基于三維GIS的地下管線規(guī)劃審批輔助決策系統(tǒng)研究與設計

文｜泰華智慧產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司 劉永偉 郝敬全 張淑淑 孫祥會

1 引言

地下管線是城市生存以及發(fā)展的物質(zhì)基礎．是城市的“生命線”，是城市安全、健康運行的“動脈”，地下管線具有復雜性、多樣性、隱蔽性和更新變化快等特點，在我國城市化快速進程中，時常有因施工失誤導致地下管線被破壞的情況，造成了人民生命財產(chǎn)的損失。

圖1 管線輔助審批流程

傳統(tǒng)的地下管線規(guī)劃設計成果是二維圖紙，人們無法獲得在三維空間中的真實感受，一些在二維平面上看似優(yōu)秀的規(guī)劃設計方案在具體的實施過程中出現(xiàn)了許多三維空間尺度上的問題?；诙SGIS地下管線規(guī)劃審批系統(tǒng)已不能滿足業(yè)務需求，二維管線系統(tǒng)很難直觀地展示各管線之間、管線與周邊地物之間的空間關(guān)系，對三維可視化的需求的不斷提高，因此建立智能可視的三維地下管線規(guī)劃審批輔助決策系統(tǒng)，已成為當前地下管線規(guī)劃審批的迫切需求。

2 研究思路

管線規(guī)劃審批輔助決策系統(tǒng)，是將地下管線規(guī)劃數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)通過整理、處理、質(zhì)檢、成圖、入庫等一系列過程，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準及業(yè)務規(guī)范體系，集中到統(tǒng)一的平臺上，建立管線三維模型，通過相應的三維GIS平臺加載模型，實現(xiàn)水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析等功能，從而更好為地下管線的規(guī)劃審批提供有力支撐。

通過建立工程項目的方式對規(guī)劃數(shù)據(jù)進行組織管理、并進行輔助分析，將管線設計單位提供的非GIS格式點線數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成三維GIS格式的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設計了規(guī)劃、實測、竣工等3種類型管線數(shù)據(jù)的檢查成圖功能，成圖之后再進行水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析、橫斷面分析，最后輸出報告。業(yè)務流程圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設計

系統(tǒng)采用基礎支撐層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層、應用表現(xiàn)層四層體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)層由存貯屬性數(shù)據(jù)、三維空間數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫組成，包含影像數(shù)據(jù)庫、管線現(xiàn)狀庫、管線歷史庫、管線規(guī)劃庫、基礎地形庫，用戶對數(shù)據(jù)的訪問請求．通過應用表現(xiàn)層應用軟件提供的界面輸入，并經(jīng)業(yè)務邏輯層運算處理轉(zhuǎn)換為對數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)庫服務器的請求，通過基礎支撐層網(wǎng)絡設備向數(shù)據(jù)庫服務器發(fā)送請求，數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)服務器接收請求并處理完請求后，再將結(jié)果通過基礎支撐層網(wǎng)絡設備返回到業(yè)務邏輯層，最后返回給應用表現(xiàn)層，由表現(xiàn)層界面顯示或打印輸出用戶所需的結(jié)果，體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

管線規(guī)劃審批輔助決策系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，將計算任務合理分配到服務器和客戶端計算機，降低了應用系統(tǒng)的網(wǎng)絡資源消耗。C/S架構(gòu)的應用軟件操作靈活，響應請求的速度快，運行效率高，大大縮短凈距分析、覆土分析的運算時間。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

四層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：最大程度的利用資源、減輕服務器壓力、平衡系統(tǒng)負載，各層之間相互獨立，最終用戶不直接操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，不需要了解所訪問數(shù)據(jù)的技術(shù)細節(jié)和數(shù)據(jù)庫的分布，而把重點工作放在業(yè)務數(shù)據(jù)、三維GIS數(shù)據(jù)的維護和應用上，以及依托業(yè)務數(shù)據(jù)和三維GIS數(shù)據(jù)進行規(guī)劃審批、分析決策上面。

4 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)整體功能設計為文件操作、地圖瀏覽、質(zhì)檢成圖、數(shù)據(jù)入庫、輔助決策5個功能模塊，以滿足地下管線規(guī)劃審批輔助決策業(yè)務的需要，系統(tǒng)的功能設計如圖3所示：

4.1 文件操作功能模塊

文件操作功能模塊設計包含兩部分：項目信息、成圖數(shù)據(jù)，項目信息功能模塊包括的功能：新建規(guī)劃項目、打開規(guī)劃項目、查看規(guī)劃項目信息、關(guān)閉規(guī)劃項目，成圖數(shù)據(jù)功能模塊包括的功能：現(xiàn)狀數(shù)據(jù)加載、實測數(shù)據(jù)加載、規(guī)劃數(shù)據(jù)加載。

4.2 地圖瀏覽功能模塊

地圖瀏覽功能模塊設計包含三部分：瀏覽工具、測量工具、清除工具，瀏覽工具設計為電于地圖的基本操作：點擊查詢、拉框放大、拉框縮小、全圖顯示、平移地圖，量測工具功能模塊包括的功能：長度測量、面積測量，清除工具功能模塊包括的功能：釋放地圖當前功能、清除地圖上所有注記、清除地圖上部分注記、取消地圖上要素選中狀態(tài)。

以點擊查詢?yōu)槔狐c擊查詢將通過拾取地圖中管線設施將查詢顯示出該段管線的詳細信息（如管徑、材質(zhì)、地址、日期等）。

4.3 質(zhì)檢成圖功能模塊

質(zhì)檢成圖功能模塊設計包含三部分：規(guī)劃數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)，地下管線規(guī)劃數(shù)據(jù)功能模塊包括的功能：檢查配置、一鍵檢查、檢查成圖；地下管線實測數(shù)據(jù)功能模塊包括的功能：檢查配置、一鍵檢查、檢查成圖；地下管線竣工數(shù)據(jù)功能模塊包括的功能：檢查配置、一鍵檢查、檢查成圖。

4.4 數(shù)據(jù)入庫功能模塊

數(shù)據(jù)入庫分為新增入庫和更新入庫，新增入庫是將要入庫的數(shù)據(jù)直接導入到數(shù)據(jù)庫中；更新入庫是根據(jù)更新的范圍，自動刪除歷史數(shù)據(jù)，再將要入庫的數(shù)據(jù)新增到數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)導入完畢后，系統(tǒng)會生成數(shù)據(jù)入庫的日志報告，記錄數(shù)據(jù)入庫過程和出現(xiàn)的異常，以便用戶準確檢測到出問題的數(shù)據(jù)和查找異常原因。

數(shù)據(jù)入庫功能模塊設計包含兩部分：更新范圍和入庫，更新范圍功能模塊包括的功能：更新范圍的繪制、更新范圍的刪除、更新范圍的平移、更新范圍導入、更新范圍的保存，入庫功能模塊包括的功能：規(guī)劃數(shù)據(jù)更新入庫、規(guī)劃數(shù)據(jù)新增入庫、入庫日志。

4.5 輔助決策功能模塊

輔助審批功能模塊主要包括的功能：水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析、一鍵分析、橫斷面分析、報告輸出，水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析依據(jù)《GB50289-2016城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》設計。

水平凈距分析功能是指檢查規(guī)劃管線與現(xiàn)狀管線間水平凈距是否符合國家標準規(guī)范；垂直凈距分析功能是指檢查規(guī)劃管線與現(xiàn)狀管線間垂直凈距是否符合國家標準規(guī)范；覆土分析功能是指檢查管線覆土埋深，即管線頂部外壁到地表面的垂直距離是否符合國家標準規(guī)范；一鍵分析功能是對水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析功能的集成；橫斷面分析功能是指繪制和分析展示目標位置處的地下管線橫斷面信息；報告輸出功能是將分析的結(jié)果形成報告。

5 結(jié)語

建立準確、三維可視的地下管線規(guī)劃審批輔助決策系統(tǒng)，可提供直觀、便捷的地下管線輔助分析工具，為管線工程的規(guī)劃審批提供專業(yè)、科學的決策支撐，降低時間、費用和人力成本，有效地提高業(yè)務部門對管線規(guī)劃數(shù)據(jù)的審批能力。

圖3 系統(tǒng)功能設計