蔡來(lái)良，付 貴，2，孟萬(wàn)利

(1．河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作454003;2．四川智繪地理信息科技有限公司，四川 成都610036)

一、緒 論

改革開(kāi)放以后，隨著我國(guó)城市高速持續(xù)的發(fā)展，以通信網(wǎng)、自來(lái)水供給網(wǎng)和天然氣供給網(wǎng)等為代表的城市地下管線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在種類(lèi)、規(guī)模上都有了極大的增長(zhǎng)與擴(kuò)展［1］。城市地下管線網(wǎng)絡(luò)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，如同人體內(nèi)的“神經(jīng)”與“血管”，擔(dān)負(fù)著信息傳輸、能源輸送、排水積水等工作，是城市賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)［2］。城市地下管線涉及城建、電力、公安、廣電等多個(gè)部門(mén)，但管線的建設(shè)、維護(hù)、管理都是由各單位自行負(fù)責(zé)，造成了各自為政的巨大資源浪費(fèi)［3］。采用高新技術(shù)和方法來(lái)高效管理地下各類(lèi)專(zhuān)業(yè)管線，滿(mǎn)足決策、管理部門(mén)和施工單位的需要已成為當(dāng)務(wù)之急。目前已經(jīng)有一些單位開(kāi)發(fā)用于實(shí)際生產(chǎn)的軟件系統(tǒng)。四川智慧地理信息科技有限公司用Visual FoxPro來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管線信息，用CAD來(lái)成圖。朱學(xué)芳［4］等用數(shù)字圖像處理DIP(digital image processing)技術(shù)地下管線建設(shè)工程圖檔案的管理，具體應(yīng)用于地下管線工程的設(shè)計(jì)及檔案的存儲(chǔ)、查詢(xún)等管理中。郝建忠［5］等基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML(unified modeling language)進(jìn)行城市地下管線地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。賈靜［6］基于Rest和RIA技術(shù)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了城市地下綜合管線信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了城市地下綜合管線數(shù)據(jù)的及時(shí)更新與共享，以及對(duì)管線數(shù)據(jù)的基本操作功能包括查看功能、查詢(xún)功能、編輯修改功能、統(tǒng)計(jì)分析功能、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用功能以及數(shù)據(jù)輸出功能。常河［7］通過(guò)將SketchUp等三維建模軟件和ArcGIS結(jié)合起來(lái)的三維建模方案來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地下管線信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一些效果美觀，功能齊全的三維地下管線信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三維顯示、三維瀏覽、三維漫游、三維屬性查詢(xún)等基本功能。

近幾年來(lái)，大多數(shù)的計(jì)算機(jī)用戶(hù)升級(jí)到了微軟的WIN7或是更高的系統(tǒng)，同時(shí)微軟公司也推出了．NET framework4．0及以上軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為了充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源和先進(jìn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，筆者結(jié)合Visual Studio 2012、Access數(shù)據(jù)庫(kù)、AutoCAD 2014等平臺(tái)，初步設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了管線信息管理及成圖系統(tǒng)，為進(jìn)一步建立更優(yōu)的平臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。

二、系統(tǒng)功能分析

根據(jù)目前對(duì)城市管線信息系統(tǒng)的常見(jiàn)功能需求分析，本系統(tǒng)主要集成了數(shù)據(jù)管理、圖形顯示、查詢(xún)、分析、量算、標(biāo)注等主要功能模塊。

城市地下管線信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是所有與管線相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)管線的查詢(xún)以及對(duì)管線的分析等操作都是建立在完整的管線數(shù)據(jù)信息上的。另外，隨著城市管線的不斷發(fā)展建設(shè)，新的管線信息不斷添加，以及舊管線信息不斷改變，而為了根據(jù)分析結(jié)果做出科學(xué)決策，首先就要保證分析的管線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能是本系統(tǒng)建設(shè)的重要工作之一。

圖形顯示功能是目前應(yīng)用軟件的必備功能，城市管線信息的顯示，一方面給工程人員提供所見(jiàn)即所得的軟件使用體驗(yàn)，更重要的是為管線的分類(lèi)、查錯(cuò)、修改、施工提供更加直觀的操作。

為了能夠給地下管線規(guī)劃管理人員提供一種快速了解全局的便捷，需要在軟件中實(shí)現(xiàn)屬性查詢(xún)、空間查詢(xún)、編號(hào)查詢(xún)以及興趣點(diǎn)查詢(xún)等通用查詢(xún)功能，還應(yīng)該包括電力管線、電信管線、燃?xì)夤芫€、熱力管線、排水管線以及供水管線在內(nèi)的不同圖層的一個(gè)或者多個(gè)條件復(fù)合查詢(xún)，良好查詢(xún)功能的開(kāi)發(fā)，提高了系統(tǒng)的工作效率。

分析功能主要體現(xiàn)在，系統(tǒng)對(duì)管線之間的空間關(guān)系、線路規(guī)劃、特征搜索、緩沖分析等方面。

量算功能，可幫助系統(tǒng)使用人員快速地獲得管線間的空間距離、管線的截面積、管線長(zhǎng)度、占地面積等方面的分析。

標(biāo)注功能，主要體現(xiàn)在生成工程類(lèi)圖紙時(shí)，對(duì)管線的路徑、類(lèi)別、材質(zhì)、埋深、間距等信息的圖上表達(dá)。

一套實(shí)用的系統(tǒng)，除了上述幾方面的專(zhuān)業(yè)功能分析，還需要從軟件的兼容性、穩(wěn)定性、響應(yīng)效率等方面的建設(shè)開(kāi)展工作，同時(shí)建立友善的人機(jī)交互界面，提高軟件的工作服務(wù)能力。

三、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

為了方便管理從全站儀或GPS接收機(jī)獲得坐標(biāo)成果，設(shè)計(jì)了坐標(biāo)成果管理表。同時(shí)為了管理工作人員在物探現(xiàn)場(chǎng)獲得屬性信息，設(shè)計(jì)了點(diǎn)屬性管理表，并將物探編號(hào)作為表的主鍵。為了管理管線節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，設(shè)計(jì)了線屬性表，并將每一段線段的端節(jié)點(diǎn)作為線屬性表的主鍵。

2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在系統(tǒng)的初步框架下，設(shè)計(jì)了文件管理、信息輸入和查詢(xún)、數(shù)據(jù)成圖、用戶(hù)幫助等模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3．系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

(1)文件管理模塊

文件管理模塊主要有“新建”、“打開(kāi)”、“保存”、“退出”幾個(gè)操作功能，通過(guò)該功能實(shí)現(xiàn)常規(guī)的文件操作，如圖2所示。

圖2 文件管理模塊流程

(2)信息輸入和查詢(xún)模塊

對(duì)于點(diǎn)屬性錄入和查詢(xún)程序，要考慮數(shù)據(jù)的可視化，即輸入一條記錄后要能讓用戶(hù)看到輸入結(jié)果，而且可以根據(jù)結(jié)果是否正確來(lái)確認(rèn)是否刪除某條記錄。為了避免錯(cuò)誤率，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行是否合理判斷。另外，在錄入點(diǎn)屬性信息的時(shí)候?yàn)榱藴p輕軟件使用者的負(fù)擔(dān)，在錄入完一次數(shù)據(jù)后將某些文本框清空。在按照某項(xiàng)值進(jìn)行查詢(xún)的時(shí)候，要判斷井深埋深是否為數(shù)字，判斷查詢(xún)對(duì)應(yīng)的文本框是否有值，然后再進(jìn)行查詢(xún)。其流程圖如圖3所示。

圖3 點(diǎn)屬性錄入和查詢(xún)程序流程

對(duì)于線屬性錄入和查詢(xún)程序，其內(nèi)容和要求與點(diǎn)屬性錄入程序類(lèi)似。另外，由于設(shè)置的線號(hào)是起點(diǎn)編號(hào)與終點(diǎn)編號(hào)的字符相加，為了減輕用戶(hù)的工作量，可以自動(dòng)填充管線名稱(chēng)。在查詢(xún)線屬性的時(shí)候，也要判斷孔數(shù)、線數(shù)是否為數(shù)字，輸入的不是數(shù)字則無(wú)法輸入，沒(méi)在查詢(xún)對(duì)應(yīng)文本框輸入查詢(xún)值那也無(wú)法執(zhí)行查詢(xún)。整個(gè)程序的流程圖如圖4所示。

圖4 線屬性錄入和查詢(xún)程序流程

對(duì)于點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入和查詢(xún)程序，也要考慮數(shù)據(jù)的可視化。除此之外，還要考慮導(dǎo)入的Excel文檔格式是否正確，所以還需要設(shè)置在導(dǎo)入不正確格式文檔的時(shí)候，程序要能夠報(bào)錯(cuò)。其查詢(xún)功能類(lèi)似，其程序流程圖如圖5所示。

圖5 點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入和查詢(xún)程序流程

(3)數(shù)據(jù)成圖模塊

本文成圖方式為調(diào)用AutoCAD成圖，所以需要用到Visual Studio對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。在CAD成圖的過(guò)程中，將不同類(lèi)別的管點(diǎn)、管線、物探編號(hào)、管線標(biāo)注等信息分別畫(huà)在不同圖層，以便于使用者操作的時(shí)候?qū)Σ煌?lèi)別的管線進(jìn)行單獨(dú)的查看和分析。其程序流程圖如圖6所示。

(4)用戶(hù)文檔模塊

用戶(hù)文檔模塊主要為用戶(hù)提供軟件操作說(shuō)明和常見(jiàn)的疑問(wèn)解答，制作幫助文檔后，放在安裝目錄下，需要時(shí)調(diào)用即可。

四、軟件功能的實(shí)現(xiàn)

本軟件是在Visual Studio 2012平臺(tái)下開(kāi)發(fā)完成的。筆者為了使大部分用戶(hù)習(xí)慣使用本軟件，將軟件的主界面做成了菜單形式，主菜單分為“文件”“信息輸入和查詢(xún)”“數(shù)據(jù)成圖”“用戶(hù)幫助”4個(gè)子模塊，如圖7—圖11所示。

圖6 CAD成圖程序流程

圖7 系統(tǒng)主界面

圖8 點(diǎn)屬性錄入和查詢(xún)界面

圖9 線錄入和查詢(xún)界面

圖10 導(dǎo)入坐標(biāo)程序界面

圖11 一鍵成圖界面

成圖效果如圖12所示。

圖12 在CAD中的成圖效果

五、結(jié)論與展望

本文建立了一套簡(jiǎn)潔實(shí)用的城市地下管線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，用C#語(yǔ)言對(duì)Access操作，開(kāi)發(fā)出了管線信息輸入和查詢(xún)軟件，實(shí)現(xiàn)了實(shí)測(cè)信息的錄入以及對(duì)數(shù)據(jù)的管理。利用C#語(yǔ)言對(duì)Auto-CAD進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，降低了成圖模塊的開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)了地下管線信息成圖的基本功能。

通過(guò)用實(shí)例數(shù)據(jù)對(duì)軟件進(jìn)行了相應(yīng)的功能測(cè)試，基本上能滿(mǎn)足地下管線信息化管理的工作需求。隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市地下管線作為城市規(guī)劃和建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，其重要性越來(lái)越突出。本文提出的地下管線管理綜合需求和解決方案，符合當(dāng)前國(guó)內(nèi)城市現(xiàn)行管線管理模式和管線數(shù)據(jù)現(xiàn)狀。對(duì)維護(hù)城市“血脈”的正常運(yùn)行，保證人民的正常生產(chǎn)、生活和社會(huì)發(fā)展都具有一定的實(shí)用價(jià)值。

［1］ 姚偉．城市地下管線探測(cè)與地下管線信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)以四川省南充市區(qū)為例［D］．成都:成都理工大學(xué)，2012．

［2］ 王玨．杭州城市地下管線綜合管理研究［D］．杭州:浙江大學(xué)，2006．

［3］ 馬強(qiáng)．淺論地下管線建設(shè)與管理［J］．合作經(jīng)濟(jì)與科技報(bào)，2010，26(20):47-48．

［4］ 朱學(xué)芳，曾娜，吳建華．DIP技術(shù)在地下管線工程檔案管理中的應(yīng)用探索［J］．檔案學(xué)通訊，2007，30(4):81-84．

［5］ 赫建忠，李魯群，鄧敏，等．基于UML城市地下管線地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］．測(cè)繪通報(bào)，2002(4):7-9．

［6］ 賈靜．基于Rest和RIA技術(shù)的城市地下綜合管線信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．贛州:江西理工大學(xué)，2013．

［7］ 常河．Google SketchUp與ArcGIS在城市三維地下綜合管網(wǎng)中的應(yīng)用研究［D］．昆明:昆明理工大學(xué)，2008．