材質的管道更換為直縫鋼管管道；空間事件，這類事件只對空間進行各種操作，比如管線位置變動；包含屬性事件和空間事件，這類事件既改動要素屬性又改動要素空間。在地下管網中，由于空間事件發生而引起的變化類型包括新增、滅失、改動，由于屬性事件發生而引起的變化類型主要是替換。

2.地下管線數據更新維護。地下燃氣管網更新維護是以原有地下管網數據為基礎，針對管線位置、材質、分布等的變化情況，及時發現并統計變化內容，并用反映地下管網現狀的管線增量信息對初始的地下管網數據進行修正、補充和更新，其目的是實現“隨時變更、隨時調查、隨時更新”。主要工作包括：確定操作事件和建立增量信息文件；設計操作算法，實現管點、管線段之間及拓撲關系自動化重構；完成歸檔和增量的地下管網要素自動化及半自動化更新等。

四、完善城市燃氣管網的建議

城市地下燃氣管線系統是一個復雜的工程，特別是數據的采集、維護、更新，已經成為城市燃氣地下管線管理的重要組成內容。在完善燃氣管網GIS系統過程中，還有以下問題需要研究：

1.管線的變化類型不同，需要對變化類型進行細化。

2.為了能夠更加直觀地表達地下燃氣管線，可以對管線數據進行三維建模，實現地下管線的剖面分析等應用分析。