基于3DGIS技術的礦井三維地下管線綜合管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

史密斯

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

基于3DGIS技術可將井下管線三維可視化，集成到對井下空間、地下管線的管理，實現(xiàn)地上、地下一體化管理。通過二維數(shù)據(jù)的參數(shù)化進行三維模型的驅動生成，有利于井下生產(chǎn)設施的快速響應[1]。

1 系統(tǒng)建設目的

對井下管線進行全面實現(xiàn)城市建設三維智能化管理目標，為后期礦山規(guī)劃提供指導，同時可作為智慧礦山的基本結構。主要目的：①構建智能化、信息化的地下管線綜合管理平臺；②科學規(guī)劃地下管線綜合布局，合理利用地下空間資源；③保障礦企生產(chǎn)安全，提高生命線系統(tǒng)的防災減災能力；④指導礦山整體規(guī)劃，構建智慧礦山[2]。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)架構

三維井下管線信息管理系統(tǒng)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和技術規(guī)范體系，以GIS技術和信息管理技術等為核心，結合系統(tǒng)安全和人工智能等當前先進技術，實現(xiàn)綜合管網(wǎng)信息的整合、共享、更新、管理、分析和輔助決策等功能。

信息基礎層為整個地下管線信息管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐；專業(yè)應用層在信息基礎層之上，通過GIS基礎平臺對數(shù)據(jù)進行信息化管理，為綜合服務層提供功能支持；綜合服務層處于整個系統(tǒng)的最頂端，基于GIS基礎平臺搭建專業(yè)模塊，對數(shù)據(jù)進行更深層次的挖掘分析，為井下建設服務。

2.2 數(shù)據(jù)組織方式

數(shù)據(jù)流分析：三維井下管線的數(shù)據(jù)十分豐富，包括復雜的基礎空間數(shù)據(jù)（基礎地形圖）和管線專業(yè)數(shù)據(jù)，必須仔細分析各種數(shù)據(jù)的來源、格式、處理目標和方法等內(nèi)容，建立滿足項目要求的數(shù)據(jù)體系。運用數(shù)據(jù)流分析的方法，在對現(xiàn)有的基礎數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、管理與應用過程深入調(diào)查、研究的基礎上，概括出如下圖所示的數(shù)據(jù)流圖，它將作為確定系統(tǒng)功能的依據(jù)之一。整個數(shù)據(jù)處理過程可以簡要分成三步：標準制定、數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)整理與入庫。

2.3 建設原則

遵循如下具體的原則：實用性、規(guī)范性、穩(wěn)定性、現(xiàn)勢性、開放性、階段性、井下管線元數(shù)據(jù)庫結構設計、地下管線空間數(shù)據(jù)庫結構設計。

2.4 系統(tǒng)主要功能

井下管線信息管理平臺結合相關規(guī)范要求及地方政府機構要求建設，功能設計應在最大限度下滿足用戶的需求。一個標準的管理系統(tǒng)包括以下基本功能：礦管理、權限配置、符號管理、日志管理、井下地形瀏覽、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析。

3 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

井下信息綜合管理平臺數(shù)據(jù)三維化后，重新加載將進入軟件平臺界面，軟件默認飛入就近影像圖附近，通過鼠標移動可進行查看三維成果，同時也可點擊軟件界面上的各類標志進行功能操作。

3.1 查詢定位

（1）屬性查詢。屬性查詢功能主要用于礦企對某管點或管線準備進行屬性查看，通過屬性查詢功能，相關工作人員可以輕松搜索到所需要的信息，比如管線管徑、材質(zhì)等。

用戶如需對特定條件管線、管點準備進行查找，可使用條件屬性查詢功能，在右邊表格中輸入所滿足條件，在整體區(qū)域或指定區(qū)域進行查找工作，利于井下管線布局整體規(guī)劃、拆挖等，該功能也可用快速查詢中的關鍵字、點屬性、材質(zhì)等快速查詢功能代替，同樣專業(yè)便捷。

（2）定位查找。系統(tǒng)使用過程中，由于地形范圍較大，可由已知坐標進行定位查找，在定位功能中輸入坐標值，點擊定位按鍵，系統(tǒng)將直接將客戶帶至坐標點位之處，并標注點位標志，方便使用。該系統(tǒng)還可進行距離量算，通過此功能計算兩條管線之間的距離、高度，利于后期其他管線的埋設工作。

3.2 設施管理

三維井下管線信息綜合管理系統(tǒng)還可實現(xiàn)在對設施三維數(shù)據(jù)的移動、刪除，實現(xiàn)對設施形態(tài)的編輯，實現(xiàn)對設施拓撲的編輯，實現(xiàn)對設施屬性的編輯。

3.3 分析應用

三維井下管線信息綜合管理系統(tǒng)包括了綜合分析、工程分析、規(guī)劃分析、事故分析等四大類分析功能。綜合分析功能主要包括橫截面分析、縱截面分析、管線縱向查看、連通功能、流向分析等功能。橫截面指垂直道路走向拉取管線剖面，縱截面指順著道路走向拉取剖面，之后在橫截面、縱截面上查看各類管線的位置、埋深、管徑等情況，有利于分析探查成果是否符合實際，同時對后期管線埋設提供指導。連通功能是指查看某類管線在一定區(qū)域內(nèi)是否存在斷線情況。流向分析功能主要是指查詢熱力和排水管線的流向，流向標注按照國家標準，從起點流至終點為0，終點流至起點為1，系統(tǒng)識別后將自動附屬性給管線，查詢之后，管線將顯示動態(tài)分子。

在管線管理系統(tǒng)工程分析功能比較重要，井下管線信息綜合管理系統(tǒng)主要針對開挖驗證分析功能進行了優(yōu)化，分析成果圖件清晰，數(shù)據(jù)全面，同時分析數(shù)據(jù)成果能導出EXCEL中，供現(xiàn)場施工使用。

規(guī)劃分析包括管線對比，二三維聯(lián)動、碰撞分析、間距分析、埋深分析五個功能，這五功能主要是為現(xiàn)狀管線進行分析，為后期管線鋪設官話提供一定的數(shù)據(jù)支持，避免管線在后期鋪設過程中打架。

事故分析主要針對泄露的氣體，輸入氣體泄露速度（m3/s）、風速(m/s)、風向等參數(shù)，現(xiàn)場模擬事故發(fā)生的范圍及動向，突發(fā)緊急事件可通過該軟件分析事件持續(xù)時間，擴散范圍，及污染密度，然后做出相應科學的防范疏導措施。

4 結語

本文針對當前井下管線建設存在的“多頭管理、各自為政，綜合管理缺位、建設檔案不完善”等問題，通過建立技術標準，對井下管線進行三維井下管線綜合管理系統(tǒng)建設，實現(xiàn)井下管線在規(guī)劃、建設、運行、信息檔案、應急等各環(huán)節(jié)的綜合協(xié)調(diào)管理，更好的服務于礦井空間建設和規(guī)劃。