管線普查知識(shí)庫與技術(shù)平臺(tái)建設(shè)初探

范海林，王大成，李?yuàn)欉t

(廣州繪宇智能勘測(cè)科技有限公司，廣東廣州510665)

一、前 言

管線是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的“生命線”，是城市物質(zhì)流、能量流和信息流輸送的重要脈絡(luò)，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。管線種類多、數(shù)據(jù)量大、埋設(shè)錯(cuò)綜復(fù)雜，管線相關(guān)技術(shù)發(fā)展日益多元化，傳統(tǒng)的管線信息存儲(chǔ)系統(tǒng)已不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求，不能有效解決管線規(guī)劃設(shè)計(jì)不科學(xué)、維護(hù)管理不到位、數(shù)據(jù)不規(guī)范、普查開展不及時(shí)等問題。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，管道運(yùn)行、評(píng)估、管理、決策和思維模式，需要依靠移動(dòng)互聯(lián)，利用管道大數(shù)據(jù)，發(fā)掘數(shù)據(jù)價(jià)值，建立管線普查知識(shí)庫和技術(shù)平臺(tái)，使管道運(yùn)行更安全、經(jīng)濟(jì)可靠和智能化，是管線事業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

二、平臺(tái)建設(shè)的意義

1.必要性

(1)深入推進(jìn)地下管線數(shù)字化戰(zhàn)略的重大工程

2013年9月16日國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》，強(qiáng)調(diào)加大城市管網(wǎng)建設(shè)和改造力度。本平臺(tái)的建設(shè)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)城市給水、排水、排污、燃?xì)?、電力、通信、熱力、工業(yè)等八大類地下管線的信息入庫工作，為城市規(guī)劃管理、資源開發(fā)利用、公共安全保障等提供基礎(chǔ)信息支撐。

(2)推進(jìn)智慧城市建設(shè)、提高城市精細(xì)化管理水平的重要舉措

推進(jìn)智慧城市建設(shè)是加快實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要手段。但城市管線設(shè)施的信息化管理一直落后于其他城市基礎(chǔ)設(shè)施管理。本平臺(tái)針對(duì)此城市建設(shè)管理中的重點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，利用先進(jìn)、可靠、適用的信息技術(shù)和創(chuàng)新的管理理念，建立統(tǒng)一的知識(shí)架構(gòu)和技術(shù)交流平臺(tái)，進(jìn)一步提高管線建設(shè)管理的精細(xì)化、智能化水平。

(3)推動(dòng)地下空間開發(fā)利用規(guī)范化的重要支撐

城市地下空間開發(fā)利用是城市建設(shè)和發(fā)展的重要組成部分。本平臺(tái)的建設(shè)有利于管線項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)規(guī)范的推廣和落實(shí)，管線技術(shù)的提升有助于地下空間的優(yōu)化布局。在存量土地不足、地面空間利用接近極限的背景下，本平臺(tái)是推動(dòng)地下空間開發(fā)利用、構(gòu)筑高水平崛起載體的重要支撐。

2.推廣效益

社會(huì)效益方面，改變地下管線管理模式，提高管理效率和可行性，減少因管線事故發(fā)生而導(dǎo)致的損失;經(jīng)濟(jì)效益方面，管線數(shù)據(jù)的規(guī)范管理和適度共享有利于為權(quán)屬單位提供數(shù)據(jù)，為政府部門提供決策參考，為城市管線規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)節(jié)省資金和時(shí)間，為城市管線檔案管理節(jié)省開支。

三、發(fā)展思路

以現(xiàn)代化創(chuàng)新技術(shù)手段為支撐，以數(shù)據(jù)庫建設(shè)為基礎(chǔ)，以長(zhǎng)效機(jī)制為核心，以共享應(yīng)用為目的，將管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程、管理規(guī)范、數(shù)據(jù)管理和體驗(yàn)、項(xiàng)目資訊等信息集成在一個(gè)平臺(tái)中，以云服務(wù)的形式進(jìn)行應(yīng)用和交流。

1.知識(shí)的提取

從廣義上講，知識(shí)是一種用符號(hào)表示的信息。知識(shí)庫的構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)人工智能必不可少的部分，關(guān)鍵技術(shù)在于知識(shí)的提取。管線數(shù)據(jù)的有關(guān)知識(shí)主要有以下幾個(gè)來源:

1)項(xiàng)目采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范、圖式、技術(shù)設(shè)計(jì)等有關(guān)規(guī)定，如《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》(GB 50298—1998)、《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013—2006)、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014—2006)、《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50015—2003)、《城市電力規(guī)劃規(guī)范》(GB 50293—1999)、《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50217—2007)、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)等。

2)管線管理、施工、探測(cè)和應(yīng)用領(lǐng)域的專家意見、學(xué)術(shù)論著和思維方法。

3)基于常識(shí)的判斷準(zhǔn)則和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查實(shí)際情況。

將以上來源的信息進(jìn)行挖掘和整理，形成概念化的知識(shí)及相關(guān)的語法規(guī)則和語義規(guī)則，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建管線知識(shí)庫。其中，概念化的知識(shí)是指從管線有關(guān)規(guī)定、專家意見、學(xué)術(shù)論著和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中抽象出來的事實(shí)，語法規(guī)則主要指管線數(shù)據(jù)、技術(shù)規(guī)范等在內(nèi)容組成、結(jié)構(gòu)、格式等方面的要求，語義規(guī)則主要指管線數(shù)據(jù)、技術(shù)設(shè)計(jì)、思維方法等之間存在的內(nèi)容邏輯推理方面的要求。管線知識(shí)庫構(gòu)建的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 管線知識(shí)庫構(gòu)建的技術(shù)路線

2.側(cè)重體系庫建設(shè)

由于不同種類的管線有不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)規(guī)則規(guī)范，因此，基于管線種類的體系庫建設(shè)是平臺(tái)構(gòu)建的基礎(chǔ)。平臺(tái)體系庫如圖2所示，管線種類包括給水、排水、燃?xì)?、電力、通信、工業(yè)管道、熱力、石油管道和綜合管溝等。完整的管線信息包括管線信息和管點(diǎn)信息，具體內(nèi)容包括空間特征(幾何形狀、平面位置、起始埋深、起始標(biāo)高、終止埋深、終止標(biāo)高、拓?fù)潢P(guān)系)、屬性特征(管材、管徑、埋設(shè)方式、建設(shè)時(shí)間、使用狀態(tài)和權(quán)屬單位)、技術(shù)特征(最小覆土深度、最小凈距、與附屬設(shè)施的連接關(guān)系、布設(shè)順序、編繪標(biāo)準(zhǔn))等。

3.建立管線科技索引

知識(shí)庫的內(nèi)容很全面、很準(zhǔn)確，但是如果沒有良好的搜索或索引結(jié)構(gòu)，就不能將最需要的知識(shí)快速地傳遞給使用者，同樣在這種情況下使用知識(shí)庫的熱情就會(huì)下降，失去知識(shí)庫的核心價(jià)值。知識(shí)庫的價(jià)值在于知識(shí)的運(yùn)用而非文檔的管理。雖然企業(yè)必須把文檔管理好，但是好的文檔管理保證不了成功的知識(shí)管理。本平臺(tái)擬建立3種索引方式引導(dǎo)使用者進(jìn)行信息搜索。

圖2 平臺(tái)體系庫

1)空間信息索引:根據(jù)管線的空間位置建立管線的索引平面圖，按照管線的位置查找管線的相關(guān)知識(shí)。

2)屬性信息索引:建立管線屬性的編碼規(guī)則，依據(jù)規(guī)則對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，編制索引表，以此來查找管線的相關(guān)知識(shí)。

3)技術(shù)信息索引:以文檔的形式儲(chǔ)存管線的技術(shù)信息，通過關(guān)鍵詞搜索查找管線的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而查找其他管線知識(shí)。

4.建立管線技術(shù)交流機(jī)制

在平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行探測(cè)、內(nèi)頁成圖、數(shù)據(jù)管理、項(xiàng)目監(jiān)理、動(dòng)態(tài)更新、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與運(yùn)維、信息化測(cè)繪等技術(shù)交流。強(qiáng)化專家、學(xué)者和專業(yè)技術(shù)人員在技術(shù)交流中的主導(dǎo)地位，并暢通產(chǎn)、學(xué)、研的溝通合作渠道。將溝通交流的成果整理到知識(shí)庫中，保證管線技術(shù)信息的現(xiàn)勢(shì)性。

5.運(yùn)行云服務(wù)模式

云服務(wù)的商業(yè)模式是通過繁殖大量創(chuàng)業(yè)公司提供豐富的個(gè)性化產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)上日益膨脹的個(gè)性化需求。將這種模式應(yīng)用到本平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建設(shè)的最終目的—指導(dǎo)管線項(xiàng)目運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)管線的智能化管理。云服務(wù)的實(shí)現(xiàn)理念是“所要即所得”，即根據(jù)PMI(pertinent＆matched information)原則提供與用戶需求相關(guān)的信息，為用戶提供相應(yīng)的分析統(tǒng)計(jì)、輔助判斷和決策等服務(wù)及數(shù)據(jù)體驗(yàn)(如圖3所示)。

四、結(jié)束語

管線普查知識(shí)庫和技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)仍處于初步設(shè)計(jì)階段，平臺(tái)的功能特點(diǎn)和適用范圍決定了相關(guān)工作需要由政府來主導(dǎo)推進(jìn)。目前使用較成熟的管線綜合信息管理系統(tǒng)雖然擁有該平臺(tái)的部分功能，但其實(shí)現(xiàn)技術(shù)不足以支撐系統(tǒng)的繼續(xù)擴(kuò)展。隨著人工智能和云計(jì)算技術(shù)的日漸成熟，在不遠(yuǎn)的將來，管線普查知識(shí)庫和技術(shù)平臺(tái)必將展示出強(qiáng)大的生命力，并廣泛服務(wù)于管線行業(yè)，對(duì)管線技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

圖3 云服務(wù)示意圖

［1］魏鑫磊，王高平.基于本體的地下管線知識(shí)庫研究［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，7(7):1498-1499.

［2］FONSECA F T，EGENHOFER M J，AGOURISP，et al.Using Ontologies for Intergrated Geographic Information Systems［J］.Transactions in GIS，2002，6(3):231-257.

［3］CJJ 61—2003城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.