城市地下管線信息管理及數字可視化方法探討

張志浩 翁 杰

(1.上海城投水務(集團)有限公司供水分公司松北供水管理所，上海 201615；2.上海城投水務(集團)有限公司供水分公司閔行供水管理所，上海 201108)

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城市地下管線信息管理及數字可視化方法探討

張志浩1翁 杰2

(1.上海城投水務(集團)有限公司供水分公司松北供水管理所，上海 201615；2.上海城投水務(集團)有限公司供水分公司閔行供水管理所，上海 201108)

介紹了現階段地下管線信息化管理存在諸多的問題及危害，在現狀標示方法的基礎上，提出了數字可視化方法，并通過與傳統方法的比較，分析了實現方法及精度控制要素，從而提高地下管線信息的有效管理。

地下管線，信息化管理，數字可視化，芯片植入

0 引言

城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市的“血管”，是城市賴以生存和發展的重要物質基礎，被稱為城市的“生命線”。隨著我國經濟社會的快速發展，城市化步伐的加快和城市功能的拓展，城市地下管線在城市建設和發展中發揮越來越重要的作用。維護城市“生命線”的正常運行，具有重要的現實和歷史意義。目前，我國城市地下管線信息化管理程度低，遠遠不能滿足現代城市規劃、建設和管理的需要，嚴重滯后于城市三維管理信息化建設進程，對城市地下空間的開發利用帶來了障礙[1]。本文針對地下管線的信息管理及可視化技術進行探討。

1 存在的問題及危害

1.1 存在的問題

當前我國地下管線信息管理中存在的主要問題：

1)歷史欠賬問題較為突出。特別是早期建設的管線，很多城市的檔案資料中管線資料缺失明顯。中國的城市發展經歷了曲折的過程，很多早期鋪設的管線沒有資料，都是靠技術人員的記憶來記住位置，完全不準確。如進行全面的管線普查需要大量的人力和物力，因為技術的因素，部分管線也沒有辦法進行探測出其準確的位置，效果不理想。

2)地下管線資料信息不全，現勢性差。很多地下管線項目都是配合其他建設項目施工，工期短，任務急，部分項目施工完成后，可能連數字化的竣工紙質資料都沒有，滯后于城市建設的需要。

3)資料分散管理，共享程度低。中國目前的現狀是各大管線公司管理自屬管線，每類管線權屬公司有自己的標準和管理模式，相互之間信息溝通難，共享程度低，沒有形成一個有效的、科學的統一的管理機制。

4)監管力度不夠。目前各管線建設管理的歸口政府部門不同，導致管理的力度不一致，監管的側重點也不盡相同。對管線的建設方和施工方以及管線測量單位的監管力度不相同，導致地下管線資料完整性嚴重不足。因為沒有形成有效的，科學的監管體制，導致很多城市都存在反復挖填、反復鋪設管線的情況。

5)技術創新不夠。隨著施工技術和施工工藝以及施工材料的發展，現有的探測技術方法，測繪技術，數據建庫技術，信息管理系統和信息管理機制等有待于改進、提高和完善。

6)管線資料利用率低。很多管線建設單位對自己的地下管線資料沒有形成很好的利用，部分單位只是為了完成城建檔案歸檔需要，工程竣工后將管線資料束之高閣。

1.2 造成的危害

由于數據的現時性不足、共享不足、精度有待提高等原因，在城市管網的改造和新建時，常常會發生錯挖和爆管等事故，造成巨大的經濟損失。造成危害的主要原因有：

1)各管線單位“各自為政”，數據相對封閉，沒有發揮綜合優勢。在某些城市，各管線建設單位為了各自的經濟利益，出于行業保護主義，資料不外傳或刻意給其他管線建設制造障礙，使地下管線數字化等優勢沒有體現出。

2)現有技術手段之下，或出于安全因素，地下管線空間信息封閉。尤其是一些涉及到人民群眾正常生活等切身利益和涉及公眾安全的重大管線，如供水、燃氣等，不能將該類管線的空間信息面向社會或面向大眾，通常都是由管線建設單位或者行業主管部門保管該類管線的信息資料。

3)各類管線資料多數以紙質或電子形式存放，采用人工管理，資料與實地情況沒有形成有效的聯系。目前各管線的現狀基本都是管線鋪設人員和后期管理或巡查人員是不同的人員；很多管線公司后期養護時，現場的巡查人員無法準確和詳盡地知道管線的真實情況，有些甚至是靠人工記憶和圖紙對比來了解現場情況，經常會發生錯誤或損壞而沒有能及時的發現。

現狀大部分單位都把注意力集中在了如何建設有效的地下管線管理信息系統，而忽視了對實際管線現場的有效管理。而綜合應用各類先進技術，使現有的地下管線管理系統與現場實際情況之間建立良好的聯系，提高管理效率和節約施工成本是本文探討的重點。

2 可視化方法探討

2.1 現狀標示方法

現階段各種管線標示主要以平面為主，基本均為管線竣工后在地面修復時安裝上標示標牌，便于后期養護時查找。該方法標示精度不夠，標示管位關鍵部位效果有限。

2.2 數字可視化方法

本文探討的城市地下管線的數字可視化方法，是在所屬管線關鍵部位正上方安裝植入RFID技術的可視化信息標示裝置(本文簡稱信息樁)，在RFID內置唯一條碼將對應該標示管線的數據庫信息(無外乎管線位置、材料、管線類別、管線權屬單位等屬性數據)，并且充分利用GIS技術、射頻識別技術、無線電技術等，通過讀卡器聯動，操作人員在現場能讀取條碼，PDA直接調取數據查看管線的屬性數據，使該區域地下管線得到有效的顯示。利用RFID(Radio Frequency IDentification)在巡更中的作用，有效地使巡線人員執行管線巡查，維護信息標示裝置的同時既維護巡視了地下管線又維護更新了數據庫的信息，使管線養護人員能時刻掌握管線實際情況，可以實現管線的動態管理。

2.3 實現方法

地下管線可視化是一個復雜的系統工程。需要制定統一的規范和標準，不同的管線單位按照規范標準要求，緊密結合各管線管理業務的流程以及日常養護需要，在各自所屬管線施工時，充分利用供水、排水、電力、燃氣等地下管線數據庫和信息系統，精確安裝信息樁，實現了數據資料與實地之間有效的聯系和匹配，最終實現管網信息的共享、整合等等。

2.4 與傳統方法的比較

地下管線的數字化作為“數字城市”建設的一項重要內容，是影響城市和發展的重要環節，城市地下管線的可視化技術是在傳統簡單標示方法的基礎上的一種探索，是摸著石頭過河。如果地下管線可視化能實現，將減少管線工程施工事故，為管線施工提供現場管線分布數據，大大提高施工效率。與傳統標識方法相比較，地下管線可視化主要有以下幾點優勢：

1)管線標識從平面邁向了三維的標識。傳統方法僅是平面位置的標示作用，可視化方法不僅是平面位置的標示，還可從內置芯片中“讀”出管線的屬性數據，實現管線的三維“可視化”；

2)在不打破原有管線的“不同管線的數據分散管理，所有權與維護權集中在各專業權屬單位”的原則基礎上，更多的實現了各管線數據的現場共享利用；

3)實現了后期養護巡查的動態管理。因信息樁中的芯片帶有現代保安的“巡更”系統，加強了養護的自動化管理。

2.5 精度控制要素

城市管線的可視化不是一個簡單的工藝，需要其他學科的強有力的支撐；是地理信息系統技術，測繪技術，施工技術，無線電通信技術，射頻識別技術，數據庫技術等的有效融合。

1)數據庫與地理信息系統數據的精度與詳細程度是可視化的基礎，資料的完整性、現勢性、精確度決定了可視化的內容豐富程度和準確。

2)測繪科學技術，信息樁實地位置安裝的準確性，直接反映了數據資料與現場之間的準確度。避免信息樁的錯位，或錯樁，減小實地施工時造成破壞的概率。

3)計算機技術及無線通訊技術和射頻識別技術決定了信息樁中內置芯片的信息能得到有效的反饋和顯示。

3 展望

城市地下管線可視化是關于整個城市地下管線數據庫技術、全方位的GIS與虛擬現實技術、網絡技術、射頻識別即RFID技術相結合的產物。希望在不久的將來，就像好萊塢科幻電影所描述的那樣，只需要帶上一副“眼鏡”或者其他專業的可視化設備站在道路上，可視化設備可自動識別信息樁中的芯片，把芯片中的信息利用虛擬現實的技術三維化的展現在我們的眼前。

[1] 林廣元.廈門市地下管線探測及信息化建設[J].城建檔案,2007(8):24-27.

[2] 洪立波,李學軍.城市地下管線探測技術與工程項目管理[M].北京:中國建筑工業出版社,2012.

[3] CJJ 61—2003,城市地下管線探測技術規程[S].

Discussion on information management and digital visualization of urban underground pipelines

Zhang Zhihao1Weng Jie2

(1.SongbeiWaterSupplyManagementOfficeShanghaiSMIWater(Group)Co.,Ltd,Shanghai201615,China;2.MinhangWaterSupplyManagementofficeShanghaiSMIWater(Group)Co.,Ltd,Shanghai201108,China)

At present, there are many problems in the management of underground pipelines. On the basis of the current situation labeling method, proposed the digital visualization method and compared with traditional methods, the realization method and precision control elements are presented. Therefore, the effective management of underground pipeline information is improved.

underground pipelines, information management, digital visualization, chip implant

1009-6825(2017)15-0250-02

2017-03-16

張志浩(1979- )，男，工程師

TP311

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