空間信息大數(shù)據(jù)管理及其可視化技術(shù)在地下管線管理平臺中的應(yīng)用

苑志剛

摘要：空間信息大數(shù)據(jù)存儲管理一直是地理信息技術(shù)發(fā)展的難題。如何對這些海量、多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理應(yīng)用是地下管線管理中的一個重要問題。本文主要介紹了地下管線管理系統(tǒng)建設(shè)中海量數(shù)據(jù)存儲、管理、傳輸及其可視化應(yīng)用方面若干值得關(guān)注的技術(shù)問題。

Abstract： Spatial information big data storage management has always been a difficult problem in the development of geographic information technology. How to organize and manage these massive， multi-source， heterogeneous data is an important issue in underground pipeline management. This article mainly introduces several technical issues worthy of attention in the storage， management， transmission and visualization of massive data in the construction of underground pipeline management systems.

關(guān)鍵詞：地下管線;空間信息;大數(shù)據(jù);可視化

Key words： underground pipeline;spatial information;big data;visualization

中圖分類號：P208;TU990.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）06-0245-02

0 ?引言

城市地下管線是非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，它不僅具有規(guī)模大、覆蓋范圍廣、各專業(yè)管線種類繁多、變化快、地下空間分布復(fù)雜、增長速度快、形成時間久等特點，更重要的是它還承擔(dān)著信息傳輸、能源供給、雨污水排放等與百姓生活密切相關(guān)的重要功能，也是決定城市賴以健康發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

近幾年來，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的步伐不斷加快，城市地下管線依靠傳統(tǒng)的二維地圖管理模式，已根本不能滿足當(dāng)今城市規(guī)劃發(fā)展對地下管線大數(shù)據(jù)表達(dá)、信息分析、應(yīng)用的實際需要。基于此，實現(xiàn)地下管線的三維可視化管理，通過結(jié)合城市地理信息、辦公業(yè)務(wù)和輔助決策等地上、地下建筑規(guī)劃管理功能模塊于一體，采用計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)解決地下管線管理中所面臨的諸多問題。不僅有助于避免市政建設(shè)過程中城市道路的頻繁開挖，而且還可大大降低施工中地下設(shè)施的沖突與事故隱患，提升管線工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計、施工與管理的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。大量節(jié)省規(guī)劃審批中開挖道路斷面、核定管線位置的時間和費用，最大程度地降低因規(guī)劃失誤所造成的經(jīng)濟(jì)損失，對城市建設(shè)發(fā)展具有非常積極的意義。

1 ?管線GIS數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)的主要任務(wù)

數(shù)據(jù)管理平臺主要任務(wù)是在分布式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，建成一套專業(yè)性強、具有高可擴(kuò)展性的空間數(shù)據(jù)管理平臺。平臺以各類管線數(shù)據(jù)、地上地下空間信息數(shù)據(jù)，涵蓋數(shù)據(jù)采集整理、輸入輸出、數(shù)據(jù)更新、查詢搜索、統(tǒng)計分析等各個應(yīng)用環(huán)節(jié)。主要用于管理各類別管線數(shù)據(jù)、各分辨率影像數(shù)據(jù)、三維模擬數(shù)據(jù)等，滿足管線GIS數(shù)據(jù)的建庫、管理、更新與應(yīng)用需求，為決策管理部門提供地理信息管理和分發(fā)服務(wù)支撐。數(shù)據(jù)管理平臺不僅要實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫的管理，同樣適用于由GIS數(shù)據(jù)衍生出來的其他與空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)管理。

2 ?管線GIS數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

管線GIS數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)需要將來自不同數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、視頻、圖片、文本等海量、多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行組織管理并通過應(yīng)用開發(fā)接口對外提供服務(wù)，以下幾點技術(shù)要求尤其重要。

2.1 空間信息大數(shù)據(jù)存儲管理問題

空間數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的特征有時空多維、非結(jié)構(gòu)化、海量數(shù)據(jù)等。一般的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)難以滿足要求。目前空間數(shù)據(jù)存儲管理采用的主要解決方案是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫+空間數(shù)據(jù)引擎：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)引擎負(fù)責(zé)解決空間數(shù)據(jù)的讀寫。這里空間數(shù)據(jù)引擎就是一個中間件。但是這種方式有其局限性，空間數(shù)據(jù)操作和處理與數(shù)據(jù)庫內(nèi)核分離，數(shù)據(jù)模型復(fù)雜，擴(kuò)展難度大，數(shù)據(jù)共享困難。擴(kuò)展對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，這是一種新型空間數(shù)據(jù)存儲解決方案，他將空間數(shù)據(jù)的管理與數(shù)據(jù)庫融為一體，擴(kuò)展方便，數(shù)據(jù)共享易實現(xiàn)，盡管在存取性能上和“關(guān)系型數(shù)據(jù)庫+空間數(shù)據(jù)引擎”有一定差距，但隨著技術(shù)的發(fā)展，將是空間大數(shù)據(jù)存儲管理的主要解決方案。

2.2 空間信息傳輸及可視化應(yīng)用技術(shù)

由于管理平臺基礎(chǔ)設(shè)施限制及網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬及各類網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備存在的時延，而且空間地理信息數(shù)據(jù)量龐大特別是多尺度的柵格數(shù)據(jù)，所以空間數(shù)據(jù)從服務(wù)器端到客戶端需要對分發(fā)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。按照不同的應(yīng)用場景，在用戶需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行基于各類特征屬性信息查詢分析時，這種情況就是直接發(fā)送原始數(shù)據(jù)、對網(wǎng)絡(luò)延時要求比較高，適合小型局域網(wǎng)間數(shù)據(jù)分發(fā)。再有一種情況是用戶不需要全部的空間信息數(shù)據(jù)，只需要感興趣的部分區(qū)域數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)只是做為參考底圖進(jìn)行顯示瀏覽，這種情況下服務(wù)器不需要將整個數(shù)據(jù)傳送給客戶端，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行分級切片，每一級數(shù)據(jù)對應(yīng)不同比例尺度，相應(yīng)尺度的數(shù)據(jù)量也不同，切片格式可以是JPG/PNG這類圖片格式，用戶可以按照不同的級別將數(shù)據(jù)定義成不同比例尺的切片，這種方式雖然喪失了數(shù)據(jù)無級縮放的特性，只要用戶對數(shù)據(jù)定義的顯示級別合理，數(shù)據(jù)在客戶端顯示瀏覽方面體驗效果是可以接受的，用戶在客戶端瀏覽時可以預(yù)先將感興趣區(qū)域（一般是顯示設(shè)備的屏幕）的幾倍數(shù)據(jù)預(yù)先下載緩存，當(dāng)用戶對顯示區(qū)域進(jìn)行平移時再進(jìn)行數(shù)據(jù)動態(tài)下載，實現(xiàn)邊下載邊緩沖顯示，這種方式不僅極大的減小了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)荷，而且有不錯的瀏覽顯示效果。

2.3 空間三維信息建庫技術(shù)

目前空間三維數(shù)據(jù)采集建庫主要由傳統(tǒng)人工建模及無人機(jī)傾斜攝影三維建模兩種方式，常用的三維可視化系統(tǒng)，大多直接利用已有二維空間數(shù)據(jù)，通過3DMAX等建模工具，添加少量的空間信息，將現(xiàn)實環(huán)境中的主要實體制作成三維幾何形體，給這些幾何形體粘貼紋理圖像，則形成具有一定逼真度的三維模擬可視化系統(tǒng)。但是這種方法耗時廢力，而且在模型的建立過程中對空間數(shù)據(jù)的精度有所損失。另外一種方法是采用傾斜數(shù)字?jǐn)z影測量方法，快速構(gòu)建整個城市的三維模型。這種方法人工干預(yù)少，模型構(gòu)建速度快適合大范圍城市級三維應(yīng)用。近年來，隨著傾斜攝影三維技術(shù)的成熟，基于傾斜攝影建模的技術(shù)應(yīng)用城市三維規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，在城市發(fā)展規(guī)劃設(shè)計、市政工程建設(shè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。

3 ?結(jié)語

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)的不斷成熟促使城市信息化向智慧化發(fā)展，大數(shù)據(jù)、多源、異構(gòu)海量數(shù)據(jù)管理的技術(shù)要求越來越重要。地下空間管線歷來是城市的“血管”和“神經(jīng)”，其運行狀況與發(fā)展將直接關(guān)系到一個城市的未來。所以，非常有必要對此給與持久地關(guān)注和研究，摸索出一條適合我國城市地下管線發(fā)展的建設(shè)之路。

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