对城市地下空间设施信息数据库建设的研究

总结并概括出地下空间中各类设施要素所遵循的复杂拓扑关系。首先将现状地下空间要素的拓扑关系进行划分，一共为5大类17个小类[1]，其中5大类主要包括：点状要素（如出入口）与线状要素（如连接通道）的类间的拓扑关系、线状要素类内的拓扑关系、面状要素类内的拓扑关系、面状要素与线状要素类间的拓扑关系、面状要素与面状要素类间的拓扑关系，这5大类关系形成了地下空间设施拓扑关系的基本框架，由这5大类拓扑关系逐级衍生成17个小类，其中主要包括地下空间设施要素各所属要素之间无缝隙、各层面间无压盖等类型的拓扑关系。7种要素类内拓扑关系是指同一要素类型内即地下空间设施数据的包括其所属地上建筑区域内不压盖、相连无缝隙等， 10种要素类间的拓扑关系包括不同类别地下空间设施所属对象的严格区分等。

空间信息的要素类内拓扑关系可在主流的GIS平台软件中采取有效方法验证（如ARCGIS、MAPINFO等），并且都能达到理想的验证结果。而要素类间拓扑关系则不可以实现。间拓扑关系数据在GIS中被认为是冗余的，也就是说数据不是必须的。对于简单的空间信息表达在后期通过对几何数据的计算可以拓扑关系换算出来并且实时构造拓扑关系非常便利，可是对于空间关系比较复杂的各种空间信息而言现时构建其拓扑关系并加以表达则需花费大量时间金钱。例如，对空间关系进行叠加分析、连通性分析、缓冲区分析等计算过程都是非常耗时的，如果在前期设计时就有明确的拓扑关系数据作为依据，后期计算的复杂度和计算成本将降低不少，这种“冗余”的拓扑数据也并不等于无效的数据，从另外一个层面来说它又有很多作用。

①在进行线状要素的联结关系分析方面，能够大大减少计算消耗的时间成本。

②拓扑属性数据对于计算周围关联信息极为便利，可利用拓扑关系数据帮助进行组合查询从而达到用户要求。

③依据拓扑属性快速建立起各种要素设计的拓扑关系能够发现一些数据存在的错误，并方便进行改正，可将基本的、简单地空间要素组合形成各种复杂的、复合的空间要素，同时为地图的自动配准和转换提供基础[3]。

因此本次对地下空间设施数据库的研究中专门考虑了其拓扑关系，在每一个类型的数据表单设计中都体现了拓扑关联的特性及其从属结构，其中地下公共服务设施、地下工业及仓储设施、地下防灾减灾设施、地下居住设施等几类设施均包含有出入口、地下通道、均有层次结构，但是又有着不同之处，如地下交通设施包含有地下交通场站设施。

2 地下空间设施数据设计

2.1 建立地下空间设施数据库的原则及流程

建立地下空间数据库遵循了规范性、简洁性、高效性等原则。地下空间设施的命名，数据库字段结构、数据库表结构的设计都严格按照相应标准规范执行；数据库的设计避免了不必要的冗余数据，且设计简单，使用户容易理解，在存储设计上遵循了节省空间的原则；数据库结构的设计是为了后期使用数据提供服务，其访问越简单，效率越高，能大大提高后期产品或工程项目的进展速度或系统运行速度。

地下空间设施的数据库建设与其它空间数据库建设流程相似，一般包括资料收集、数据转换及其他处理、数据检查于处理（包括拓扑关系检查与处理、立向空间关系检查与处理、属性完整性检查与处理[4]）、建立临时库、数据最终入库。具体的建库流程见图2。

2.2 地下空间设施数据库设计

城市地下空间数据库的建设一般考虑地上地下一体化的建立方式，其中地上空间数据库的建立参阅其他研究成果，本文只对地下空间设施数据库的建立进行研究。地下空间数据库设计及其空间关系如图3、图4。

2.2.1 数据库软件的选择

本次研究的城市地下空间普查成果数据库文件采用Microsoft Access 2007 以上版本的.mdb格式，Access的.mdb格式的数据库正适合存储普查过后日常的地下空间设施测量工作中涉及的小范围数据，同时Access所管理的各种对象都以后缀为.mdb的数据库文件的存储方式便于内业数据的处理和日常的管理；Access采用面向对象的方式将数据库系统中的各种功能对象化，在后期进行开发是节省了很多不必要的工作；同时方便外业人员进行数据录入，数据库向导可以方便的帮助内业人员进行数据库操作[5]；Access还支持ODBC（开发数据库互连，Open Data Base Connectivity），利用Access强大的DDE（动态数据交换）和OLE（对象的联接和嵌入）特性，位图、声音、Excel表格、Word文档等可以同时在数据表中嵌入，还可以建立动态的数据库报表和窗体等。Access还支持在网络上应用程序，将动态的数据库与网络相连接。利用数据库访问对象生成HTML文件，轻松构建Internet的应用，.mdb是GIS软件都支持的通用格式，.mdb数据能方便的转换成Geodatabase等数据格式[6]。

2.2.2 数据库设计

考虑到依据数据库层次结构的设计及地下空间拓扑关系的复杂性，针对每一项地下空间设施单独设立表单，并且记录其相应的层次、出入口、通道、几何信息等属性信息。同时设立城市地下空间普查元数据库，元数据库文件应采用Microsoft Access 2007以上版本的.mdb格式，文件名为UGMatadate.mdb。地下空间设施数据库中不同地下空间设施所包含的属性表有内容相似的地方，相应部分根据不同设施的特点又有所不同，每种类型的表单中均设置了相应的主键，使其与对应所属的设施保持对应关系。

2.3 数据库举例应用

数据库建设是在地下空间设施数据普查基础上的一项基本工作，主要是为对象描述提供高效的数据组织。下面以云南省昆明经开区地下管线普查数建立数据库。包括线与点，管线属性信息是由地下管线数据（点、线）组成，其中点信息由外业测量人员获得数据，包括点坐标（X，Y，Z）外业编号、图上点号；线信息由外业普查人员获得数据包括起点、终点（外业编号、图上点号、类别特征、管底埋深、管顶埋深、附属物、备注）、管线编号、材料、管径、电缆根数、埋设日期、权属单位、管线备注等。将各种管线数据录入，处理得到如图5、6所示。

3 结论

本文对城市地下空间设施的数据分析、表达及其数据库建设的研究，通过大量理论知识的积累，汲取国内外已有的先进研究成果及其经验，着眼于实际需求，详细设计了地下空间数据库结构，理清了各项设施的关系及其附属物的连接关系。为将来的地下空间信息管理及应用提供了良好的基础。本次研究针对实际问题确定研究领域及研究方法，由于其在城市空间多元化发展和防灾减灾方面的应用前景比较大，对城市未来的发展意义重大[7]。为设计和建设更具科学性的地下空间信息数据库，为地下空间信息建模或其它应用提供良好的数据基础。

参考文献：

[1]冯杭建，麻土华，刘伟宏，等.地籍空间数据库拓扑关系分析及基于规则的验证方法[J].计算机应用，2006，26（10）：2522-2524.

[2]朱建立.地质雷达测试技术研究[J].铁道建筑技术，2009（05）：61-64.

[3]玛依拉.基于规则的空间拓扑关系检查[D].长安大学，2009.

[4]王亚娟.基于拓扑模型的无边际区域研究与应用[D].解放军信息工程大学，2006.

[5]张晋，于宏晓，宋聚渭.Access在烟草科技项目研究中的应用[J].中国科技信息，2013（11）.

[6]吉晓香，张国华.基于B/S模式的博客系统[J].电脑知识与技术，2010（11）：2561-2562.

[7]郦璐，徐瑞龙.上海市地下空间开发利用现状及建议[J].上海建设科技，2010（05）：26-27.

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