地理信息系统在地下管线中的应用

赵维高

（山东正元地球物理信息技术有限公司，山东 济南 250101）

在现代城市的地下管线中包括了电力、燃气、给排水、通信、供暖以及工业管线等多种类型的管线设施，构成了城市生活的重要基础，运行的安全性和稳定性将直接关系到城市生产生活能否正常进行。由于管线类型比较复杂，在规划设计、施工建设以及运行维护等方面的要求也各不相同，给相关的规划及管理工作带来了较大难度。随着地理信息技术的发展，为地下管线的管理提供了高效的信息化手段，其不仅可以通过可视化方式来准确呈现地下管线的各种信息，而且其还可以扩展深层次公路来实现对地下管线的综合性管理，从而促进数字化城市的发展。

1 地理信息系统在地下管线管理中的主要结构

应用地理信息技术构建的地下管线管理系统中主要包括了地下管线的基础地理信息、软件系统以及相关的应急设备等。其中硬件设备指的是绘图仪以及数字工作站等，而地理信息系统中则主要由GIS、数据库以及相关的软件共同构成[1]。在地下管线的地理信息系统结构中，底层为基础性的地下管线数据，这是中间服务层以及系统应用层的重要基础，也是地理信息系统实现各项功能的核心环节。

1.1 基础数据层

在地下管线的地理信息系统中，管线的空间信息以及属性数据等构成了基础数据。其中地下管线的属性信息主要指的是管线以及管辖按的弯头或阀门等管点属性，具体来说是管线的类型、标识、管线起止点埋深、ID，以及管线的管井等数据[2]。而管线的空间信息则主要指的是地下管线设施的地形图、地理空间数据以及图形等信息。

1.2 中间服务层

在地下管线地理信息系统中，中间服务层连接着应用层以及基础数据层，从而使系统利用中间服务层中的软件工具，根据应用层的实际需要由基础数据层内将数据调出并应用。

1.3 系统应用层

地理信息系统的应用层主要是系统为用户提供的操作界面，其也是地理信息系统的顶层结构。用户可以通过操作界面来采集和输入数据，并对数据进行通径分析、查询应用以及输出成果的操作，从而实现对地下管线设施的信息化管理。在地理信息的应用层中除了包括传统的应用平台外，还包括越来越普及的APP等移动终端。

在应用地理信息系统来管理地下管线设施时，系统以管线的空间数据或属性信息为基础，利用ArcSDE等数据库软件来实现用户应用请求与底层数据间的连接转换，同时对数据层所提供的返回结果进行优化后，由应用层通过三维可视化方式加以呈现，从而完成数据信息的查询应用。

2 地理信息系统在地下管线管理中的应用

应用地理信息系统来进行地下管线的管理，能够充分发挥GIS技术的可视化呈现功能、数据编辑处理功能以及三维仿真模拟功能，来有效提高地下管线管理的质量和效率，确保地下管线的运行安全。

2.1 应用地理信息系统进行地下管线数据编辑

地理信息系统可以以其采集的地下管线的阀室和阀轴以及管道等各种设备的检测数据为记录，利用系统的动态数据库以及图形等编辑软件来实现对数据的处理分析，从而为用户提供数据的查询、统计以及分析功能，帮助用户准确了解地下管线的动态信息[3]。

（1） 编辑基础数据。地理信息系统的数据编辑功能主要是为用户提供地下管线各项数据的输入或输出、管理文件信息、转换数据以及编辑图形等功能，为地下管线的管理提供便利。

（2） 浏览管线信息。应用地理信息系统可以根据用户的实际需要通过分层显示的方式来展示特定地下管线的类型，并为用户提供多种视角的浏览功能，还可以对地下管网和其相关的地上结构物等情况进行三维展示，并对开挖管线等实施情况进行场景演示，使用户能够获得直观的浏览效果。

（3） 查询管线数据。应用地理信息系统可以按照用户的指定属性要求来对地下管线进行限制查询或者统计相关数据。比如系统可以根据用户指定的区域范围对一定使用年限的管线设施进行查询并准确统计数量信息，从而为管线的维护管理工作提供准确的参考依据。

（4） 分析管线三维空间信息。应用地理信息系统不仅可以为用户具体提供地下管线设施的走向、三维分布和彼此之间的三维关系等可视化信息，而且可以对地下管线设施进行三维空间分析，例如对管网设施的连通情况、流向、横纵断面以及是否存在爆管或碰撞风险进行综合性分析，从而为地下管线的故障排除以及路径规划等提供可靠的参考依据。

（5） 更新地下管线数据。应用地理信息系统可以及时向系统中输入新的地下管线工程数据，并根据相关普查或测量结果对系统数据库每年的数据信息进行更新和完善，以保证数据信息与地下管线的实际情况相一致。用户可以批量导入地下管线的各种数据，并对数据信息进行编辑处理，分析误差产生的原因，并可以根据设计数据与竣工测量数据进行对比。此外也可以删除失效或错误的地下管线数据。

（6） 为地下管线的规划设计提供辅助作用。应用地理信息系统可以将国家颁布的管线设计标准转换为各种设计参数，同时根据地下管线的实际分布情况等对地下管线工程的埋深或者铺设范围等规划设计进行限定，同时还可以辅助地下管线设计进行设计验证或者分析管线间的三维空间关系等。

2.2 应用地理信息系统进行地下管线的抢险调度

应用地理信息系统可以根据其所获取的各测点的数据进行分析，一旦发现异常后可以及时发出警报信息，并根据其风险点源方向来对管道以及阀门的状态进行查询，以准确判断故障发生的具体位置，同时预测相关道路以及周边地区的影响程度，为地下管线故障的抢险调度提供准确的参考，提高地下管线抢险维修的效率和质量。

2.3 应用地理信息系统模拟地下管线运行状态

应用地理信息系统的防震模拟功能可以准确模拟相关管线的动态平衡、负荷以及差分情况。在此基础上，系统可以对传动误差进行定量分析，并综合分析地下管网的实际负载情况，并优化相关的调度策略，从而保证城市地下管网的安全运行。

2.4 应用地理信息系统对地下管线进行风险评价

应用地理信息系统可以准确识别地下管线的运行风险，并对风险程度进行客观的评价，帮助地下管线的管理部门及时发现地下管线的风险隐患，并科学判断风险来源以及风险程度，为采取相应的风险防范措施提供可靠的参考依据，从而提高地下管线运行的安全性和可靠性，防止发生重大的安全事故，保证人民群众的生命财产安全。

3 结语

综上所述，应用地理信息系统来进行地下综合管线的管理能够有效提高管理的质量和效率，并提高地下管理的信息化水平，促进数字化城市管理的发展。随着地理信息技术以及平台建设的不断成熟，对各类型地下管线的管理将更加精细化，系统将能够根据不同管线的属性特点以及运行规律来进行更有针对性的管理，并为地下管线的设计规划提供更加直观、准确的参考依据。