智慧城市中基于GIS的地下管線信息系統探討

李愛國，李艷軍，王新來，萬永世

LI Ai-guo1, LI Yan-jun1, WANG Xin-lai2, WAN Yong-shi1

（1.天津市地球物理勘探中心；2.華北（天津）地理信息有限公司）

(1.Tianjin Geophysical Prospecting Center; 2.North China (Tianjin) Geographic Information Co., Ltd.)

1 相關概述

1.1 智慧城市概述

智能城市是信息化城市的高級階段，它是生態的、可持續的、創新的、廣泛互聯的，該定義能將智能的技術特征全面體現出來，但其主題過于寬泛，不夠明確具有一定的局限性。根據知識經濟的戰略背景，智能城市的特征為廣泛應用知識和知識內涵，其手段為互聯網、云技術等新興信息技術，其目的是構建以人為本的外部環境，進一步了解各類資源，這種新型城市有利于社會的可持續發展。簡單來說，智能城市可以將資本市場和知識市場進行交換和應用，從而進一步加快我國城市建設。

1.2 GIS技術概述

將GIS技術應用到地下管線信息化建設中，主要是由于GIS具有強大的空間分析能力。除此之外，還應用到GIS技術的以下三方面優勢。

1）可視化較強。GIS技術具有較強的可視化功能，使它可以將地下管線測量工作中的抽象實物具體化，通過相關數據的整合和空間定位，實現測量實物本身的虛擬模型，這樣工作人員就可以根據虛擬模型進行分析和研究；

2）測量結果準確性較高。相較于人工測量，GIS技術測量結果的準確性更高，它可以幫助人們更好地分析地下管線相關測量數據，從而掌握宏觀實物情況。

3）根據實際需求，對事物進行任意比例的放大和縮小，提高測量的整體效果，不僅可以為管線空間定位提供重要的幫助，還可以為管線智能化建設提供有效的指導。

2 地下管線信息化建設現狀

地下管線作為城市的核心所在，對其實行智能化建設顯得尤為關鍵。以往的城市化建設中，由于盲目注重路面開挖，而忽略地下管線，導致地下管線事故頻頻發生，不僅阻礙了城市化建設，同時也影響了人們的正常生活和工作。隨著智慧城市概念的提出，使得城市化建設開始朝著智能化方向發展，這對于地下管線建設也起到了很好的促進作用。目前，GIS技術被廣泛應用到城市地下管線建設中，通過GIS技術強大的空間分析能力和可視化能力，使得工作人員可以很好的掌握地下管線的詳細信息，為后續的建設提供有力指導。

3 智慧城市中基于GIS的地下管線信息系統建設

3.1 地下管線信息系統的設計

利用GIS技術構建地下管線信息管理系統，其實質是建立地下管線數據庫，通過對數據庫的分析和管理，掌握地下管線建設的相關信息，地下管線數據庫可以詳細分為以下幾種：

1)現狀數據庫

該數據庫的功能是對現有數據的管理；

2)過程數據庫

該數據庫是指地下管線信息管理系統設計過程中的各類數據庫和文件的組成體；

3)歷史數據庫

該數據庫可以提供一定時期內的數據的回溯，使管線數據的瀏覽不再停留在一個瞬間，而是一段時間內的過程瀏覽，為4D-GIS的應用提供數據基礎；

4)專題數據庫

它根據管線基礎數據CAD格式，可通過相關軟件獲得其專題地圖存儲入庫。

本次研究中基于GIS的地下管線信息管理系統主要采用C/S和B/S兩種模式，其中C/S模式主要是實現地下管線相關數據信息的采集、整理、更新和備份等功能，由于GIS技術具有較強的空間分析能力，這使得B/S模式的功能不再僅僅是對地下管線的信息瀏覽和查詢，而是要發揮GIS技術的優勢所在，實現對地下管線的多種情況分析，即碰撞分析、緩沖分析、爆管分析、連通分析、橫斷面分析、拆遷分析、覆土分析、凈距分析、最佳路徑分析、關閥分析等，這樣所建立的系統才具有更強的分析功能，圖1為地下管線信息管理系統界面。

圖1 地下管線信息管理系統界面

除此之外，由于地下管線的特殊存在形式，使得對其的研究必須要建立在垂直方向上，所以應當依靠3D-GIS技術，捕獲地下管線的空間位置信息，詳細如圖2所示。

圖2 3D地下管線場景簡單模擬示意圖

3.2 地下管線信息系統的實現

以往的地下管線經常發生爆管的事故，事故發生原因較多，例如管材老化、地質災害等，在發生爆管事故后，需要相關工作人員第一時間進行爆管位置的處理。但是由于管線爆管大都是通過壓力監測的方式發出警報，這使得工作人員很難掌握爆管的準確位置信息，同時也無法了解事故的波及范圍。而基于GIS技術的地下管線信息管理系統的建立，可以為工作人員提供重要的信息參考，工作人員可以通過對數據庫的瀏覽和查詢，快速、準確的確定爆管的具體位置，然后根據數據庫查詢結果進行相應閥門的關閉。另外，該系統還應可進行停水區域查詢、管網水力情況查詢顯示等功能。根據嵌入管段中的位置感應器和負荷運行情況感應器通過RFID感應器，將管線關鍵參數傳感到智能系統的各個子系統，實現城市地下管線的智能化、可視化、多元化的智慧管理。

4 結束語

綜上所述，地下管線作為智慧城市建設的重要組成部分，其建設方向必須要朝著智能化方向發展。而GIS技術由于具有較強的空間分析能力，加之強大的可視化功能和高測量精度，使其可以應用到地下管線信息系統建設中。通過構建地下管線信息管理系統，可以有效降低城市地下管線事故發生概率，同時為城市化建設提供有力指導。

[1]吳然,趙俊蘭,王磊.智慧城市中基于GIS的地下管線信息系統探討[J].科技視界,2013,(22):53-54.

[2]張春黎.基于三維GIS的地下管線信息管理系統研究與實現[D].安徽大學,2015.11-12