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)劃勘測設計研究院，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)測預警企業(yè)重點實驗室，廣州 510060）

0 引言

2015 年國務院批復同意的《全國基礎測繪中長期規(guī)劃綱要（2015-2030 年）》指出要加快推進新型基礎測繪體系建設，不斷提升基礎測繪保障服務能力和水平。2019 年印發(fā)的《自然資源部信息化建設總體方案》提出“推進三維實景數(shù)據(jù)庫建設”。2020 年全國國土測繪工作會議提出新時期測繪工作“兩服務、兩支撐”的根本定位，明確要求大力推動新型基礎測繪體系建設，構(gòu)建實景三維中國。2021年全國自然資源工作電視電話會議要求“加快建設實景三維中國、自然資源一張底圖”。而地下管線的地理實體數(shù)據(jù)庫建設是實景三維的重要建設內(nèi)容之一。

2020 年12 月30 日，《住房和城鄉(xiāng)建設部關于加強城市地下市政基礎設施建設的指導意見》（建城【2020】111號）發(fā)布，《指導意見》要求各地因地制宜開展以地下設施為主、包括相關地面設施的城市市政基礎設施普查，在此基礎上建立和完善城市市政基礎設施綜合管理信息平臺，排查治理安全隱患，健全風險防控機制；要求運用信息化、智能化等技術推動城市地下市政基礎設施管理手段、模式、理念創(chuàng)新，提升運行管理效率和事故監(jiān)測預警能力。地下管線的地理實體數(shù)據(jù)庫及信息平臺建設可為建立和完善城市市政基礎設施綜合管理信息平臺打下堅實的工作基礎。

目前，我國大多數(shù)城市都已經(jīng)開展了地下管線普查[1-4]，建立了相應的城市地下綜合管線數(shù)據(jù)和管理系統(tǒng)。在此基礎上基于國產(chǎn)三維GIS 引擎，開展管線數(shù)字化決策支持平臺開發(fā)及應用研究，實現(xiàn)地下管線市政系統(tǒng)配置強度、保障水平、服務能力的查詢、統(tǒng)計、分析功能，為實施精準、科學、集約的市政基礎設施供地與管控方案提供決策支持，具有重要的社會和經(jīng)濟效益。

1 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)設計思路

管線數(shù)字化決策支持平臺總體設計思路：①地下管線數(shù)據(jù)、市政基礎設施數(shù)據(jù)與市政基礎設施用地的實體化。參考《實景三維中國建設技術大綱》，開發(fā)實體化轉(zhuǎn)換工具，將獲取脫敏后的地下管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成管線實體數(shù)據(jù)，將市政基礎設施數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成市政基礎設施實體數(shù)據(jù)，將市政基礎設施用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成市政基礎設施用地實體數(shù)據(jù)。②實體關系建立。計算管線實體與市政基礎設施實體間，市政基礎設施用地實體與市政基礎設施實體間的空間拓撲關系，如原水泵站、供水水廠（市政基礎設施實體）與供水管道（管線實體）存在連接關系，變電站（市政基礎設施實體）與電力管道（管線實體）存在連接關系、天然氣門站（市政基礎設施實體）與燃氣管道（管線實體）存在連接關系，供水水廠設施用地與供水水廠存在包含關系。③實體數(shù)據(jù)發(fā)布。將地下管線實體數(shù)據(jù)、市政基礎設施實體數(shù)據(jù)與市政基礎設施用地實體數(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“管線實體一張圖”、“市政基礎上設施實體一張圖”、“市政基礎設施用地實體一張圖”。④數(shù)字化決策支持平臺開發(fā)及實現(xiàn)?；谌SGIS 引擎，開發(fā)實現(xiàn)管線實體數(shù)字化決策支持平臺，支持管線實體、市政基礎設施實體、市政基礎設施用地實體的查詢、統(tǒng)計及空間分析功能，重點實現(xiàn)地下管線市政系統(tǒng)配置強度、保障水平、服務能力的查詢、統(tǒng)計、分析功能，并支持生成相關統(tǒng)計分析報表，為實施精準、科學、集約的市政基礎設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)計分析報表生成。疊加建成區(qū)面積、人口數(shù)據(jù)等，按照研究或現(xiàn)實需要進行統(tǒng)計分析，形成統(tǒng)計分析報表。

1.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

管線數(shù)字化決策支持平臺功能包括：①管線實體一張圖（圖1）。通過“管線實體一張圖”功能，在三維場景中可視化管道實體分布情況。②市政基礎設施實體一張圖。通過“市政基礎設施一張圖”功能，在三維場景中可視化表達市政基礎設施實體的分布情況。③用地實體一張圖。通過“用地一張圖”功能，在三維場景中可視化表達市政基礎設施用地實體的分布情況。④實體圖譜關系查詢（圖2）。點擊某個管線實體或市政基礎設施實體或用地實體，能通過知識圖譜的方式展示與其有關聯(lián)關系的其他實體，并通過知識圖譜可在三維場景中定位到實體所在位置，實體關系如原水泵站、供水水廠（市政基礎設施實體）與供水管道（管線實體）存在連接關系，變電站（市政基礎設施實體）與電力管道（管線實體）存在連接關系、天然氣門站（市政基礎設施實體）與燃氣管道（管線實體）存在連接關系，供水水廠設施用地與供水水廠存在包含關系等。⑤市政基礎設施供地強度分析（圖3）。疊加建成區(qū)面積及四標四實中實有人口數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析各類型設施的設施總數(shù)、設施的人均用地面積，形成統(tǒng)計分析報表，為實施精準、科學、集約的市政基礎設施供地與管控方案提供決策支持。

圖1 管線實體一張圖

圖2 實體圖譜關系

圖3 市政基礎設施供地強度分析

2 平臺主要創(chuàng)新點與應用

2.1 平臺主要創(chuàng)新點

①探索了一種地理實體關系圖譜建立方法。在未建立管線實體與市政基礎設施實體間的實體關系的情況下，要查詢與某市政基礎設施連接的管線實體往往需要通過空間分析計算才能得出關聯(lián)關系，查詢效率低。通過直接計算管線實體與市政基礎設施實體間的空間拓撲關系，建立地理實體間的關系圖譜，可為實體的關聯(lián)查詢提供高效的查詢解決方案。②構(gòu)建了管線的三個“一張圖”。構(gòu)建了現(xiàn)狀管線的“管線實體一張圖”、“市政基礎設施實體一張圖”、“市政基礎設施用地實體一張圖”，為實景三維建設打下了堅實的數(shù)據(jù)基礎。③建立了管線實體數(shù)字化決策支持平臺，探索了管線的活化利用場景。開發(fā)實現(xiàn)管線實體數(shù)字化決策支持平臺，支持管線實體、市政基礎設施實體、市政基礎設施用地實體的查詢、統(tǒng)計及空間分析功能，可為實施精準、科學、集約的市政基礎設施供地與管控方案提供決策支持。

2.2 平臺典型應用

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

3 結(jié)語

本文詳細介紹了管線數(shù)字化決策支持平臺的建設背景、設計思路、主要功能、創(chuàng)新點以及典型應用等，得出以下結(jié)論：①管線數(shù)字化決策支持平臺構(gòu)建了地下管線市政系統(tǒng)“管線實體一張圖”、“市政基礎設施實體一張圖”、“市政基礎設施用地實體一張圖”，并實現(xiàn)了三個“一張圖”數(shù)據(jù)的融合利用，為未來的數(shù)字孿生場站應用提供了數(shù)據(jù)基礎。②管線數(shù)字化決策支持平臺提供了豐富的統(tǒng)計分析功能，可廣泛應用于市政基礎設施行業(yè)，為數(shù)字化決策提供新的思路和解決方案。