基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統的研究與設計

賈梅

摘 要：地下管線數據具有規模大、范圍廣、空間分布復雜、管線種類繁多、變化大、形成時間長及增長速度快等特點，這使得傳統的二維平面管線圖難以對大量的管線信息進行有效描述和表達，因此利用地下電子標志器來構建地下管線三維可視化管理信息系統，對地下管線錯綜復雜的分布情況進行直觀反映，并解決海量管線數據的管理問題就具有十分重要的現實意義。

關鍵詞：地下管線；三維可視化；電子標識器；信息系統

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0051-01

現階段地下設施定位查找存在如下三大問題：一是文檔資料問題，即記錄不準確、地下設施廢棄、部分地下設施沒有在地圖上進行標注、圖紙無法與實際完全吻合；二是環境問題，即地下設施復雜、原標識點丟失、城市地形地貌發生改變、土壤條件和類型復雜、市容規劃顯示；三是技術和人員問題，即應用了新材料、維護人員更替、定位技術水平和經驗限制。為了解決上述問題，基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統應運而生，該系統可以對地下管線現狀、規劃及變化的空間數據進行直觀反映，并通過計算機進行輸入、存儲、查詢、統計、分析及輸出，從而有效提高地下管線管理工作的質量和效率。

1 基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統的總體設計

1.1 系統的構成和工作原理

圖1為系統的構成圖，其工作原理如下：探測設備發送一定頻率的信號，安裝于地下的電子標識器（安裝位置如彎頭、設施交匯點、河管交匯點、示蹤線接入點、直埋閥門井等）吸收并存儲信號能量，探測設備段時間發送信號后進入信號接收模式，電子標識器將存儲的能量釋放并反射回探測設備，探測設備檢測返回信號強度來確定電子標識器地點（當探測設備與電子標識器最接近時，將產生最強的信號）。

1.2 系統的功能劃分

第一，系統管理。系統管理模塊的具體功能如下：用戶管理，即針對系統終端用戶的管理和系統維護人員的管理，實時了解系統狀態，防止人員越權管理系統，一旦有人員越權則系統會自動拒絕提供服務；權限管理，即根據系統所設置的操作權限，用戶只能訪問被授權的資源，若是沒有得到授權則拒絕訪問；日志管理，即記錄系統問題的信息，對監系統所發生的事件進行監視，檢查出現問題的原因，維護系統的安全運行；密碼管理，即設置修改密碼；系統幫助功能，即幫助用戶解答使用疑難。

第二，數據瀏覽。數據瀏覽模塊主要實現地下管理數據及其數據庫數據的元數據瀏覽、圖形預覽和表數據預覽，包括屬性信息和空間信息的瀏覽。圖庫、圖形、柵格和矢量圖層的元數據瀏覽，圖形預覽和表數據預覽。在空間信息頁中能夠顯示圖庫中空間所選擇圖形信息的元數據、圖形的屬性信息等內容。

第三，管線統計。管線統計也包括很多種，如管徑統計、埋深統計、管點匯總、材質匯總等，其中管徑統計是指在不同的圖層中或者單個圖層中對不同范圍的管徑個數的統計，以及地下管線的總長度，并可設置不同的地下管線埋深范圍，對不同埋深的地下管線個數進行統計；管點匯總是根據管點的性質進行分類匯道；材質匯總則是根據地下管線的材質進行分類匯總，地下管線的材質包括不銹鋼管、PE管、灰口鑄鐵鋼等，可分別統計出各類材質管線的個數。

第四，數據可視化查詢。數據可視化查詢模塊是根據用戶所定義的查詢條件，快速查詢數據庫中的數據記錄，選擇條件匹配的數據，并將其可視化的顯示在程序主窗體內。為達到復雜條件下的快速數據檢索，該模塊利用元數據建立多層數據索引，以提高數據檢索效率。以天然氣管線查詢為例，例如用戶檢索某區域的城市天然氣管線，管線隸屬市天然氣公司，查詢系統根據管線所在地區和隸屬單位的查詢條件所對應的數據索引層，查詢并返回所查詢的結果。

第五，管線分析。輔助決策是系統的一項重要作用，管線分析模塊將根據地下管線數據為用戶提供直接的數據解析結果，為輔助決策提供直觀的依據。例如，凈距分析有水平、垂直凈距分析，是指將兩段管線段之間的距離多少清晰的展示給用戶，幫助用戶判斷管線段之間的距離大小是否符合標準；地下管線爆管經常發生，在事件發生后有關部門要進行爆管段分析，查找出爆管段附近的閥口，將閥口安全關閉，阻止災難事故的發生，同時需要在一定緩沖區域內查找到爆管的地方，采取補救措施。

2 基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統的關鍵技術

2.1 電子標識器和探測設備

系統使用的地下電子標識器包含如下三種型號：圓柱型RXG-TR15可埋深1.5米，主要用于公路及人行道等；圓柱型RXG-TR07可埋深0.5米，主要用于路面和井蓋等；方型RXG-TR20可埋深1.8米，主要用于綠化帶等。地下電子標識器具有如下特點：可存儲數據并記錄相關信息、全球唯一ID碼以便于識別、無需電源并完全免維護、使用壽命30年以上、現場識別管線并指導管線開挖、使用低頻信號可穿透路面、抗干擾能力強。

而系統使用的探測設備具有如下特點：設備操作簡單并攜帶使用方便、電池待機時間長、可探測地下管線路由、可識別并讀取地下電子標識器、數據存儲空間大、自帶GPS可精確定位和查找地下管線。

2.2 地下管線數據標準化處理

地下管線信息數據具有種類復雜、數據龐大等特點，因此在數據信息分類、數據標準、圖層標識、計算單位等過程中需要建立一套標準的規劃和流程，地下管線數據標準化主要體現在如下兩個方面：一方面是專題數據標準，是指地下管線數據建庫標準、綜合地下管線要素編碼規范等；另一方面是數據中心數據管理制度，包括地下管線數據管理、數據匯交、數據核查、數據變更、數據發布、數據安全、數據備份等管理機制，形成全局統一的地下管線數據管理體系。

具體說來，系統的地下管線數據標準化處理主要包含如下內容：數據庫存儲的格式是AccessMDB，圖形的文件存儲的格式是AutoCAD DWG；地下管線圖標的標記要盡量簡單，讓圖畫更可觀；專業的注解要更多，讓管理地下管線的單位能夠用得上，從而實現畫面美觀、步驟簡明和有效可行的目標；顏色要統一，運用真色彩設定的模式能夠讓畫面更可觀、色彩更鮮艷，讓結果更好的顯現出來；調查水和燃氣管線接口方式，主要有柔性、剛性和熱度的接口，還調查主要有排水的泥井、沖水井、跌水井、燃氣的伸縮器、給水的門閥等設施種類，地下管線的使用材料有灰管、玻璃鋼、球墨鑄鐵、灰口鑄鐵管等，這些能夠使得系統有詳細的數據資料，便于資料的共享。

3 結語

綜上所述，基于電子標識器的地下管線三維可視化管理信息系統可以精確定位地下設施、智能識別讀取地下設施信息、快速查找地下設施、提高搶險施工效率、減少開挖事故率并降低成本、有效保護地下設施及數字化管理地下設施，在燃氣、熱力、給排水、電力、廣電、學校及電信等多個領域均可以應用，具有極高的應用和推廣價值。

參考文獻

[1]張建平.三維地下管線可視化信息系統研究[J].智能建筑與城市信息，2017，（9）：54-46.

[2]殷義程.地下管線三維可視化系統建設與質量控制[D].昆明理工大學，2015.

[3]魏忠勇.基于三維GIS的地下管線信息系統的設計與實現[J].礦山測量，2017，45（4）.

[4]姚姝娟，寶力杰，沈文慧.地下管線三維信息系統在城市規劃中的現實意義[J].西部資源，2015，（2）：176-178+181.