基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統(tǒng)的研究與設計

賈梅

摘 要：地下管線數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、范圍廣、空間分布復雜、管線種類繁多、變化大、形成時間長及增長速度快等特點，這使得傳統(tǒng)的二維平面管線圖難以對大量的管線信息進行有效描述和表達，因此利用地下電子標志器來構(gòu)建地下管線三維可視化管理信息系統(tǒng)，對地下管線錯綜復雜的分布情況進行直觀反映，并解決海量管線數(shù)據(jù)的管理問題就具有十分重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：地下管線；三維可視化；電子標識器；信息系統(tǒng)

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0051-01

現(xiàn)階段地下設施定位查找存在如下三大問題：一是文檔資料問題，即記錄不準確、地下設施廢棄、部分地下設施沒有在地圖上進行標注、圖紙無法與實際完全吻合；二是環(huán)境問題，即地下設施復雜、原標識點丟失、城市地形地貌發(fā)生改變、土壤條件和類型復雜、市容規(guī)劃顯示；三是技術和人員問題，即應用了新材料、維護人員更替、定位技術水平和經(jīng)驗限制。為了解決上述問題，基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)可以對地下管線現(xiàn)狀、規(guī)劃及變化的空間數(shù)據(jù)進行直觀反映，并通過計算機進行輸入、存儲、查詢、統(tǒng)計、分析及輸出，從而有效提高地下管線管理工作的質(zhì)量和效率。

1 基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統(tǒng)的總體設計

1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

圖1為系統(tǒng)的構(gòu)成圖，其工作原理如下：探測設備發(fā)送一定頻率的信號，安裝于地下的電子標識器（安裝位置如彎頭、設施交匯點、河管交匯點、示蹤線接入點、直埋閥門井等）吸收并存儲信號能量，探測設備段時間發(fā)送信號后進入信號接收模式，電子標識器將存儲的能量釋放并反射回探測設備，探測設備檢測返回信號強度來確定電子標識器地點（當探測設備與電子標識器最接近時，將產(chǎn)生最強的信號）。

1.2 系統(tǒng)的功能劃分

第一，系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理模塊的具體功能如下：用戶管理，即針對系統(tǒng)終端用戶的管理和系統(tǒng)維護人員的管理，實時了解系統(tǒng)狀態(tài)，防止人員越權(quán)管理系統(tǒng)，一旦有人員越權(quán)則系統(tǒng)會自動拒絕提供服務；權(quán)限管理，即根據(jù)系統(tǒng)所設置的操作權(quán)限，用戶只能訪問被授權(quán)的資源，若是沒有得到授權(quán)則拒絕訪問；日志管理，即記錄系統(tǒng)問題的信息，對監(jiān)系統(tǒng)所發(fā)生的事件進行監(jiān)視，檢查出現(xiàn)問題的原因，維護系統(tǒng)的安全運行；密碼管理，即設置修改密碼；系統(tǒng)幫助功能，即幫助用戶解答使用疑難。

第二，數(shù)據(jù)瀏覽。數(shù)據(jù)瀏覽模塊主要實現(xiàn)地下管理數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)瀏覽、圖形預覽和表數(shù)據(jù)預覽，包括屬性信息和空間信息的瀏覽。圖庫、圖形、柵格和矢量圖層的元數(shù)據(jù)瀏覽，圖形預覽和表數(shù)據(jù)預覽。在空間信息頁中能夠顯示圖庫中空間所選擇圖形信息的元數(shù)據(jù)、圖形的屬性信息等內(nèi)容。

第三，管線統(tǒng)計。管線統(tǒng)計也包括很多種，如管徑統(tǒng)計、埋深統(tǒng)計、管點匯總、材質(zhì)匯總等，其中管徑統(tǒng)計是指在不同的圖層中或者單個圖層中對不同范圍的管徑個數(shù)的統(tǒng)計，以及地下管線的總長度，并可設置不同的地下管線埋深范圍，對不同埋深的地下管線個數(shù)進行統(tǒng)計；管點匯總是根據(jù)管點的性質(zhì)進行分類匯道；材質(zhì)匯總則是根據(jù)地下管線的材質(zhì)進行分類匯總，地下管線的材質(zhì)包括不銹鋼管、PE管、灰口鑄鐵鋼等，可分別統(tǒng)計出各類材質(zhì)管線的個數(shù)。

第四，數(shù)據(jù)可視化查詢。數(shù)據(jù)可視化查詢模塊是根據(jù)用戶所定義的查詢條件，快速查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄，選擇條件匹配的數(shù)據(jù)，并將其可視化的顯示在程序主窗體內(nèi)。為達到復雜條件下的快速數(shù)據(jù)檢索，該模塊利用元數(shù)據(jù)建立多層數(shù)據(jù)索引，以提高數(shù)據(jù)檢索效率。以天然氣管線查詢?yōu)槔?，例如用戶檢索某區(qū)域的城市天然氣管線，管線隸屬市天然氣公司，查詢系統(tǒng)根據(jù)管線所在地區(qū)和隸屬單位的查詢條件所對應的數(shù)據(jù)索引層，查詢并返回所查詢的結(jié)果。

第五，管線分析。輔助決策是系統(tǒng)的一項重要作用，管線分析模塊將根據(jù)地下管線數(shù)據(jù)為用戶提供直接的數(shù)據(jù)解析結(jié)果，為輔助決策提供直觀的依據(jù)。例如，凈距分析有水平、垂直凈距分析，是指將兩段管線段之間的距離多少清晰的展示給用戶，幫助用戶判斷管線段之間的距離大小是否符合標準；地下管線爆管經(jīng)常發(fā)生，在事件發(fā)生后有關部門要進行爆管段分析，查找出爆管段附近的閥口，將閥口安全關閉，阻止災難事故的發(fā)生，同時需要在一定緩沖區(qū)域內(nèi)查找到爆管的地方，采取補救措施。

2 基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統(tǒng)的關鍵技術

2.1 電子標識器和探測設備

系統(tǒng)使用的地下電子標識器包含如下三種型號：圓柱型RXG-TR15可埋深1.5米，主要用于公路及人行道等；圓柱型RXG-TR07可埋深0.5米，主要用于路面和井蓋等；方型RXG-TR20可埋深1.8米，主要用于綠化帶等。地下電子標識器具有如下特點：可存儲數(shù)據(jù)并記錄相關信息、全球唯一ID碼以便于識別、無需電源并完全免維護、使用壽命30年以上、現(xiàn)場識別管線并指導管線開挖、使用低頻信號可穿透路面、抗干擾能力強。

而系統(tǒng)使用的探測設備具有如下特點：設備操作簡單并攜帶使用方便、電池待機時間長、可探測地下管線路由、可識別并讀取地下電子標識器、數(shù)據(jù)存儲空間大、自帶GPS可精確定位和查找地下管線。

2.2 地下管線數(shù)據(jù)標準化處理

地下管線信息數(shù)據(jù)具有種類復雜、數(shù)據(jù)龐大等特點，因此在數(shù)據(jù)信息分類、數(shù)據(jù)標準、圖層標識、計算單位等過程中需要建立一套標準的規(guī)劃和流程，地下管線數(shù)據(jù)標準化主要體現(xiàn)在如下兩個方面：一方面是專題數(shù)據(jù)標準，是指地下管線數(shù)據(jù)建庫標準、綜合地下管線要素編碼規(guī)范等；另一方面是數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)管理制度，包括地下管線數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)核查、數(shù)據(jù)變更、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)備份等管理機制，形成全局統(tǒng)一的地下管線數(shù)據(jù)管理體系。

具體說來，系統(tǒng)的地下管線數(shù)據(jù)標準化處理主要包含如下內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫存儲的格式是AccessMDB，圖形的文件存儲的格式是AutoCAD DWG；地下管線圖標的標記要盡量簡單，讓圖畫更可觀；專業(yè)的注解要更多，讓管理地下管線的單位能夠用得上，從而實現(xiàn)畫面美觀、步驟簡明和有效可行的目標；顏色要統(tǒng)一，運用真色彩設定的模式能夠讓畫面更可觀、色彩更鮮艷，讓結(jié)果更好的顯現(xiàn)出來；調(diào)查水和燃氣管線接口方式，主要有柔性、剛性和熱度的接口，還調(diào)查主要有排水的泥井、沖水井、跌水井、燃氣的伸縮器、給水的門閥等設施種類，地下管線的使用材料有灰管、玻璃鋼、球墨鑄鐵、灰口鑄鐵管等，這些能夠使得系統(tǒng)有詳細的數(shù)據(jù)資料，便于資料的共享。

3 結(jié)語

綜上所述，基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統(tǒng)可以精確定位地下設施、智能識別讀取地下設施信息、快速查找地下設施、提高搶險施工效率、減少開挖事故率并降低成本、有效保護地下設施及數(shù)字化管理地下設施，在燃氣、熱力、給排水、電力、廣電、學校及電信等多個領域均可以應用，具有極高的應用和推廣價值。

參考文獻

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