城市地下管線信息管理及數(shù)字可視化方法探討

張志浩 翁 杰

(1.上海城投水務(wù)(集團(tuán))有限公司供水分公司松北供水管理所，上海 201615；2.上海城投水務(wù)(集團(tuán))有限公司供水分公司閔行供水管理所，上海 201108)

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城市地下管線信息管理及數(shù)字可視化方法探討

張志浩1翁 杰2

(1.上海城投水務(wù)(集團(tuán))有限公司供水分公司松北供水管理所，上海 201615；2.上海城投水務(wù)(集團(tuán))有限公司供水分公司閔行供水管理所，上海 201108)

介紹了現(xiàn)階段地下管線信息化管理存在諸多的問題及危害，在現(xiàn)狀標(biāo)示方法的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)字可視化方法，并通過與傳統(tǒng)方法的比較，分析了實(shí)現(xiàn)方法及精度控制要素，從而提高地下管線信息的有效管理。

地下管線，信息化管理，數(shù)字可視化，芯片植入

0 引言

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市的“血管”，是城市賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，被稱為城市的“生命線”。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市化步伐的加快和城市功能的拓展，城市地下管線在城市建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。維護(hù)城市“生命線”的正常運(yùn)行，具有重要的現(xiàn)實(shí)和歷史意義。目前，我國城市地下管線信息化管理程度低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的需要，嚴(yán)重滯后于城市三維管理信息化建設(shè)進(jìn)程，對(duì)城市地下空間的開發(fā)利用帶來了障礙[1]。本文針對(duì)地下管線的信息管理及可視化技術(shù)進(jìn)行探討。

1 存在的問題及危害

1.1 存在的問題

當(dāng)前我國地下管線信息管理中存在的主要問題：

1)歷史欠賬問題較為突出。特別是早期建設(shè)的管線，很多城市的檔案資料中管線資料缺失明顯。中國的城市發(fā)展經(jīng)歷了曲折的過程，很多早期鋪設(shè)的管線沒有資料，都是靠技術(shù)人員的記憶來記住位置，完全不準(zhǔn)確。如進(jìn)行全面的管線普查需要大量的人力和物力，因?yàn)榧夹g(shù)的因素，部分管線也沒有辦法進(jìn)行探測(cè)出其準(zhǔn)確的位置，效果不理想。

2)地下管線資料信息不全，現(xiàn)勢(shì)性差。很多地下管線項(xiàng)目都是配合其他建設(shè)項(xiàng)目施工，工期短，任務(wù)急，部分項(xiàng)目施工完成后，可能連數(shù)字化的竣工紙質(zhì)資料都沒有，滯后于城市建設(shè)的需要。

3)資料分散管理，共享程度低。中國目前的現(xiàn)狀是各大管線公司管理自屬管線，每類管線權(quán)屬公司有自己的標(biāo)準(zhǔn)和管理模式，相互之間信息溝通難，共享程度低，沒有形成一個(gè)有效的、科學(xué)的統(tǒng)一的管理機(jī)制。

4)監(jiān)管力度不夠。目前各管線建設(shè)管理的歸口政府部門不同，導(dǎo)致管理的力度不一致，監(jiān)管的側(cè)重點(diǎn)也不盡相同。對(duì)管線的建設(shè)方和施工方以及管線測(cè)量單位的監(jiān)管力度不相同，導(dǎo)致地下管線資料完整性嚴(yán)重不足。因?yàn)闆]有形成有效的，科學(xué)的監(jiān)管體制，導(dǎo)致很多城市都存在反復(fù)挖填、反復(fù)鋪設(shè)管線的情況。

5)技術(shù)創(chuàng)新不夠。隨著施工技術(shù)和施工工藝以及施工材料的發(fā)展，現(xiàn)有的探測(cè)技術(shù)方法，測(cè)繪技術(shù)，數(shù)據(jù)建庫技術(shù)，信息管理系統(tǒng)和信息管理機(jī)制等有待于改進(jìn)、提高和完善。

6)管線資料利用率低。很多管線建設(shè)單位對(duì)自己的地下管線資料沒有形成很好的利用，部分單位只是為了完成城建檔案歸檔需要，工程竣工后將管線資料束之高閣。

1.2 造成的危害

由于數(shù)據(jù)的現(xiàn)時(shí)性不足、共享不足、精度有待提高等原因，在城市管網(wǎng)的改造和新建時(shí)，常常會(huì)發(fā)生錯(cuò)挖和爆管等事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。造成危害的主要原因有：

1)各管線單位“各自為政”，數(shù)據(jù)相對(duì)封閉，沒有發(fā)揮綜合優(yōu)勢(shì)。在某些城市，各管線建設(shè)單位為了各自的經(jīng)濟(jì)利益，出于行業(yè)保護(hù)主義，資料不外傳或刻意給其他管線建設(shè)制造障礙，使地下管線數(shù)字化等優(yōu)勢(shì)沒有體現(xiàn)出。

2)現(xiàn)有技術(shù)手段之下，或出于安全因素，地下管線空間信息封閉。尤其是一些涉及到人民群眾正常生活等切身利益和涉及公眾安全的重大管線，如供水、燃?xì)獾?，不能將該類管線的空間信息面向社會(huì)或面向大眾，通常都是由管線建設(shè)單位或者行業(yè)主管部門保管該類管線的信息資料。

3)各類管線資料多數(shù)以紙質(zhì)或電子形式存放，采用人工管理，資料與實(shí)地情況沒有形成有效的聯(lián)系。目前各管線的現(xiàn)狀基本都是管線鋪設(shè)人員和后期管理或巡查人員是不同的人員；很多管線公司后期養(yǎng)護(hù)時(shí)，現(xiàn)場的巡查人員無法準(zhǔn)確和詳盡地知道管線的真實(shí)情況，有些甚至是靠人工記憶和圖紙對(duì)比來了解現(xiàn)場情況，經(jīng)常會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤或損壞而沒有能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)狀大部分單位都把注意力集中在了如何建設(shè)有效的地下管線管理信息系統(tǒng)，而忽視了對(duì)實(shí)際管線現(xiàn)場的有效管理。而綜合應(yīng)用各類先進(jìn)技術(shù)，使現(xiàn)有的地下管線管理系統(tǒng)與現(xiàn)場實(shí)際情況之間建立良好的聯(lián)系，提高管理效率和節(jié)約施工成本是本文探討的重點(diǎn)。

2 可視化方法探討

2.1 現(xiàn)狀標(biāo)示方法

現(xiàn)階段各種管線標(biāo)示主要以平面為主，基本均為管線竣工后在地面修復(fù)時(shí)安裝上標(biāo)示標(biāo)牌，便于后期養(yǎng)護(hù)時(shí)查找。該方法標(biāo)示精度不夠，標(biāo)示管位關(guān)鍵部位效果有限。

2.2 數(shù)字可視化方法

本文探討的城市地下管線的數(shù)字可視化方法，是在所屬管線關(guān)鍵部位正上方安裝植入RFID技術(shù)的可視化信息標(biāo)示裝置(本文簡稱信息樁)，在RFID內(nèi)置唯一條碼將對(duì)應(yīng)該標(biāo)示管線的數(shù)據(jù)庫信息(無外乎管線位置、材料、管線類別、管線權(quán)屬單位等屬性數(shù)據(jù))，并且充分利用GIS技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、無線電技術(shù)等，通過讀卡器聯(lián)動(dòng)，操作人員在現(xiàn)場能讀取條碼，PDA直接調(diào)取數(shù)據(jù)查看管線的屬性數(shù)據(jù)，使該區(qū)域地下管線得到有效的顯示。利用RFID(Radio Frequency IDentification)在巡更中的作用，有效地使巡線人員執(zhí)行管線巡查，維護(hù)信息標(biāo)示裝置的同時(shí)既維護(hù)巡視了地下管線又維護(hù)更新了數(shù)據(jù)庫的信息，使管線養(yǎng)護(hù)人員能時(shí)刻掌握管線實(shí)際情況，可以實(shí)現(xiàn)管線的動(dòng)態(tài)管理。

2.3 實(shí)現(xiàn)方法

地下管線可視化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。需要制定統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，不同的管線單位按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，緊密結(jié)合各管線管理業(yè)務(wù)的流程以及日常養(yǎng)護(hù)需要，在各自所屬管線施工時(shí)，充分利用供水、排水、電力、燃?xì)獾鹊叵鹿芫€數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)，精確安裝信息樁，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資料與實(shí)地之間有效的聯(lián)系和匹配，最終實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)信息的共享、整合等等。

2.4 與傳統(tǒng)方法的比較

地下管線的數(shù)字化作為“數(shù)字城市”建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是影響城市和發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，城市地下管線的可視化技術(shù)是在傳統(tǒng)簡單標(biāo)示方法的基礎(chǔ)上的一種探索，是摸著石頭過河。如果地下管線可視化能實(shí)現(xiàn)，將減少管線工程施工事故，為管線施工提供現(xiàn)場管線分布數(shù)據(jù)，大大提高施工效率。與傳統(tǒng)標(biāo)識(shí)方法相比較，地下管線可視化主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1)管線標(biāo)識(shí)從平面邁向了三維的標(biāo)識(shí)。傳統(tǒng)方法僅是平面位置的標(biāo)示作用，可視化方法不僅是平面位置的標(biāo)示，還可從內(nèi)置芯片中“讀”出管線的屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管線的三維“可視化”；

2)在不打破原有管線的“不同管線的數(shù)據(jù)分散管理，所有權(quán)與維護(hù)權(quán)集中在各專業(yè)權(quán)屬單位”的原則基礎(chǔ)上，更多的實(shí)現(xiàn)了各管線數(shù)據(jù)的現(xiàn)場共享利用；

3)實(shí)現(xiàn)了后期養(yǎng)護(hù)巡查的動(dòng)態(tài)管理。因信息樁中的芯片帶有現(xiàn)代保安的“巡更”系統(tǒng)，加強(qiáng)了養(yǎng)護(hù)的自動(dòng)化管理。

2.5 精度控制要素

城市管線的可視化不是一個(gè)簡單的工藝，需要其他學(xué)科的強(qiáng)有力的支撐；是地理信息系統(tǒng)技術(shù)，測(cè)繪技術(shù)，施工技術(shù)，無線電通信技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)等的有效融合。

1)數(shù)據(jù)庫與地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精度與詳細(xì)程度是可視化的基礎(chǔ)，資料的完整性、現(xiàn)勢(shì)性、精確度決定了可視化的內(nèi)容豐富程度和準(zhǔn)確。

2)測(cè)繪科學(xué)技術(shù)，信息樁實(shí)地位置安裝的準(zhǔn)確性，直接反映了數(shù)據(jù)資料與現(xiàn)場之間的準(zhǔn)確度。避免信息樁的錯(cuò)位，或錯(cuò)樁，減小實(shí)地施工時(shí)造成破壞的概率。

3)計(jì)算機(jī)技術(shù)及無線通訊技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)決定了信息樁中內(nèi)置芯片的信息能得到有效的反饋和顯示。

3 展望

城市地下管線可視化是關(guān)于整個(gè)城市地下管線數(shù)據(jù)庫技術(shù)、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、射頻識(shí)別即RFID技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。希望在不久的將來，就像好萊塢科幻電影所描述的那樣，只需要帶上一副“眼鏡”或者其他專業(yè)的可視化設(shè)備站在道路上，可視化設(shè)備可自動(dòng)識(shí)別信息樁中的芯片，把芯片中的信息利用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)三維化的展現(xiàn)在我們的眼前。

[1] 林廣元.廈門市地下管線探測(cè)及信息化建設(shè)[J].城建檔案,2007(8):24-27.

[2] 洪立波,李學(xué)軍.城市地下管線探測(cè)技術(shù)與工程項(xiàng)目管理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3] CJJ 61—2003,城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

Discussion on information management and digital visualization of urban underground pipelines

Zhang Zhihao1Weng Jie2

(1.SongbeiWaterSupplyManagementOfficeShanghaiSMIWater(Group)Co.,Ltd,Shanghai201615,China;2.MinhangWaterSupplyManagementofficeShanghaiSMIWater(Group)Co.,Ltd,Shanghai201108,China)

At present, there are many problems in the management of underground pipelines. On the basis of the current situation labeling method, proposed the digital visualization method and compared with traditional methods, the realization method and precision control elements are presented. Therefore, the effective management of underground pipeline information is improved.

underground pipelines, information management, digital visualization, chip implant

1009-6825(2017)15-0250-02

2017-03-16

張志浩(1979- )，男，工程師

TP311

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