智慧城市中基于GIS的地下管線信息系統(tǒng)探討

李愛國，李艷軍，王新來，萬永世

LI Ai-guo1, LI Yan-jun1, WANG Xin-lai2, WAN Yong-shi1

（1.天津市地球物理勘探中心；2.華北（天津）地理信息有限公司）

(1.Tianjin Geophysical Prospecting Center; 2.North China (Tianjin) Geographic Information Co., Ltd.)

1 相關概述

1.1 智慧城市概述

智能城市是信息化城市的高級階段，它是生態(tài)的、可持續(xù)的、創(chuàng)新的、廣泛互聯(lián)的，該定義能將智能的技術特征全面體現(xiàn)出來，但其主題過于寬泛，不夠明確具有一定的局限性。根據(jù)知識經(jīng)濟的戰(zhàn)略背景，智能城市的特征為廣泛應用知識和知識內(nèi)涵，其手段為互聯(lián)網(wǎng)、云技術等新興信息技術，其目的是構(gòu)建以人為本的外部環(huán)境，進一步了解各類資源，這種新型城市有利于社會的可持續(xù)發(fā)展。簡單來說，智能城市可以將資本市場和知識市場進行交換和應用，從而進一步加快我國城市建設。

1.2 GIS技術概述

將GIS技術應用到地下管線信息化建設中，主要是由于GIS具有強大的空間分析能力。除此之外，還應用到GIS技術的以下三方面優(yōu)勢。

1）可視化較強。GIS技術具有較強的可視化功能，使它可以將地下管線測量工作中的抽象實物具體化，通過相關數(shù)據(jù)的整合和空間定位，實現(xiàn)測量實物本身的虛擬模型，這樣工作人員就可以根據(jù)虛擬模型進行分析和研究；

2）測量結(jié)果準確性較高。相較于人工測量，GIS技術測量結(jié)果的準確性更高，它可以幫助人們更好地分析地下管線相關測量數(shù)據(jù)，從而掌握宏觀實物情況。

3）根據(jù)實際需求，對事物進行任意比例的放大和縮小，提高測量的整體效果，不僅可以為管線空間定位提供重要的幫助，還可以為管線智能化建設提供有效的指導。

2 地下管線信息化建設現(xiàn)狀

地下管線作為城市的核心所在，對其實行智能化建設顯得尤為關鍵。以往的城市化建設中，由于盲目注重路面開挖，而忽略地下管線，導致地下管線事故頻頻發(fā)生，不僅阻礙了城市化建設，同時也影響了人們的正常生活和工作。隨著智慧城市概念的提出，使得城市化建設開始朝著智能化方向發(fā)展，這對于地下管線建設也起到了很好的促進作用。目前，GIS技術被廣泛應用到城市地下管線建設中，通過GIS技術強大的空間分析能力和可視化能力，使得工作人員可以很好的掌握地下管線的詳細信息，為后續(xù)的建設提供有力指導。

3 智慧城市中基于GIS的地下管線信息系統(tǒng)建設

3.1 地下管線信息系統(tǒng)的設計

利用GIS技術構(gòu)建地下管線信息管理系統(tǒng)，其實質(zhì)是建立地下管線數(shù)據(jù)庫，通過對數(shù)據(jù)庫的分析和管理，掌握地下管線建設的相關信息，地下管線數(shù)據(jù)庫可以詳細分為以下幾種：

1)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫的功能是對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的管理；

2)過程數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫是指地下管線信息管理系統(tǒng)設計過程中的各類數(shù)據(jù)庫和文件的組成體；

3)歷史數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫可以提供一定時期內(nèi)的數(shù)據(jù)的回溯，使管線數(shù)據(jù)的瀏覽不再停留在一個瞬間，而是一段時間內(nèi)的過程瀏覽，為4D-GIS的應用提供數(shù)據(jù)基礎；

4)專題數(shù)據(jù)庫

它根據(jù)管線基礎數(shù)據(jù)CAD格式，可通過相關軟件獲得其專題地圖存儲入庫。

本次研究中基于GIS的地下管線信息管理系統(tǒng)主要采用C/S和B/S兩種模式，其中C/S模式主要是實現(xiàn)地下管線相關數(shù)據(jù)信息的采集、整理、更新和備份等功能，由于GIS技術具有較強的空間分析能力，這使得B/S模式的功能不再僅僅是對地下管線的信息瀏覽和查詢，而是要發(fā)揮GIS技術的優(yōu)勢所在，實現(xiàn)對地下管線的多種情況分析，即碰撞分析、緩沖分析、爆管分析、連通分析、橫斷面分析、拆遷分析、覆土分析、凈距分析、最佳路徑分析、關閥分析等，這樣所建立的系統(tǒng)才具有更強的分析功能，圖1為地下管線信息管理系統(tǒng)界面。

圖1 地下管線信息管理系統(tǒng)界面

除此之外，由于地下管線的特殊存在形式，使得對其的研究必須要建立在垂直方向上，所以應當依靠3D-GIS技術，捕獲地下管線的空間位置信息，詳細如圖2所示。

圖2 3D地下管線場景簡單模擬示意圖

3.2 地下管線信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

以往的地下管線經(jīng)常發(fā)生爆管的事故，事故發(fā)生原因較多，例如管材老化、地質(zhì)災害等，在發(fā)生爆管事故后，需要相關工作人員第一時間進行爆管位置的處理。但是由于管線爆管大都是通過壓力監(jiān)測的方式發(fā)出警報，這使得工作人員很難掌握爆管的準確位置信息，同時也無法了解事故的波及范圍。而基于GIS技術的地下管線信息管理系統(tǒng)的建立，可以為工作人員提供重要的信息參考，工作人員可以通過對數(shù)據(jù)庫的瀏覽和查詢，快速、準確的確定爆管的具體位置，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果進行相應閥門的關閉。另外，該系統(tǒng)還應可進行停水區(qū)域查詢、管網(wǎng)水力情況查詢顯示等功能。根據(jù)嵌入管段中的位置感應器和負荷運行情況感應器通過RFID感應器，將管線關鍵參數(shù)傳感到智能系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，實現(xiàn)城市地下管線的智能化、可視化、多元化的智慧管理。

4 結(jié)束語

綜上所述，地下管線作為智慧城市建設的重要組成部分，其建設方向必須要朝著智能化方向發(fā)展。而GIS技術由于具有較強的空間分析能力，加之強大的可視化功能和高測量精度，使其可以應用到地下管線信息系統(tǒng)建設中。通過構(gòu)建地下管線信息管理系統(tǒng)，可以有效降低城市地下管線事故發(fā)生概率，同時為城市化建設提供有力指導。

[1]吳然,趙俊蘭,王磊.智慧城市中基于GIS的地下管線信息系統(tǒng)探討[J].科技視界,2013,(22):53-54.

[2]張春黎.基于三維GIS的地下管線信息管理系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].安徽大學,2015.11-12