空間信息大數據管理及其可視化技術在地下管線管理平臺中的應用

苑志剛

摘要：空間信息大數據存儲管理一直是地理信息技術發展的難題。如何對這些海量、多源、異構數據進行組織管理應用是地下管線管理中的一個重要問題。本文主要介紹了地下管線管理系統建設中海量數據存儲、管理、傳輸及其可視化應用方面若干值得關注的技術問題。

Abstract： Spatial information big data storage management has always been a difficult problem in the development of geographic information technology. How to organize and manage these massive， multi-source， heterogeneous data is an important issue in underground pipeline management. This article mainly introduces several technical issues worthy of attention in the storage， management， transmission and visualization of massive data in the construction of underground pipeline management systems.

關鍵詞：地下管線;空間信息;大數據;可視化

Key words： underground pipeline;spatial information;big data;visualization

中圖分類號：P208;TU990.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）06-0245-02

0 ?引言

城市地下管線是非常重要的基礎設施，它不僅具有規模大、覆蓋范圍廣、各專業管線種類繁多、變化快、地下空間分布復雜、增長速度快、形成時間久等特點，更重要的是它還承擔著信息傳輸、能源供給、雨污水排放等與百姓生活密切相關的重要功能，也是決定城市賴以健康發展的重要物質基礎。

近幾年來，我國城鎮化進程的步伐不斷加快，城市地下管線依靠傳統的二維地圖管理模式，已根本不能滿足當今城市規劃發展對地下管線大數據表達、信息分析、應用的實際需要。基于此，實現地下管線的三維可視化管理，通過結合城市地理信息、辦公業務和輔助決策等地上、地下建筑規劃管理功能模塊于一體，采用計算機虛擬現實技術解決地下管線管理中所面臨的諸多問題。不僅有助于避免市政建設過程中城市道路的頻繁開挖，而且還可大大降低施工中地下設施的沖突與事故隱患，提升管線工程建設規劃設計、施工與管理的準確性和科學性。大量節省規劃審批中開挖道路斷面、核定管線位置的時間和費用，最大程度地降低因規劃失誤所造成的經濟損失，對城市建設發展具有非常積極的意義。

1 ?管線GIS數據管理平臺建設的主要任務

數據管理平臺主要任務是在分布式網絡基礎上，建成一套專業性強、具有高可擴展性的空間數據管理平臺。平臺以各類管線數據、地上地下空間信息數據，涵蓋數據采集整理、輸入輸出、數據更新、查詢搜索、統計分析等各個應用環節。主要用于管理各類別管線數據、各分辨率影像數據、三維模擬數據等，滿足管線GIS數據的建庫、管理、更新與應用需求，為決策管理部門提供地理信息管理和分發服務支撐。數據管理平臺不僅要實現GIS數據庫的管理，同樣適用于由GIS數據衍生出來的其他與空間位置相關的數據管理。

2 ?管線GIS數據管理平臺建設的關鍵技術

管線GIS數據管理平臺建設需要將來自不同數據源的空間數據包括影像數據、DEM數據、矢量數據、模型數據、視頻、圖片、文本等海量、多源、異構數據重新進行組織管理并通過應用開發接口對外提供服務，以下幾點技術要求尤其重要。

2.1 空間信息大數據存儲管理問題

空間數據區別于傳統數據的特征有時空多維、非結構化、海量數據等。一般的關系型數據庫管理系統難以滿足要求。目前空間數據存儲管理采用的主要解決方案是關系型數據庫+空間數據引擎：關系型數據庫負責存儲數據，空間數據引擎負責解決空間數據的讀寫。這里空間數據引擎就是一個中間件。但是這種方式有其局限性，空間數據操作和處理與數據庫內核分離，數據模型復雜，擴展難度大，數據共享困難。擴展對象關系型數據庫，這是一種新型空間數據存儲解決方案，他將空間數據的管理與數據庫融為一體，擴展方便，數據共享易實現，盡管在存取性能上和“關系型數據庫+空間數據引擎”有一定差距，但隨著技術的發展，將是空間大數據存儲管理的主要解決方案。

2.2 空間信息傳輸及可視化應用技術

由于管理平臺基礎設施限制及網絡的傳輸帶寬及各類網絡交換設備存在的時延，而且空間地理信息數據量龐大特別是多尺度的柵格數據，所以空間數據從服務器端到客戶端需要對分發機制進行優化。按照不同的應用場景，在用戶需要對數據進行基于各類特征屬性信息查詢分析時，這種情況就是直接發送原始數據、對網絡延時要求比較高，適合小型局域網間數據分發。再有一種情況是用戶不需要全部的空間信息數據，只需要感興趣的部分區域數據，而且數據只是做為參考底圖進行顯示瀏覽，這種情況下服務器不需要將整個數據傳送給客戶端，可以將數據進行分級切片，每一級數據對應不同比例尺度，相應尺度的數據量也不同，切片格式可以是JPG/PNG這類圖片格式，用戶可以按照不同的級別將數據定義成不同比例尺的切片，這種方式雖然喪失了數據無級縮放的特性，只要用戶對數據定義的顯示級別合理，數據在客戶端顯示瀏覽方面體驗效果是可以接受的，用戶在客戶端瀏覽時可以預先將感興趣區域（一般是顯示設備的屏幕）的幾倍數據預先下載緩存，當用戶對顯示區域進行平移時再進行數據動態下載，實現邊下載邊緩沖顯示，這種方式不僅極大的減小了網絡傳輸的負荷，而且有不錯的瀏覽顯示效果。

2.3 空間三維信息建庫技術

目前空間三維數據采集建庫主要由傳統人工建模及無人機傾斜攝影三維建模兩種方式，常用的三維可視化系統，大多直接利用已有二維空間數據，通過3DMAX等建模工具，添加少量的空間信息，將現實環境中的主要實體制作成三維幾何形體，給這些幾何形體粘貼紋理圖像，則形成具有一定逼真度的三維模擬可視化系統。但是這種方法耗時廢力，而且在模型的建立過程中對空間數據的精度有所損失。另外一種方法是采用傾斜數字攝影測量方法，快速構建整個城市的三維模型。這種方法人工干預少，模型構建速度快適合大范圍城市級三維應用。近年來，隨著傾斜攝影三維技術的成熟，基于傾斜攝影建模的技術應用城市三維規劃建設領域的發展非常迅速，在城市發展規劃設計、市政工程建設等方面有著廣泛的應用。

3 ?結語

隨著云計算、物聯網、移動計算等互聯網技術的飛速發展，新技術的不斷成熟促使城市信息化向智慧化發展，大數據、多源、異構海量數據管理的技術要求越來越重要。地下空間管線歷來是城市的“血管”和“神經”，其運行狀況與發展將直接關系到一個城市的未來。所以，非常有必要對此給與持久地關注和研究，摸索出一條適合我國城市地下管線發展的建設之路。

參考文獻：

[1]李宗華.數字城市空間數據基礎設施的建設與應用研究[J]. 北京：科學出版社，2008.

[2]李成名，安真臻，王繼周，等.城市基礎地理空間信息共享原理與方法[J].北京：科學出版社，2005.

[3]馬榮華，黃杏園.大型GIS海量數據分布式組織與管理[J].南京大學學報，2003，39（6）：836，843.

[4]陳靜，龔健雅，朱欣焰，等.海量地形數據的Web發布與交互瀏覽[J].武漢大學學報，2004（29）：3.

[5]王明孝，張志華.地理空間數據可視化[J].北京：科學出版社，2012.