管線實(shí)體數(shù)字化決策支持平臺(tái)開發(fā)及應(yīng)用

晏四方 YAN Si-fang；謝思梅 XIE Si-mei；吳健華 WU Jian-hua

（①廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510060；②廣州市資源規(guī)劃和海洋科技協(xié)同創(chuàng)新中心，廣州 510060；③廣東省城市感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510060）

0 引言

2015 年國(guó)務(wù)院批復(fù)同意的《全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要（2015-2030 年）》指出要加快推進(jìn)新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)，不斷提升基礎(chǔ)測(cè)繪保障服務(wù)能力和水平。2019 年印發(fā)的《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》提出“推進(jìn)三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫建設(shè)”。2020 年全國(guó)國(guó)土測(cè)繪工作會(huì)議提出新時(shí)期測(cè)繪工作“兩服務(wù)、兩支撐”的根本定位，明確要求大力推動(dòng)新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)，構(gòu)建實(shí)景三維中國(guó)。2021年全國(guó)自然資源工作電視電話會(huì)議要求“加快建設(shè)實(shí)景三維中國(guó)、自然資源一張底圖”。而地下管線的地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫建設(shè)是實(shí)景三維的重要建設(shè)內(nèi)容之一。

2020 年12 月30 日，《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加強(qiáng)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（建城【2020】111號(hào)）發(fā)布，《指導(dǎo)意見》要求各地因地制宜開展以地下設(shè)施為主、包括相關(guān)地面設(shè)施的城市市政基礎(chǔ)設(shè)施普查，在此基礎(chǔ)上建立和完善城市市政基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理信息平臺(tái)，排查治理安全隱患，健全風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制；要求運(yùn)用信息化、智能化等技術(shù)推動(dòng)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施管理手段、模式、理念創(chuàng)新，提升運(yùn)行管理效率和事故監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。地下管線的地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫及信息平臺(tái)建設(shè)可為建立和完善城市市政基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理信息平臺(tái)打下堅(jiān)實(shí)的工作基礎(chǔ)。

目前，我國(guó)大多數(shù)城市都已經(jīng)開展了地下管線普查[1-4]，建立了相應(yīng)的城市地下綜合管線數(shù)據(jù)和管理系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上基于國(guó)產(chǎn)三維GIS 引擎，開展管線數(shù)字化決策支持平臺(tái)開發(fā)及應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)地下管線市政系統(tǒng)配置強(qiáng)度、保障水平、服務(wù)能力的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析功能，為實(shí)施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

管線數(shù)字化決策支持平臺(tái)總體設(shè)計(jì)思路：①地下管線數(shù)據(jù)、市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)與市政基礎(chǔ)設(shè)施用地的實(shí)體化。參考《實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)技術(shù)大綱》，開發(fā)實(shí)體化轉(zhuǎn)換工具，將獲取脫敏后的地下管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成管線實(shí)體數(shù)據(jù)，將市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體數(shù)據(jù)，將市政基礎(chǔ)設(shè)施用地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體數(shù)據(jù)。②實(shí)體關(guān)系建立。計(jì)算管線實(shí)體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體間，市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體間的空間拓?fù)潢P(guān)系，如原水泵站、供水水廠（市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體）與供水管道（管線實(shí)體）存在連接關(guān)系，變電站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體）與電力管道（管線實(shí)體）存在連接關(guān)系、天然氣門站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體）與燃?xì)夤艿溃ü芫€實(shí)體）存在連接關(guān)系，供水水廠設(shè)施用地與供水水廠存在包含關(guān)系。③實(shí)體數(shù)據(jù)發(fā)布。將地下管線實(shí)體數(shù)據(jù)、市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體數(shù)據(jù)與市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)布到三維GIS 引擎，形成二三維一體化展示的“管線實(shí)體一張圖”、“市政基礎(chǔ)上設(shè)施實(shí)體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體一張圖”。④數(shù)字化決策支持平臺(tái)開發(fā)及實(shí)現(xiàn)?；谌SGIS 引擎，開發(fā)實(shí)現(xiàn)管線實(shí)體數(shù)字化決策支持平臺(tái)，支持管線實(shí)體、市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體、市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體的查詢、統(tǒng)計(jì)及空間分析功能，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地下管線市政系統(tǒng)配置強(qiáng)度、保障水平、服務(wù)能力的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析功能，并支持生成相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，為實(shí)施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持。⑤數(shù)據(jù)融合利用研究及統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表生成。疊加建成區(qū)面積、人口數(shù)據(jù)等，按照研究或現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

1.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

管線數(shù)字化決策支持平臺(tái)功能包括：①管線實(shí)體一張圖（圖1）。通過“管線實(shí)體一張圖”功能，在三維場(chǎng)景中可視化管道實(shí)體分布情況。②市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體一張圖。通過“市政基礎(chǔ)設(shè)施一張圖”功能，在三維場(chǎng)景中可視化表達(dá)市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體的分布情況。③用地實(shí)體一張圖。通過“用地一張圖”功能，在三維場(chǎng)景中可視化表達(dá)市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體的分布情況。④實(shí)體圖譜關(guān)系查詢（圖2）。點(diǎn)擊某個(gè)管線實(shí)體或市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體或用地實(shí)體，能通過知識(shí)圖譜的方式展示與其有關(guān)聯(lián)關(guān)系的其他實(shí)體，并通過知識(shí)圖譜可在三維場(chǎng)景中定位到實(shí)體所在位置，實(shí)體關(guān)系如原水泵站、供水水廠（市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體）與供水管道（管線實(shí)體）存在連接關(guān)系，變電站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體）與電力管道（管線實(shí)體）存在連接關(guān)系、天然氣門站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體）與燃?xì)夤艿溃ü芫€實(shí)體）存在連接關(guān)系，供水水廠設(shè)施用地與供水水廠存在包含關(guān)系等。⑤市政基礎(chǔ)設(shè)施供地強(qiáng)度分析（圖3）。疊加建成區(qū)面積及四標(biāo)四實(shí)中實(shí)有人口數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析各類型設(shè)施的設(shè)施總數(shù)、設(shè)施的人均用地面積，形成統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，為實(shí)施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持。

圖1 管線實(shí)體一張圖

圖2 實(shí)體圖譜關(guān)系

圖3 市政基礎(chǔ)設(shè)施供地強(qiáng)度分析

2 平臺(tái)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與應(yīng)用

2.1 平臺(tái)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

①探索了一種地理實(shí)體關(guān)系圖譜建立方法。在未建立管線實(shí)體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體間的實(shí)體關(guān)系的情況下，要查詢與某市政基礎(chǔ)設(shè)施連接的管線實(shí)體往往需要通過空間分析計(jì)算才能得出關(guān)聯(lián)關(guān)系，查詢效率低。通過直接計(jì)算管線實(shí)體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體間的空間拓?fù)潢P(guān)系，建立地理實(shí)體間的關(guān)系圖譜，可為實(shí)體的關(guān)聯(lián)查詢提供高效的查詢解決方案。②構(gòu)建了管線的三個(gè)“一張圖”。構(gòu)建了現(xiàn)狀管線的“管線實(shí)體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體一張圖”，為實(shí)景三維建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。③建立了管線實(shí)體數(shù)字化決策支持平臺(tái)，探索了管線的活化利用場(chǎng)景。開發(fā)實(shí)現(xiàn)管線實(shí)體數(shù)字化決策支持平臺(tái)，支持管線實(shí)體、市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體、市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體的查詢、統(tǒng)計(jì)及空間分析功能，可為實(shí)施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持。

2.2 平臺(tái)典型應(yīng)用

平臺(tái)可廣泛應(yīng)用于市政基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)及安全監(jiān)管等方面，如為實(shí)施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策。①斷水仿真模擬分析。根據(jù)供水廠設(shè)施實(shí)體供水管網(wǎng)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及供水管網(wǎng)的流向，通過空間分析，計(jì)算出因供水廠斷水受到斷水影響的小區(qū)范圍或房屋面，并對(duì)該分析結(jié)果進(jìn)行仿真模擬。②斷電仿真模擬分析。根據(jù)供電設(shè)施實(shí)體與供電管網(wǎng)實(shí)體和供水廠設(shè)施實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及供電管網(wǎng)的路由，通過空間分析，計(jì)算出因供電設(shè)施斷電受到斷電影響的供水廠及小區(qū)范圍或房屋面，并對(duì)該分析結(jié)果進(jìn)行仿真模擬。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了管線數(shù)字化決策支持平臺(tái)的建設(shè)背景、設(shè)計(jì)思路、主要功能、創(chuàng)新點(diǎn)以及典型應(yīng)用等，得出以下結(jié)論：①管線數(shù)字化決策支持平臺(tái)構(gòu)建了地下管線市政系統(tǒng)“管線實(shí)體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實(shí)體一張圖”，并實(shí)現(xiàn)了三個(gè)“一張圖”數(shù)據(jù)的融合利用，為未來的數(shù)字孿生場(chǎng)站應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。②管線數(shù)字化決策支持平臺(tái)提供了豐富的統(tǒng)計(jì)分析功能，可廣泛應(yīng)用于市政基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，為數(shù)字化決策提供新的思路和解決方案。