探究城市地下管线信息化及管线三维可视化建设流程及难点

韩烨

摘 要：本文将就管线信息化建设问题进行探讨，着重讨论管线信息化建设中三维建设相关的内容。

关键词：地下管线 信息化 三维可视化 流程

近年来，随着国家及各级政府对地下管线建设的重视，各地地下管线普查蓬勃开展，地下管线信息化规范化成为城市信息化建设中的重要一环。而管线探测自身具有的难度，管线老化带来的问题使得事故一旦出现，便会对城市居民生活及城市建设产生巨大影响。因此，从数据初步探测、数据规范人库管理，以及后期数据处理、利用等一系列与地下管线信息化系统建设相关的环节，都需具备规范的流程、安全的数据管理方式，以便更好的管理利用管线数据，供国家建设、工程建设使用，为城市居民提供更好的生活环境。

—、管线信息化建设现状

由于每个城市都存在庞大而复杂的地下管网系统，而传统的地下管线管理采用人工借助图纸等纸质资料来存放管理，在数据完备程度、精度、更新速度方面都有许多制约。管线建设工作分为外业探测及内业数据库建设。目前，在流程上内外业管线普查一体化探测技术已基本成熟，在全国大部分地区也已采用此技术，并且使用该技术的城市数量也逐年递增：所开发的基于地理信息系统的管线信息系统实现了不同管线类别与地形信息结合的综合管理，针对不同的用户也实现了辅助功能的开发，并实现网络化，以达到合理配置资源的目的二维管线信息系统基本能够实现对数据的检索、处理、查询统计等基本功能，同时能够为管线规划、建设、维护、管理以及应对突发事故等起到积极作用，基本实现管线的规范化、自动化、科学化管理。

虽然二维管线信息化建设初具规模，但仍存在数据采集标准各地区执行上的差异性。数据不全面、探测数据重复、管理系统数据更新机制不健全、功能不全面等也是目管前管线信息化建设存在的问题。

地下管线三维可视化信息系统的建设，能够结合三维城市模型与管线模型信息进行地上地下数据统一分析，通过三维GIS地下管线系统，使地下三维管线数据的自動驱动生成和城市地表三维模型的关联关系，从而实现了整个城市的地上地下部分一体化，具有了真实的现实意义。目前该技术已经在全国多个城市进行了很好的推广和拓展。

二、管线信息化建设意义

城市地下管线属于城市的基础设施，涉及城市主要信息，在城市规划、建设、维护等占据重要地位，管线信息化建设具有重要意义。

首先，管线信息化建设改变了管线信息传统管理方式，解决了传统管线信息存储存在的各种问题。传统管线数据存储以纸类为媒介，除据重复、缺漏，査询、更新、资料保管等都对管网的建设和维护造成了制约。而随着城市化进程不断加快，各类管网错综复杂，建设、更新速度也不断加快，传统管线数据存储导致不同种类管线数据存储分散，在需要对管网进行综合管理的存在各种不便。而利用计算机技术对管线数据进行统一处理，借助地理信息系统来管理管线数据，对管线的建设、维护，以及应对紧急事件，进行预警分析都具有重要意义。

其次，采用信息化管理方式，产生了显著的经济效益与社会效益。信息化管理方将本来由不同部门管理的管线数据统一在综合管理平台下，节省了人工成本，提高了数据利用率及查询效率，能够为规划管理部门及时提供较好的参考信息。另外，地下管线数据的准确度得到提高，避免和减少了挖断底线管线事故，将不必要的损失降到最低。同时，综合管线信息系统中信息完备，为新建管线提供了较好的参考，为构建数字城市创造了良好的条件。

此外，在预警决策方面，需要准确完备的管线信息才能够在遭遇突发性事故时进行最好的应对。管线信息化系统的不断完善对于长期保持城市地下管网的正常安全运行具有重要意义，只有信息准确、更新及时，才能变被动救援三维管线建设在覆盖二维管线信息化优势的基础上，对管线信息进行三维化，能够将二维无法体现的信息进行进-步展现，使管线数据表达更为直观。例如在对井进行探测时，二维数据仅能够以数字形式展示深度信息，而三维信息能够在虚拟环境中模拟井内现况，为事故处理、管线建设提供更好的参考。

三、管线信息化建设流程

管线数据信息化建设环节主要包括：野外数据采集、数据处理、质量检测、数据建库（二三维数据库建设）、软件动态管理等。外业数据采集由人工进行，同时按照数据采集标准进

行初步处理。在数据采集后，使用质量检测T.具，根据数据质量检测标准剔除、修正不合理数据。管线数据检测完毕后，将准确的数据进行人库。针对二维与三维数据库，有不同的数据采集标准，以便对数据进行进一步处理。其中，因为三维管线化生产需要对管线进行建模，三维数据的采集必须经过严格质检，采集要求也与二维不同。管线信息采集人库整理是一个长期持续的过程，需对现实情况中的管线变化进行定时跟踪、实时更新。同时管理软件对数据库中的管线数据信息进行实时管理、使用，在进行长期维护的同时，软件自身功能也需要根据不同用户的需求进行开发。而管线信息的动态更新也是管线数据库建设的难点之一。

四、管线三维信息化难点

管线信息化建设开展已有一段时间，基本已投入实际应用。但在一些方面仍存在技术难点，特别是三维管线信息化建设，由于起步较晚，某些方面技术还未能完全满足现实需求。

1、数据采集标准

由于管线数据采集标准未能做到完全统一，在全国范围内不仅各地区存在一些差异，具体到单个外业采集人员，也不能够完全做到按照数据标准进行采集，数据采集标准的规范与落实程度成为管线信息化过程中的难点之一。三维管线数据采集与二维管线数据的采集不完全相同，暂时还未形成完备统一的采集标准，在目前投入使用的一些管理系统中，管线原始数据较为混乱在构建三维管线模耐，必须严格按照计算机图形学要求，保持采集数据的正确性与完整性，采取标准的数据采集、处理方式，再通过质检系统对数据进行修正处理，才能顺利完成三维管线模型生产。

因此需要制定统一的三维管线数据采集标准，根据数据采集标准对外业采集人员进行培训，规范原始采集数据，提高数据质量，减少数据质量检测过程中的数据损失。

2、动态更新

为了对管线数据进行科学管理，避免管线数据重复储存、数据库与实际管线建设、修改同步，需采用动态更新机制以便对数据进行实时修改三维数据库动态更新涉及的模型的重新生产问题，在更新管线数据的同时，需关联管线模型，完成旧模型打入历史库新模型生产：这就要求外业采集、质检过程、数据库与模型库死者之间有完备的动态链接机制：由于不同环节的工作分离，数据未有统一标准等情况，要将这四个环节处理进行统一规定具有难度。

3、三维造型

三维管线生产实际即为根据采集的管线数据生成三维模型，模型与现实中的管线相似度高，参数一致，以达到对管线维护建设提供支持目的。在管线三维模型建设时，由于三维模型生产批量大，精细程度要求高，对程序性能提出的要求较好此外，数据采集的局限性导致不同类型的井室生产与现实情况完全匹配具有较大难度。

除以上三点，在对管线数据的管理、功能性分析（如日照分析）上也存在一些技术难点，本文不再进行深入探讨。

4、地下管线三维与地面三维的精确匹配

由于管线探测的高精度（厘米级），地面三维的高程精度一般为几十厘米以上，所以地下管线三维的精度与地面三维的高程精度不一致，很多时候容易导致不匹配，对平原地区还好，对于有山地的城市往往存在匹配的矛盾，需要研究相应的算法或者提高地面三维高程的精度来解决。

五、小结

管线信息化建设作为三维数字城市建设的一部分，已经初具规模。其具有重大的建设意义，同时现阶段也存在着一些不足，有待发展。在提高数据探测技术，规范数据采集标准的前提下，合理利用计算机科学技术，增加对管线信息的管理与利用，提高城市地下管线综合水平，也对我国三维数字城市的综合监视具有重要意义。