韓燁

摘 要：本文將就管線信息化建設問題進行探討，著重討論管線信息化建設中三維建設相關的內容。

關鍵詞：地下管線 信息化 三維可視化 流程

近年來，隨著國家及各級政府對地下管線建設的重視，各地地下管線普查蓬勃開展，地下管線信息化規(guī)范化成為城市信息化建設中的重要一環(huán)。而管線探測自身具有的難度，管線老化帶來的問題使得事故一旦出現(xiàn)，便會對城市居民生活及城市建設產(chǎn)生巨大影響。因此，從數(shù)據(jù)初步探測、數(shù)據(jù)規(guī)范人庫管理，以及后期數(shù)據(jù)處理、利用等一系列與地下管線信息化系統(tǒng)建設相關的環(huán)節(jié)，都需具備規(guī)范的流程、安全的數(shù)據(jù)管理方式，以便更好的管理利用管線數(shù)據(jù)，供國家建設、工程建設使用，為城市居民提供更好的生活環(huán)境。

—、管線信息化建設現(xiàn)狀

由于每個城市都存在龐大而復雜的地下管網(wǎng)系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的地下管線管理采用人工借助圖紙等紙質資料來存放管理，在數(shù)據(jù)完備程度、精度、更新速度方面都有許多制約。管線建設工作分為外業(yè)探測及內業(yè)數(shù)據(jù)庫建設。目前，在流程上內外業(yè)管線普查一體化探測技術已基本成熟，在全國大部分地區(qū)也已采用此技術，并且使用該技術的城市數(shù)量也逐年遞增：所開發(fā)的基于地理信息系統(tǒng)的管線信息系統(tǒng)實現(xiàn)了不同管線類別與地形信息結合的綜合管理，針對不同的用戶也實現(xiàn)了輔助功能的開發(fā)，并實現(xiàn)網(wǎng)絡化，以達到合理配置資源的目的二維管線信息系統(tǒng)基本能夠實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的檢索、處理、查詢統(tǒng)計等基本功能，同時能夠為管線規(guī)劃、建設、維護、管理以及應對突發(fā)事故等起到積極作用，基本實現(xiàn)管線的規(guī)范化、自動化、科學化管理。

雖然二維管線信息化建設初具規(guī)模，但仍存在數(shù)據(jù)采集標準各地區(qū)執(zhí)行上的差異性。數(shù)據(jù)不全面、探測數(shù)據(jù)重復、管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新機制不健全、功能不全面等也是目管前管線信息化建設存在的問題。

地下管線三維可視化信息系統(tǒng)的建設，能夠結合三維城市模型與管線模型信息進行地上地下數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析，通過三維GIS地下管線系統(tǒng)，使地下三維管線數(shù)據(jù)的自動驅動生成和城市地表三維模型的關聯(lián)關系，從而實現(xiàn)了整個城市的地上地下部分一體化，具有了真實的現(xiàn)實意義。目前該技術已經(jīng)在全國多個城市進行了很好的推廣和拓展。

二、管線信息化建設意義

城市地下管線屬于城市的基礎設施，涉及城市主要信息，在城市規(guī)劃、建設、維護等占據(jù)重要地位，管線信息化建設具有重要意義。

首先，管線信息化建設改變了管線信息傳統(tǒng)管理方式，解決了傳統(tǒng)管線信息存儲存在的各種問題。傳統(tǒng)管線數(shù)據(jù)存儲以紙類為媒介，除據(jù)重復、缺漏，査詢、更新、資料保管等都對管網(wǎng)的建設和維護造成了制約。而隨著城市化進程不斷加快，各類管網(wǎng)錯綜復雜，建設、更新速度也不斷加快，傳統(tǒng)管線數(shù)據(jù)存儲導致不同種類管線數(shù)據(jù)存儲分散，在需要對管網(wǎng)進行綜合管理的存在各種不便。而利用計算機技術對管線數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理，借助地理信息系統(tǒng)來管理管線數(shù)據(jù)，對管線的建設、維護，以及應對緊急事件，進行預警分析都具有重要意義。

其次，采用信息化管理方式，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。信息化管理方將本來由不同部門管理的管線數(shù)據(jù)統(tǒng)一在綜合管理平臺下，節(jié)省了人工成本，提高了數(shù)據(jù)利用率及查詢效率，能夠為規(guī)劃管理部門及時提供較好的參考信息。另外，地下管線數(shù)據(jù)的準確度得到提高，避免和減少了挖斷底線管線事故，將不必要的損失降到最低。同時，綜合管線信息系統(tǒng)中信息完備，為新建管線提供了較好的參考，為構建數(shù)字城市創(chuàng)造了良好的條件。

此外，在預警決策方面，需要準確完備的管線信息才能夠在遭遇突發(fā)性事故時進行最好的應對。管線信息化系統(tǒng)的不斷完善對于長期保持城市地下管網(wǎng)的正常安全運行具有重要意義，只有信息準確、更新及時，才能變被動救援三維管線建設在覆蓋二維管線信息化優(yōu)勢的基礎上，對管線信息進行三維化，能夠將二維無法體現(xiàn)的信息進行進-步展現(xiàn)，使管線數(shù)據(jù)表達更為直觀。例如在對井進行探測時，二維數(shù)據(jù)僅能夠以數(shù)字形式展示深度信息，而三維信息能夠在虛擬環(huán)境中模擬井內現(xiàn)況，為事故處理、管線建設提供更好的參考。

三、管線信息化建設流程

管線數(shù)據(jù)信息化建設環(huán)節(jié)主要包括：野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、質量檢測、數(shù)據(jù)建庫（二三維數(shù)據(jù)庫建設）、軟件動態(tài)管理等。外業(yè)數(shù)據(jù)采集由人工進行，同時按照數(shù)據(jù)采集標準進

行初步處理。在數(shù)據(jù)采集后，使用質量檢測T.具，根據(jù)數(shù)據(jù)質量檢測標準剔除、修正不合理數(shù)據(jù)。管線數(shù)據(jù)檢測完畢后，將準確的數(shù)據(jù)進行人庫。針對二維與三維數(shù)據(jù)庫，有不同的數(shù)據(jù)采集標準，以便對數(shù)據(jù)進行進一步處理。其中，因為三維管線化生產(chǎn)需要對管線進行建模，三維數(shù)據(jù)的采集必須經(jīng)過嚴格質檢，采集要求也與二維不同。管線信息采集人庫整理是一個長期持續(xù)的過程，需對現(xiàn)實情況中的管線變化進行定時跟蹤、實時更新。同時管理軟件對數(shù)據(jù)庫中的管線數(shù)據(jù)信息進行實時管理、使用，在進行長期維護的同時，軟件自身功能也需要根據(jù)不同用戶的需求進行開發(fā)。而管線信息的動態(tài)更新也是管線數(shù)據(jù)庫建設的難點之一。

四、管線三維信息化難點

管線信息化建設開展已有一段時間，基本已投入實際應用。但在一些方面仍存在技術難點，特別是三維管線信息化建設，由于起步較晚，某些方面技術還未能完全滿足現(xiàn)實需求。

1、數(shù)據(jù)采集標準

由于管線數(shù)據(jù)采集標準未能做到完全統(tǒng)一，在全國范圍內不僅各地區(qū)存在一些差異，具體到單個外業(yè)采集人員，也不能夠完全做到按照數(shù)據(jù)標準進行采集，數(shù)據(jù)采集標準的規(guī)范與落實程度成為管線信息化過程中的難點之一。三維管線數(shù)據(jù)采集與二維管線數(shù)據(jù)的采集不完全相同，暫時還未形成完備統(tǒng)一的采集標準，在目前投入使用的一些管理系統(tǒng)中，管線原始數(shù)據(jù)較為混亂在構建三維管線模耐，必須嚴格按照計算機圖形學要求，保持采集數(shù)據(jù)的正確性與完整性，采取標準的數(shù)據(jù)采集、處理方式，再通過質檢系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行修正處理，才能順利完成三維管線模型生產(chǎn)。

因此需要制定統(tǒng)一的三維管線數(shù)據(jù)采集標準，根據(jù)數(shù)據(jù)采集標準對外業(yè)采集人員進行培訓，規(guī)范原始采集數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質量，減少數(shù)據(jù)質量檢測過程中的數(shù)據(jù)損失。

2、動態(tài)更新

為了對管線數(shù)據(jù)進行科學管理，避免管線數(shù)據(jù)重復儲存、數(shù)據(jù)庫與實際管線建設、修改同步，需采用動態(tài)更新機制以便對數(shù)據(jù)進行實時修改三維數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新涉及的模型的重新生產(chǎn)問題，在更新管線數(shù)據(jù)的同時，需關聯(lián)管線模型，完成舊模型打入歷史庫新模型生產(chǎn)：這就要求外業(yè)采集、質檢過程、數(shù)據(jù)庫與模型庫死者之間有完備的動態(tài)鏈接機制：由于不同環(huán)節(jié)的工作分離，數(shù)據(jù)未有統(tǒng)一標準等情況，要將這四個環(huán)節(jié)處理進行統(tǒng)一規(guī)定具有難度。

3、三維造型

三維管線生產(chǎn)實際即為根據(jù)采集的管線數(shù)據(jù)生成三維模型，模型與現(xiàn)實中的管線相似度高，參數(shù)一致，以達到對管線維護建設提供支持目的。在管線三維模型建設時，由于三維模型生產(chǎn)批量大，精細程度要求高，對程序性能提出的要求較好此外，數(shù)據(jù)采集的局限性導致不同類型的井室生產(chǎn)與現(xiàn)實情況完全匹配具有較大難度。

除以上三點，在對管線數(shù)據(jù)的管理、功能性分析（如日照分析）上也存在一些技術難點，本文不再進行深入探討。

4、地下管線三維與地面三維的精確匹配

由于管線探測的高精度（厘米級），地面三維的高程精度一般為幾十厘米以上，所以地下管線三維的精度與地面三維的高程精度不一致，很多時候容易導致不匹配，對平原地區(qū)還好，對于有山地的城市往往存在匹配的矛盾，需要研究相應的算法或者提高地面三維高程的精度來解決。

五、小結

管線信息化建設作為三維數(shù)字城市建設的一部分，已經(jīng)初具規(guī)模。其具有重大的建設意義，同時現(xiàn)階段也存在著一些不足，有待發(fā)展。在提高數(shù)據(jù)探測技術，規(guī)范數(shù)據(jù)采集標準的前提下，合理利用計算機科學技術，增加對管線信息的管理與利用，提高城市地下管線綜合水平，也對我國三維數(shù)字城市的綜合監(jiān)視具有重要意義。