基于三維GIS的地下管線規劃審批輔助決策系統研究與設計

文｜泰華智慧產業集團股份有限公司 劉永偉 郝敬全 張淑淑 孫祥會

1 引言

地下管線是城市生存以及發展的物質基礎．是城市的“生命線”，是城市安全、健康運行的“動脈”，地下管線具有復雜性、多樣性、隱蔽性和更新變化快等特點，在我國城市化快速進程中，時常有因施工失誤導致地下管線被破壞的情況，造成了人民生命財產的損失。

圖1 管線輔助審批流程

傳統的地下管線規劃設計成果是二維圖紙，人們無法獲得在三維空間中的真實感受，一些在二維平面上看似優秀的規劃設計方案在具體的實施過程中出現了許多三維空間尺度上的問題?；诙SGIS地下管線規劃審批系統已不能滿足業務需求，二維管線系統很難直觀地展示各管線之間、管線與周邊地物之間的空間關系，對三維可視化的需求的不斷提高，因此建立智能可視的三維地下管線規劃審批輔助決策系統，已成為當前地下管線規劃審批的迫切需求。

2 研究思路

管線規劃審批輔助決策系統，是將地下管線規劃數據、竣工數據、實測數據通過整理、處理、質檢、成圖、入庫等一系列過程，按照統一的數據標準及業務規范體系，集中到統一的平臺上，建立管線三維模型，通過相應的三維GIS平臺加載模型，實現水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析等功能，從而更好為地下管線的規劃審批提供有力支撐。

通過建立工程項目的方式對規劃數據進行組織管理、并進行輔助分析，將管線設計單位提供的非GIS格式點線數據，轉換成三維GIS格式的數據，系統設計了規劃、實測、竣工等3種類型管線數據的檢查成圖功能，成圖之后再進行水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析、橫斷面分析，最后輸出報告。業務流程圖如圖1所示。

3 系統架構設計

系統采用基礎支撐層、數據層、業務邏輯層、應用表現層四層體系結構，數據層由存貯屬性數據、三維空間數據等各類數據的關系數據庫組成，包含影像數據庫、管線現狀庫、管線歷史庫、管線規劃庫、基礎地形庫，用戶對數據的訪問請求．通過應用表現層應用軟件提供的界面輸入，并經業務邏輯層運算處理轉換為對數據層數據庫服務器的請求，通過基礎支撐層網絡設備向數據庫服務器發送請求，數據層數據服務器接收請求并處理完請求后，再將結果通過基礎支撐層網絡設備返回到業務邏輯層，最后返回給應用表現層，由表現層界面顯示或打印輸出用戶所需的結果，體系結構如圖2所示。

管線規劃審批輔助決策系統采用C/S架構，將計算任務合理分配到服務器和客戶端計算機，降低了應用系統的網絡資源消耗。C/S架構的應用軟件操作靈活，響應請求的速度快，運行效率高，大大縮短凈距分析、覆土分析的運算時間。

圖2 系統體系結構

四層結構的優點是：最大程度的利用資源、減輕服務器壓力、平衡系統負載，各層之間相互獨立，最終用戶不直接操作數據庫中的數據，不需要了解所訪問數據的技術細節和數據庫的分布，而把重點工作放在業務數據、三維GIS數據的維護和應用上，以及依托業務數據和三維GIS數據進行規劃審批、分析決策上面。

4 系統功能設計

系統整體功能設計為文件操作、地圖瀏覽、質檢成圖、數據入庫、輔助決策5個功能模塊，以滿足地下管線規劃審批輔助決策業務的需要，系統的功能設計如圖3所示：

4.1 文件操作功能模塊

文件操作功能模塊設計包含兩部分：項目信息、成圖數據，項目信息功能模塊包括的功能：新建規劃項目、打開規劃項目、查看規劃項目信息、關閉規劃項目，成圖數據功能模塊包括的功能：現狀數據加載、實測數據加載、規劃數據加載。

4.2 地圖瀏覽功能模塊

地圖瀏覽功能模塊設計包含三部分：瀏覽工具、測量工具、清除工具，瀏覽工具設計為電于地圖的基本操作：點擊查詢、拉框放大、拉框縮小、全圖顯示、平移地圖，量測工具功能模塊包括的功能：長度測量、面積測量，清除工具功能模塊包括的功能：釋放地圖當前功能、清除地圖上所有注記、清除地圖上部分注記、取消地圖上要素選中狀態。

以點擊查詢為例：點擊查詢將通過拾取地圖中管線設施將查詢顯示出該段管線的詳細信息（如管徑、材質、地址、日期等）。

4.3 質檢成圖功能模塊

質檢成圖功能模塊設計包含三部分：規劃數據、實測數據、竣工數據，地下管線規劃數據功能模塊包括的功能：檢查配置、一鍵檢查、檢查成圖；地下管線實測數據功能模塊包括的功能：檢查配置、一鍵檢查、檢查成圖；地下管線竣工數據功能模塊包括的功能：檢查配置、一鍵檢查、檢查成圖。

4.4 數據入庫功能模塊

數據入庫分為新增入庫和更新入庫，新增入庫是將要入庫的數據直接導入到數據庫中；更新入庫是根據更新的范圍，自動刪除歷史數據，再將要入庫的數據新增到數據庫。在數據導入完畢后，系統會生成數據入庫的日志報告，記錄數據入庫過程和出現的異常，以便用戶準確檢測到出問題的數據和查找異常原因。

數據入庫功能模塊設計包含兩部分：更新范圍和入庫，更新范圍功能模塊包括的功能：更新范圍的繪制、更新范圍的刪除、更新范圍的平移、更新范圍導入、更新范圍的保存，入庫功能模塊包括的功能：規劃數據更新入庫、規劃數據新增入庫、入庫日志。

4.5 輔助決策功能模塊

輔助審批功能模塊主要包括的功能：水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析、一鍵分析、橫斷面分析、報告輸出，水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析依據《GB50289-2016城市工程管線綜合規劃規范》設計。

水平凈距分析功能是指檢查規劃管線與現狀管線間水平凈距是否符合國家標準規范；垂直凈距分析功能是指檢查規劃管線與現狀管線間垂直凈距是否符合國家標準規范；覆土分析功能是指檢查管線覆土埋深，即管線頂部外壁到地表面的垂直距離是否符合國家標準規范；一鍵分析功能是對水平凈距分析、垂直凈距分析、覆土分析功能的集成；橫斷面分析功能是指繪制和分析展示目標位置處的地下管線橫斷面信息；報告輸出功能是將分析的結果形成報告。

5 結語

建立準確、三維可視的地下管線規劃審批輔助決策系統，可提供直觀、便捷的地下管線輔助分析工具，為管線工程的規劃審批提供專業、科學的決策支撐，降低時間、費用和人力成本，有效地提高業務部門對管線規劃數據的審批能力。

圖3 系統功能設計