探究城市地下管線信息化及管線三維可視化建設流程及難點

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，地下管線信息化規范化成為城市信息化建設中的重要一環。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，便會對城市居民生活及城市建設產生巨大影響。因此，從數據初步探測、數據規范人庫管理，以及后期數據處理、利用等一系列與地下管線信息化系統建設相關的環節，都需具備規范的流程、安全的數據管理方式，以便更好的管理利用管線數據，供國家建設、工程建設使用，為城市居民提供更好的生活環境。

—、管線信息化建設現狀

由于每個城市都存在龐大而復雜的地下管網系統，而傳統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，在數據完備程度、精度、更新速度方面都有許多制約。管線建設工作分為外業探測及內業數據庫建設。目前，在流程上內外業管線普查一體化探測技術已基本成熟，在全國大部分地區也已采用此技術，并且使用該技術的城市數量也逐年遞增：所開發的基于地理信息系統的管線信息系統實現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了輔助功能的開發，并實現網絡化，以達到合理配置資源的目的二維管線信息系統基本能夠實現對數據的檢索、處理、查詢統計等基本功能，同時能夠為管線規劃、建設、維護、管理以及應對突發事故等起到積極作用，基本實現管線的規范化、自動化、科學化管理。

雖然二維管線信息化建設初具規模，但仍存在數據采集標準各地區執行上的差異性。數據不全面、探測數據重復、管理系統數據更新機制不健全、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據統一分析，通過三維GIS地下管線系統，使地下三維管線數據的自動驅動生成和城市地表三維模型的關聯關系，從而實現了整個城市的地上地下部分一體化，具有了真實的現實意義。目前該技術已經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，在城市規劃、建設、維護等占據重要地位，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管理方式，解決了傳統管線信息存儲存在的各種問題。傳統管線數據存儲以紙類為媒介，除據重復、缺漏，査詢、更新、資料保管等都對管網的建設和維護造成了制約。而隨著城市化進程不斷加快，各類管網錯綜復雜，建設、更新速度也不斷加快，傳統管線數據存儲導致不同種類管線數據存儲分散，在需要對管網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據進行統一處理，借助地理信息系統來管理管線數據，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，產生了顯著的經濟效益與社會效益。信息化管理方將本來由不同部門管理的管線數據統一在綜合管理平臺下，節省了人工成本，提高了數據利用率及查詢效率，能夠為規劃管理部門及時提供較好的參考信息。另外，地下管線數據的準確度得到提高，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，綜合管線信息系統中信息完備，為新建管線提供了較好的參考，為構建數字城市創造了良好的條件。

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性事故時進行最好的應對。管線信息化系統的不斷完善對于長期保持城市地下管網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勢的基礎上，對管線信息進行三維化，能夠將二維無法體現的信息進行進-步展現，使管線數據表達更為直觀。例如在對井進行探測時，二維數據僅能夠以數字形式展示深度信息，而三維信息能夠在虛擬環境中模擬井內現況，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

管線數據信息化建設環節主要包括：野外數據采集、數據處理、質量檢測、數據建庫（二三維數據庫建設）、軟件動態管理等。外業數據采集由人工進行，同時按照數據采集標準進

行初步處理。在數據采集后，使用質量檢測T.具，根據數據質量檢測標準剔除、修正不合理數據。管線數據檢測完畢后，將準確的數據進行人庫。針對二維與三維數據庫，有不同的數據采集標準，以便對數據進行進一步處理。其中，因為三維管線化生產需要對管線進行建模，三維數據的采集必須經過嚴格質檢，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的過程，需對現實情況中的管線變化進行定時跟蹤、實時更新。同時管理軟件對數據庫中的管線數據信息進行實時管理、使用，在進行長期維護的同時，軟件自身功能也需要根據不同用戶的需求進行開發。而管線信息的動態更新也是管線數據庫建設的難點之一。

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實需求。

1、數據采集標準

由于管線數據采集標準未能做到完全統一，在全國范圍內不僅各地區存在一些差異，具體到單個外業采集人員，也不能夠完全做到按照數據標準進行采集，數據采集標準的規范與落實程度成為管線信息化過程中的難點之一。三維管線數據采集與二維管線數據的采集不完全相同，暫時還未形成完備統一的采集標準，在目前投入使用的一些管理系統中，管線原始數據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，保持采集數據的正確性與完整性，采取標準的數據采集、處理方式，再通過質檢系統對數據進行修正處理，才能順利完成三維管線模型生產。

因此需要制定統一的三維管線數據采集標準，根據數據采集標準對外業采集人員進行培訓，規范原始采集數據，提高數據質量，減少數據質量檢測過程中的數據損失。

2、動態更新

為了對管線數據進行科學管理，避免管線數據重復儲存、數據庫與實際管線建設、修改同步，需采用動態更新機制以便對數據進行實時修改三維數據庫動態更新涉及的模型的重新生產問題，在更新管線數據的同時，需關聯管線模型，完成舊模型打入歷史庫新模型生產：這就要求外業采集、質檢過程、數據庫與模型庫死者之間有完備的動態鏈接機制：由于不同環節的工作分離，數據未有統一標準等情況，要將這四個環節處理進行統一規定具有難度。

3、三維造型

三維管線生產實際即為根據采集的管線數據生成三維模型，模型與現實中的管線相似度高，參數一致，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，數據采集的局限性導致不同類型的井室生產與現實情況完全匹配具有較大難度。

除以上三點，在對管線數據的管理、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字城市建設的一部分，已經初具規模。其具有重大的建設意義，同時現階段也存在著一些不足，有待發展。在提高數據探測技術，規范數據采集標準的前提下，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，也對我國三維數字城市的綜合監視具有重要意義。