城市排水防涝设施普查信息平台介绍
2014-03-24 09:00:59   来源:

按照《城市排水防涝设施普查数据采集与管理技术导则》(建城[2013]88号)的技术要求,基于地理信息系统(GIS)的城市排水防涝设施普查信息平台,构建了排水设施普查信息数据库……
随着全球气候变化和城市化的发展,以及城市排水设施建设管理的滞后,我国许多城市都出现了不同程度的内涝灾害,给城市经济和社会生活带来了重大危害[1-3]。2013年3月25日发布的《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》(国办发[2013]23号)要求各地区要尽快对当地的地表径流、排水设施、受纳水体等情况进行全面普查,建立管网等排水设施地理信息系统,为城市排水防涝规划编制与实施提供真实可靠的基础数据。2014年1月1日起施行的《城镇排水与污水处理条例》中,第三章第十七条明确规定县级以上地方人民政府应当建立排水设施地理信息系统,加强雨水排放管理,提高城镇内涝防治水平。但是,由于我国排水设施数据采集与管理技术相对落后,各地区没有统一的数据采集标准,没有标准化的排水防涝设施数据管理工具,为设施普查和排水设施地理信息系统的建立带来了巨大障碍。因此,一套可靠的设施普查工具,对复杂繁重的排水设施普查工作尤为重要。
城市排水防涝设施普查信息平台是由北京清控人居环境研究院有限公司与清华大学环境学院联合开发的一套基于GIS技术的综合排水设施普查系统软件[4],免费提供给我国各市县的排水主管部门及规划设计单位使用。该系统依据住房和城乡建设部组织编写的《城市排水防涝设施普查数据采集与管理技术导则》(建城[2013]88号)(以下简称《导则》)[5],组织和管理排水设施数据。系统通过可视化且简单快捷的操作,完成海量数据的存储和管理工作,并构建完全符合《导则》要求的排水设施普查数据库,节省了大量人力物力,提高了工作效率,同时也避免了人工记录造成的数据错误,为下一步各地区编制城市排水防涝规划与构建排水管网数学模型提供基础数据支持[6-8]
1 数据库设计与构建
由于排水设施信息数据量巨大,为了更好的对数据进行分类存储和系统管理,需要构建排水设施普查信息数据库。数据库的设计遵循结构可扩充性、数据完整性、拓扑可维护性、空间与属性关联性、空间数据多源性和数据安全性等原则,基于地理信息系统(GIS)技术设计普查数据库。
排水设施普查数据库存储地形、土地利用、管网、受纳水体等要素的空间和属性数据。可以通过搜集现有的工程设计和施工资料以及测绘得到各类设施的空间和属性数据。为了保证数据的准确性和完整性,需要对数据中的错误进行查找和修正,主要包括拓扑关系检查、数据完整性检查、异常值检查。
2 平台功能设计
基于GIS技术的城市排水防涝设施普查信息平台将排水设施数据空间和属性数据统一系统化管理。系统功能包括数据的录入、查询、校验、网络分析和成果统计五个模块,实现排水设施的综合管理和普查,建立排水设施地理信息系统。

2.1 设施编辑
我国的排水设施数据存储格式主要有原始图纸、excel、CAD、以及少量的GIS数据,缺乏统一标准,为数据管理和使用带来较大难度。为了提高数据录入和管理效率,普查数据需要按照《导则》的要求,统一数据标准。原始的图纸数据在数字化(拍照或扫描等)和坐标校正后,以背景图层形式添加到系统中,用户也可以在系统中根据背景图层信息进行排水设施编辑,包括设施的添加、删除、管线的拆分和反转等功能,设施的属性如基础信息、权属信息等可以在设施属性表中单独或批量录入。系统提供标准的excel和CAD数据模板,用户只需要将相关数据按模板要求整理即可导入到系统数据库中,生成普查数据,数据导入如图2所示。普查系统同时提供Shapefile、 Geodatabase、Raster等格式的GIS数据输入,只需要将其与标准数据建立映射关系,便可快速导入系统数据库中。




图2  数据导入功能
普查系统提供对数据编辑维护功能,以满足各种排水设施的空间和属性信息的创建、删除和更新,不同格式数据的导入导出,属性数据修改等方面的要求。实现空间数据和属性数据的同步更新,以保持各种设施拓扑关系的完整性。
2.2 设施查询
数据录入普查系统后,实现空间信息和属性信息关联,用户可以通过设施查询功能对各种排水设施的空间和属性信息进行查询(见图3),包括节点属性、管道属性和区域属性的查询,并在属性表中对相关信息进行修改。系统提供地图查询、属性表查询和快捷查询3种查询功能,用户可以直接在地图中点击设施查询设施属性;可以分别查询节点、管线、区域属性表;也可以使用快捷查询功能,根据用户自定义条件(如井深、管线材质等)查找符合条件的设施。

图3  数据查询功能
 
2.3 数据校验
通过各种渠道和方式获得排水设施数据,由于数据在设计、存储和施工阶段的人为错误或改变,不可避免的影响了数据质量。利用原始图纸、excel、CAD等工具进行数据校验工作量巨大,耗费人力物力,显然是不现实的。而利用GIS技术强大的分析功能对获取的数据进行校核,不仅具有极高的效率,而且也大大提高了准确性。

图4  数据校验功能

普查系统中提供了拓扑关系、数据完整性和异常值三种校验功能(见图4)。拓扑关系校验主要正对排水设施之间是否连通,上下游连接关系是否正确,管网中是否存在环状管网、逆坡和倒虹吸等。数据完整性校验主要是校核各排水设施属性数据是否完整,存在哪些缺失。异常值校验是根据排水设施的空间位置和上下游关系,对各类设施的空间属性的合理性进行核查。数据校验中发现的问题应通过人工经验判断和现场勘查等方式进行核实和处理。
2.4 网络分析
网络分析是为了进一步了解排水设施间的拓扑关系,分为连通性分析和上下游分析。通过设置连通性分析节点,了解两个节点之间是否具有连通关系,直观的反映在地图上(如图5所示),也可分析管网是否存在混接错接等错误,并查看此段管网的纵断面,观察管道铺设状态,为设施维护和管理提供便利。通过上下游分析节点的设置,获得该节点的上下游节点、管道和汇水区数据的空间组成,也可分析设施服务的空间范围,以明确各子排水系统服务区域是否合理。

图5  网络分析功能

2.5 成果统计
应用该普查系统可以构建基于地理信息系统的普查数据库,并满足数据维护更新和拓扑分析的要求,为构建城市排水防涝模型提供完整的基础数据。系统对节点(雨水口、检查井、排放口、泵站、溢流堰、调蓄池等)、管线(排水管、排水渠等)、汇水区(路面、建筑用地、绿地等)、受纳水体等设施状况和设施缺陷状况如管线逆坡、雨污混接、倒虹吸等进行系统统计,并对设施的完整性和异常错误统计,最终通过对数据的分析生成普查报告,统计了排水设施数量和质量信息,对排水管网设施现状做出总体性能评估。
3 运行环境
普查系统软件是基于ArcGIS开发平台使用VB.NET语言开发的应用软件。为了保证普查系统的正常使用,需要用户建立相应的软件运行环境,具体要求要求见表1。
表1 普查系统安装运行环境
Tab.1  Installation Environment of the System
环境 Windows XP SP3以上(推荐Win 7)
操作系统 Windows XP SP3以上(推荐Win 7)
办公软件 Microsoft Office 2003以上
GIS平台 ArcGIS 10.1(Desktop或Engine)
软件平台 Microsoft .Net Framework 4.0
北京清控人居环境研究院通过排水普查与规划模拟QQ群(群号:284073952)免费提供城市排水防涝设施普查信息平台软件。目前已有近百名从事城市排水防涝设施普查工作的用户在使用该软件,系统不仅可以帮助用户进行普查数据的整理和可视化分析,也可以低成本的帮助用户建立基本的排水地理信息系统,获得了良好的应用效果。
4.结论
本文分别从数据库设计、系统平台功能和系统运行环境等方面介绍了城市排水防涝设施普查信息平台。该系统可以为城市排水防涝设施普查工作提供便捷、高效、准确的技术支持。在详细而准确的普查工作完成后,利用系统的普查数据,可以构建城市排水管网模型,为城市排水防涝规划的编制和实施提供科学依据;也可以利用普查数据库进行定制化开发,建立数字化管控平台,提高排水防涝设施的科学管理和应急处置水平。

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