探究城市地下管線信息化及管線三維可視化建設(shè)流程及難點(diǎn)

韓燁

摘 要：本文將就管線信息化建設(shè)問題進(jìn)行探討，著重討論管線信息化建設(shè)中三維建設(shè)相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：地下管線 信息化 三維可視化 流程

近年來，隨著國家及各級(jí)政府對(duì)地下管線建設(shè)的重視，各地地下管線普查蓬勃開展，地下管線信息化規(guī)范化成為城市信息化建設(shè)中的重要一環(huán)。而管線探測(cè)自身具有的難度，管線老化帶來的問題使得事故一旦出現(xiàn)，便會(huì)對(duì)城市居民生活及城市建設(shè)產(chǎn)生巨大影響。因此，從數(shù)據(jù)初步探測(cè)、數(shù)據(jù)規(guī)范人庫管理，以及后期數(shù)據(jù)處理、利用等一系列與地下管線信息化系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)的環(huán)節(jié)，都需具備規(guī)范的流程、安全的數(shù)據(jù)管理方式，以便更好的管理利用管線數(shù)據(jù)，供國家建設(shè)、工程建設(shè)使用，為城市居民提供更好的生活環(huán)境。

—、管線信息化建設(shè)現(xiàn)狀

由于每個(gè)城市都存在龐大而復(fù)雜的地下管網(wǎng)系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的地下管線管理采用人工借助圖紙等紙質(zhì)資料來存放管理，在數(shù)據(jù)完備程度、精度、更新速度方面都有許多制約。管線建設(shè)工作分為外業(yè)探測(cè)及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。目前，在流程上內(nèi)外業(yè)管線普查一體化探測(cè)技術(shù)已基本成熟，在全國大部分地區(qū)也已采用此技術(shù)，并且使用該技術(shù)的城市數(shù)量也逐年遞增：所開發(fā)的基于地理信息系統(tǒng)的管線信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同管線類別與地形信息結(jié)合的綜合管理，針對(duì)不同的用戶也實(shí)現(xiàn)了輔助功能的開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，以達(dá)到合理配置資源的目的二維管線信息系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的檢索、處理、查詢統(tǒng)計(jì)等基本功能，同時(shí)能夠?yàn)楣芫€規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)、管理以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事故等起到積極作用，基本實(shí)現(xiàn)管線的規(guī)范化、自動(dòng)化、科學(xué)化管理。

雖然二維管線信息化建設(shè)初具規(guī)模，但仍存在數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)各地區(qū)執(zhí)行上的差異性。數(shù)據(jù)不全面、探測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)、管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新機(jī)制不健全、功能不全面等也是目管前管線信息化建設(shè)存在的問題。

地下管線三維可視化信息系統(tǒng)的建設(shè)，能夠結(jié)合三維城市模型與管線模型信息進(jìn)行地上地下數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析，通過三維GIS地下管線系統(tǒng)，使地下三維管線數(shù)據(jù)的自動(dòng)驅(qū)動(dòng)生成和城市地表三維模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)城市的地上地下部分一體化，具有了真實(shí)的現(xiàn)實(shí)意義。目前該技術(shù)已經(jīng)在全國多個(gè)城市進(jìn)行了很好的推廣和拓展。

二、管線信息化建設(shè)意義

城市地下管線屬于城市的基礎(chǔ)設(shè)施，涉及城市主要信息，在城市規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)等占據(jù)重要地位，管線信息化建設(shè)具有重要意義。

首先，管線信息化建設(shè)改變了管線信息傳統(tǒng)管理方式，解決了傳統(tǒng)管線信息存儲(chǔ)存在的各種問題。傳統(tǒng)管線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以紙類為媒介，除據(jù)重復(fù)、缺漏，査詢、更新、資料保管等都對(duì)管網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)造成了制約。而隨著城市化進(jìn)程不斷加快，各類管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，建設(shè)、更新速度也不斷加快，傳統(tǒng)管線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)導(dǎo)致不同種類管線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散，在需要對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行綜合管理的存在各種不便。而利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，借助地理信息系統(tǒng)來管理管線數(shù)據(jù)，對(duì)管線的建設(shè)、維護(hù)，以及應(yīng)對(duì)緊急事件，進(jìn)行預(yù)警分析都具有重要意義。

其次，采用信息化管理方式，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。信息化管理方將本來由不同部門管理的管線數(shù)據(jù)統(tǒng)一在綜合管理平臺(tái)下，節(jié)省了人工成本，提高了數(shù)據(jù)利用率及查詢效率，能夠?yàn)橐?guī)劃管理部門及時(shí)提供較好的參考信息。另外，地下管線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度得到提高，避免和減少了挖斷底線管線事故，將不必要的損失降到最低。同時(shí)，綜合管線信息系統(tǒng)中信息完備，為新建管線提供了較好的參考，為構(gòu)建數(shù)字城市創(chuàng)造了良好的條件。

此外，在預(yù)警決策方面，需要準(zhǔn)確完備的管線信息才能夠在遭遇突發(fā)性事故時(shí)進(jìn)行最好的應(yīng)對(duì)。管線信息化系統(tǒng)的不斷完善對(duì)于長期保持城市地下管網(wǎng)的正常安全運(yùn)行具有重要意義，只有信息準(zhǔn)確、更新及時(shí)，才能變被動(dòng)救援三維管線建設(shè)在覆蓋二維管線信息化優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)管線信息進(jìn)行三維化，能夠?qū)⒍S無法體現(xiàn)的信息進(jìn)行進(jìn)-步展現(xiàn)，使管線數(shù)據(jù)表達(dá)更為直觀。例如在對(duì)井進(jìn)行探測(cè)時(shí)，二維數(shù)據(jù)僅能夠以數(shù)字形式展示深度信息，而三維信息能夠在虛擬環(huán)境中模擬井內(nèi)現(xiàn)況，為事故處理、管線建設(shè)提供更好的參考。

三、管線信息化建設(shè)流程

管線數(shù)據(jù)信息化建設(shè)環(huán)節(jié)主要包括：野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量檢測(cè)、數(shù)據(jù)建庫（二三維數(shù)據(jù)庫建設(shè)）、軟件動(dòng)態(tài)管理等。外業(yè)數(shù)據(jù)采集由人工進(jìn)行，同時(shí)按照數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)

行初步處理。在數(shù)據(jù)采集后，使用質(zhì)量檢測(cè)T.具，根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)剔除、修正不合理數(shù)據(jù)。管線數(shù)據(jù)檢測(cè)完畢后，將準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行人庫。針對(duì)二維與三維數(shù)據(jù)庫，有不同的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。其中，因?yàn)槿S管線化生產(chǎn)需要對(duì)管線進(jìn)行建模，三維數(shù)據(jù)的采集必須經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)檢，采集要求也與二維不同。管線信息采集人庫整理是一個(gè)長期持續(xù)的過程，需對(duì)現(xiàn)實(shí)情況中的管線變化進(jìn)行定時(shí)跟蹤、實(shí)時(shí)更新。同時(shí)管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫中的管線數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)管理、使用，在進(jìn)行長期維護(hù)的同時(shí)，軟件自身功能也需要根據(jù)不同用戶的需求進(jìn)行開發(fā)。而管線信息的動(dòng)態(tài)更新也是管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)的難點(diǎn)之一。

四、管線三維信息化難點(diǎn)

管線信息化建設(shè)開展已有一段時(shí)間，基本已投入實(shí)際應(yīng)用。但在一些方面仍存在技術(shù)難點(diǎn)，特別是三維管線信息化建設(shè)，由于起步較晚，某些方面技術(shù)還未能完全滿足現(xiàn)實(shí)需求。

1、數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)

由于管線數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)未能做到完全統(tǒng)一，在全國范圍內(nèi)不僅各地區(qū)存在一些差異，具體到單個(gè)外業(yè)采集人員，也不能夠完全做到按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范與落實(shí)程度成為管線信息化過程中的難點(diǎn)之一。三維管線數(shù)據(jù)采集與二維管線數(shù)據(jù)的采集不完全相同，暫時(shí)還未形成完備統(tǒng)一的采集標(biāo)準(zhǔn)，在目前投入使用的一些管理系統(tǒng)中，管線原始數(shù)據(jù)較為混亂在構(gòu)建三維管線模耐，必須嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)圖形學(xué)要求，保持采集數(shù)據(jù)的正確性與完整性，采取標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集、處理方式，再通過質(zhì)檢系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理，才能順利完成三維管線模型生產(chǎn)。

因此需要制定統(tǒng)一的三維管線數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外業(yè)采集人員進(jìn)行培訓(xùn)，規(guī)范原始采集數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，減少數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)過程中的數(shù)據(jù)損失。

2、動(dòng)態(tài)更新

為了對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，避免管線數(shù)據(jù)重復(fù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)庫與實(shí)際管線建設(shè)、修改同步，需采用動(dòng)態(tài)更新機(jī)制以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修改三維數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新涉及的模型的重新生產(chǎn)問題，在更新管線數(shù)據(jù)的同時(shí)，需關(guān)聯(lián)管線模型，完成舊模型打入歷史庫新模型生產(chǎn)：這就要求外業(yè)采集、質(zhì)檢過程、數(shù)據(jù)庫與模型庫死者之間有完備的動(dòng)態(tài)鏈接機(jī)制：由于不同環(huán)節(jié)的工作分離，數(shù)據(jù)未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等情況，要將這四個(gè)環(huán)節(jié)處理進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定具有難度。

3、三維造型

三維管線生產(chǎn)實(shí)際即為根據(jù)采集的管線數(shù)據(jù)生成三維模型，模型與現(xiàn)實(shí)中的管線相似度高，參數(shù)一致，以達(dá)到對(duì)管線維護(hù)建設(shè)提供支持目的。在管線三維模型建設(shè)時(shí)，由于三維模型生產(chǎn)批量大，精細(xì)程度要求高，對(duì)程序性能提出的要求較好此外，數(shù)據(jù)采集的局限性導(dǎo)致不同類型的井室生產(chǎn)與現(xiàn)實(shí)情況完全匹配具有較大難度。

除以上三點(diǎn)，在對(duì)管線數(shù)據(jù)的管理、功能性分析（如日照分析）上也存在一些技術(shù)難點(diǎn)，本文不再進(jìn)行深入探討。

4、地下管線三維與地面三維的精確匹配

由于管線探測(cè)的高精度（厘米級(jí)），地面三維的高程精度一般為幾十厘米以上，所以地下管線三維的精度與地面三維的高程精度不一致，很多時(shí)候容易導(dǎo)致不匹配，對(duì)平原地區(qū)還好，對(duì)于有山地的城市往往存在匹配的矛盾，需要研究相應(yīng)的算法或者提高地面三維高程的精度來解決。

五、小結(jié)

管線信息化建設(shè)作為三維數(shù)字城市建設(shè)的一部分，已經(jīng)初具規(guī)模。其具有重大的建設(shè)意義，同時(shí)現(xiàn)階段也存在著一些不足，有待發(fā)展。在提高數(shù)據(jù)探測(cè)技術(shù)，規(guī)范數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)的前提下，合理利用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，增加對(duì)管線信息的管理與利用，提高城市地下管線綜合水平，也對(duì)我國三維數(shù)字城市的綜合監(jiān)視具有重要意義。