基于三维GIS的地下管线规划审批辅助决策系统研究与设计

文｜泰华智慧产业集团股份有限公司 刘永伟 郝敬全 张淑淑 孙祥会

1 引言

地下管线是城市生存以及发展的物质基础．是城市的“生命线”，是城市安全、健康运行的“动脉”，地下管线具有复杂性、多样性、隐蔽性和更新变化快等特点，在我国城市化快速进程中，时常有因施工失误导致地下管线被破坏的情况，造成了人民生命财产的损失。

图1 管线辅助审批流程

传统的地下管线规划设计成果是二维图纸，人们无法获得在三维空间中的真实感受，一些在二维平面上看似优秀的规划设计方案在具体的实施过程中出现了许多三维空间尺度上的问题。基于二维GIS地下管线规划审批系统已不能满足业务需求，二维管线系统很难直观地展示各管线之间、管线与周边地物之间的空间关系，对三维可视化的需求的不断提高，因此建立智能可视的三维地下管线规划审批辅助决策系统，已成为当前地下管线规划审批的迫切需求。

2 研究思路

管线规划审批辅助决策系统，是将地下管线规划数据、竣工数据、实测数据通过整理、处理、质检、成图、入库等一系列过程，按照统一的数据标准及业务规范体系，集中到统一的平台上，建立管线三维模型，通过相应的三维GIS平台加载模型，实现水平净距分析、垂直净距分析、覆土分析等功能，从而更好为地下管线的规划审批提供有力支撑。

通过建立工程项目的方式对规划数据进行组织管理、并进行辅助分析，将管线设计单位提供的非GIS格式点线数据，转换成三维GIS格式的数据，系统设计了规划、实测、竣工等3种类型管线数据的检查成图功能，成图之后再进行水平净距分析、垂直净距分析、覆土分析、横断面分析，最后输出报告。业务流程图如图1所示。

3 系统架构设计

系统采用基础支撑层、数据层、业务逻辑层、应用表现层四层体系结构，数据层由存贮属性数据、三维空间数据等各类数据的关系数据库组成，包含影像数据库、管线现状库、管线历史库、管线规划库、基础地形库，用户对数据的访问请求．通过应用表现层应用软件提供的界面输入，并经业务逻辑层运算处理转换为对数据层数据库服务器的请求，通过基础支撑层网络设备向数据库服务器发送请求，数据层数据服务器接收请求并处理完请求后，再将结果通过基础支撑层网络设备返回到业务逻辑层，最后返回给应用表现层，由表现层界面显示或打印输出用户所需的结果，体系结构如图2所示。

管线规划审批辅助决策系统采用C/S架构，将计算任务合理分配到服务器和客户端计算机，降低了应用系统的网络资源消耗。C/S架构的应用软件操作灵活，响应请求的速度快，运行效率高，大大缩短净距分析、覆土分析的运算时间。

图2 系统体系结构

四层结构的优点是：最大程度的利用资源、减轻服务器压力、平衡系统负载，各层之间相互独立，最终用户不直接操作数据库中的数据，不需要了解所访问数据的技术细节和数据库的分布，而把重点工作放在业务数据、三维GIS数据的维护和应用上，以及依托业务数据和三维GIS数据进行规划审批、分析决策上面。

4 系统功能设计

系统整体功能设计为文件操作、地图浏览、质检成图、数据入库、辅助决策5个功能模块，以满足地下管线规划审批辅助决策业务的需要，系统的功能设计如图3所示：

4.1 文件操作功能模块

文件操作功能模块设计包含两部分：项目信息、成图数据，项目信息功能模块包括的功能：新建规划项目、打开规划项目、查看规划项目信息、关闭规划项目，成图数据功能模块包括的功能：现状数据加载、实测数据加载、规划数据加载。

4.2 地图浏览功能模块

地图浏览功能模块设计包含三部分：浏览工具、测量工具、清除工具，浏览工具设计为电于地图的基本操作：点击查询、拉框放大、拉框缩小、全图显示、平移地图，量测工具功能模块包括的功能：长度测量、面积测量，清除工具功能模块包括的功能：释放地图当前功能、清除地图上所有注记、清除地图上部分注记、取消地图上要素选中状态。

以点击查询为例：点击查询将通过拾取地图中管线设施将查询显示出该段管线的详细信息（如管径、材质、地址、日期等）。

4.3 质检成图功能模块

质检成图功能模块设计包含三部分：规划数据、实测数据、竣工数据，地下管线规划数据功能模块包括的功能：检查配置、一键检查、检查成图；地下管线实测数据功能模块包括的功能：检查配置、一键检查、检查成图；地下管线竣工数据功能模块包括的功能：检查配置、一键检查、检查成图。

4.4 数据入库功能模块

数据入库分为新增入库和更新入库，新增入库是将要入库的数据直接导入到数据库中；更新入库是根据更新的范围，自动删除历史数据，再将要入库的数据新增到数据库。在数据导入完毕后，系统会生成数据入库的日志报告，记录数据入库过程和出现的异常，以便用户准确检测到出问题的数据和查找异常原因。

数据入库功能模块设计包含两部分：更新范围和入库，更新范围功能模块包括的功能：更新范围的绘制、更新范围的删除、更新范围的平移、更新范围导入、更新范围的保存，入库功能模块包括的功能：规划数据更新入库、规划数据新增入库、入库日志。

4.5 辅助决策功能模块

辅助审批功能模块主要包括的功能：水平净距分析、垂直净距分析、覆土分析、一键分析、横断面分析、报告输出，水平净距分析、垂直净距分析、覆土分析依据《GB50289-2016城市工程管线综合规划规范》设计。

水平净距分析功能是指检查规划管线与现状管线间水平净距是否符合国家标准规范；垂直净距分析功能是指检查规划管线与现状管线间垂直净距是否符合国家标准规范；覆土分析功能是指检查管线覆土埋深，即管线顶部外壁到地表面的垂直距离是否符合国家标准规范；一键分析功能是对水平净距分析、垂直净距分析、覆土分析功能的集成；横断面分析功能是指绘制和分析展示目标位置处的地下管线横断面信息；报告输出功能是将分析的结果形成报告。

5 结语

建立准确、三维可视的地下管线规划审批辅助决策系统，可提供直观、便捷的地下管线辅助分析工具，为管线工程的规划审批提供专业、科学的决策支撑，降低时间、费用和人力成本，有效地提高业务部门对管线规划数据的审批能力。

图3 系统功能设计