王成

（北京建筑大學(xué) 測繪與城市空間信息學(xué)院，北京100044）

地下電纜是一個城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，它不僅具有規(guī)模大、范圍廣、空間分布復(fù)雜、變化大、增長速度快、形成時間長等特點，更重要的它還承擔著信息傳輸、能源輸送等與人民生活息息相關(guān)的重要功能，也是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。另外，由于傳統(tǒng)的二維GIS 管理模式總是受到平面顯示范圍的限制，無法直觀反映地下電纜之間真實的空間位置關(guān)系[1]，因此本文提出一種利用三維激光掃描儀得到的點云數(shù)據(jù)來建造一種全新的地下電纜全要素數(shù)據(jù)管理信息方式與可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)地下電纜全要素數(shù)據(jù)的精益化管理與三維瀏覽。

1 概述

目前地下電纜體系的信息模型研究較少，有學(xué)者提出從信息技術(shù)與工程技術(shù)的角度研究電網(wǎng)信息模型（grid information model，GIM） 概 念。GIM 是 依 托 地 理 信 息 系 統(tǒng)（geographic information system，GIS），將電網(wǎng)的組成元素數(shù)字化，以信息模型為載體，集成每個元素全壽命周期的信息，實現(xiàn)信息的高效、準確、全面的應(yīng)用。本文提出的三維數(shù)字化模型是以三維激光掃描數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，建立地下電纜信息模型，實現(xiàn)地下電纜數(shù)據(jù)的精益化管理與可視化[2]。

地下電纜數(shù)據(jù)海量、多源、多樣，為了便于管理和規(guī)劃，本文將地下電纜全要素數(shù)據(jù)定義為兩類，第一類數(shù)據(jù)稱為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，第二類數(shù)據(jù)稱為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[3]。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要分為工井、管道截面、管孔、電纜段、電纜接頭、埋設(shè)、環(huán)網(wǎng)柜等幾類的模型數(shù)據(jù)和相應(yīng)的點云數(shù)據(jù)，主要用來進行可視化、線路規(guī)劃、設(shè)施設(shè)計。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為電纜設(shè)施對應(yīng)的屬性、狀態(tài)信息，主要用來進行位置查詢、狀態(tài)評估、資料查詢等。

地下電纜運行設(shè)備種類繁多，數(shù)量巨大。首先建立三維數(shù)字化模型，涵蓋結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)框架，以三維數(shù)字化模型為載體，通過多種信息采集手段實現(xiàn)對設(shè)備的信息化管理[4]。如下圖所示，地下電纜全要素數(shù)據(jù)的精益化管理主要以三維激光掃描數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，建立起以實體模型數(shù)據(jù)為載體的管理結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫引擎為基礎(chǔ)對數(shù)據(jù)進行規(guī)劃和管理。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 工井結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1 所示，工井結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理主要分為工井表、工井面表、井蓋表、電纜段表、管孔表、示意點表。每張表相互關(guān)聯(lián)的字段以數(shù)據(jù)庫外鍵進行連接，并且每張表都存在唯一、自增長的主鍵KEYID。

圖1

工井由井室和井蓋構(gòu)成，并且內(nèi)部有多根電纜子段。多個工井面構(gòu)成井室，為了使電纜從工井中穿過對工井面穿孔，管孔從屬于工井面。因此工井表包含面、井蓋、電纜子段數(shù)據(jù)的KeyID,工井面包含孔洞的KeyID，電纜子段包含兩端示意點的KeyID。工井面、井蓋、電纜子段表存在工井的外鍵，依據(jù)此外鍵找到所屬工井。

每個表中主鍵的存在保證了數(shù)據(jù)的唯一性，同時也加快了數(shù)據(jù)庫的操作速度。外鍵的存在保持數(shù)據(jù)的一致性、完整性。主鍵、外鍵的存在對數(shù)據(jù)進行了結(jié)構(gòu)化處理，從上級可以找到所屬下級的數(shù)據(jù)，相反從下級依據(jù)主鍵可找到上級。

2.2 埋設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計

工井與工井之間存在排管，隧道，溝道等埋設(shè)。

圖2

結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2 所示。其中，tagPipe 為排管的結(jié)構(gòu)設(shè)計，tagSD、tagDLG 為隧道和電纜溝的結(jié)構(gòu)設(shè)計，tagGD 為單根管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計，tagShelf 為支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。排管中g(shù)did 為所包含的單根管道（tagGD）的主鍵ID，同理隧道（電纜溝）中shelfid 為所包含的支架（tagShelf）主鍵ID。

3 電纜數(shù)據(jù)精益化管理

目前，在電纜線路中，存在著較多的問題，所以如何以上述結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)電纜線路的規(guī)劃和維護管理，并為做好電纜線路運行及維護管理工作提出有效對策。

查詢一條線路，主要是通過電纜子段和電纜示意點兩類結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。

表1 電纜子段結(jié)構(gòu)

表2 電纜示意點結(jié)構(gòu)

電纜子段表中存儲了示意點KeyID，通過共用的示意點最終連接成一條完整的電纜段。其查詢過程的核心在于電纜子段結(jié)構(gòu)中SYDID 字段存儲的為兩端示意點KeyID。如果某條電纜子段其中一端示意點等于上條查詢結(jié)果示意點KeyID（本身除外）,并同時記錄Type（是電纜接頭為一段電纜段）、GJKEYID（工井外鍵）、MSKEYID（埋設(shè)外鍵）、TERMINAL（終端頭外鍵）遞歸此過程，直到找不到符合條件的電纜子段，遞歸結(jié)束。

通過查詢結(jié)果可清楚的了解到這條線路從那個終端頭開始，中間經(jīng)過幾口工井和幾段埋設(shè)，最終在那個終端頭結(jié)束，對這條線路進行維護和規(guī)劃提供重要依據(jù)。

4 結(jié)論

本文通過整合地下電纜數(shù)據(jù)資源，可為地下電纜在規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)改造、竣工驗收、應(yīng)用驗收、電力安全、精細管理等方面提供全面、豐富服務(wù)支持和保障，實現(xiàn)了地下電纜管線的存儲、查詢、分析等功能，形成了一套完整的地下綜合電纜數(shù)據(jù)資源管理數(shù)字化的解決方案，為城市空間規(guī)劃、建設(shè)、管理及應(yīng)急決策等社會服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持及系統(tǒng)支撐，提高了城市管理效能，從根本上減少城市重復(fù)投資、增加管理手段、減少安全事故、增加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城市管理提供了有力支持，為智慧城市的建設(shè)奠定重要基石。