管線實體數(shù)字化決策支持平臺開發(fā)及應(yīng)用

晏四方 YAN Si-fang；謝思梅 XIE Si-mei；吳健華 WU Jian-hua

（①廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510060；②廣州市資源規(guī)劃和海洋科技協(xié)同創(chuàng)新中心，廣州 510060；③廣東省城市感知與監(jiān)測預(yù)警企業(yè)重點實驗室，廣州 510060）

0 引言

2015 年國務(wù)院批復(fù)同意的《全國基礎(chǔ)測繪中長期規(guī)劃綱要（2015-2030 年）》指出要加快推進新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)，不斷提升基礎(chǔ)測繪保障服務(wù)能力和水平。2019 年印發(fā)的《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》提出“推進三維實景數(shù)據(jù)庫建設(shè)”。2020 年全國國土測繪工作會議提出新時期測繪工作“兩服務(wù)、兩支撐”的根本定位，明確要求大力推動新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)，構(gòu)建實景三維中國。2021年全國自然資源工作電視電話會議要求“加快建設(shè)實景三維中國、自然資源一張底圖”。而地下管線的地理實體數(shù)據(jù)庫建設(shè)是實景三維的重要建設(shè)內(nèi)容之一。

2020 年12 月30 日，《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加強城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（建城【2020】111號）發(fā)布，《指導(dǎo)意見》要求各地因地制宜開展以地下設(shè)施為主、包括相關(guān)地面設(shè)施的城市市政基礎(chǔ)設(shè)施普查，在此基礎(chǔ)上建立和完善城市市政基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理信息平臺，排查治理安全隱患，健全風(fēng)險防控機制；要求運用信息化、智能化等技術(shù)推動城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施管理手段、模式、理念創(chuàng)新，提升運行管理效率和事故監(jiān)測預(yù)警能力。地下管線的地理實體數(shù)據(jù)庫及信息平臺建設(shè)可為建立和完善城市市政基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理信息平臺打下堅實的工作基礎(chǔ)。

目前，我國大多數(shù)城市都已經(jīng)開展了地下管線普查[1-4]，建立了相應(yīng)的城市地下綜合管線數(shù)據(jù)和管理系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上基于國產(chǎn)三維GIS 引擎，開展管線數(shù)字化決策支持平臺開發(fā)及應(yīng)用研究，實現(xiàn)地下管線市政系統(tǒng)配置強度、保障水平、服務(wù)能力的查詢、統(tǒng)計、分析功能，為實施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持，具有重要的社會和經(jīng)濟效益。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

管線數(shù)字化決策支持平臺總體設(shè)計思路：①地下管線數(shù)據(jù)、市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)與市政基礎(chǔ)設(shè)施用地的實體化。參考《實景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱》，開發(fā)實體化轉(zhuǎn)換工具，將獲取脫敏后的地下管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成管線實體數(shù)據(jù)，將市政基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成市政基礎(chǔ)設(shè)施實體數(shù)據(jù)，將市政基礎(chǔ)設(shè)施用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體數(shù)據(jù)。②實體關(guān)系建立。計算管線實體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實體間，市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實體間的空間拓撲關(guān)系，如原水泵站、供水水廠（市政基礎(chǔ)設(shè)施實體）與供水管道（管線實體）存在連接關(guān)系，變電站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實體）與電力管道（管線實體）存在連接關(guān)系、天然氣門站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實體）與燃氣管道（管線實體）存在連接關(guān)系，供水水廠設(shè)施用地與供水水廠存在包含關(guān)系。③實體數(shù)據(jù)發(fā)布。將地下管線實體數(shù)據(jù)、市政基礎(chǔ)設(shè)施實體數(shù)據(jù)與市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)布到三維GIS 引擎，形成二三維一體化展示的“管線實體一張圖”、“市政基礎(chǔ)上設(shè)施實體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體一張圖”。④數(shù)字化決策支持平臺開發(fā)及實現(xiàn)。基于三維GIS 引擎，開發(fā)實現(xiàn)管線實體數(shù)字化決策支持平臺，支持管線實體、市政基礎(chǔ)設(shè)施實體、市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體的查詢、統(tǒng)計及空間分析功能，重點實現(xiàn)地下管線市政系統(tǒng)配置強度、保障水平、服務(wù)能力的查詢、統(tǒng)計、分析功能，并支持生成相關(guān)統(tǒng)計分析報表，為實施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持。⑤數(shù)據(jù)融合利用研究及統(tǒng)計分析報表生成。疊加建成區(qū)面積、人口數(shù)據(jù)等，按照研究或現(xiàn)實需要進行統(tǒng)計分析，形成統(tǒng)計分析報表。

1.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

管線數(shù)字化決策支持平臺功能包括：①管線實體一張圖（圖1）。通過“管線實體一張圖”功能，在三維場景中可視化管道實體分布情況。②市政基礎(chǔ)設(shè)施實體一張圖。通過“市政基礎(chǔ)設(shè)施一張圖”功能，在三維場景中可視化表達市政基礎(chǔ)設(shè)施實體的分布情況。③用地實體一張圖。通過“用地一張圖”功能，在三維場景中可視化表達市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體的分布情況。④實體圖譜關(guān)系查詢（圖2）。點擊某個管線實體或市政基礎(chǔ)設(shè)施實體或用地實體，能通過知識圖譜的方式展示與其有關(guān)聯(lián)關(guān)系的其他實體，并通過知識圖譜可在三維場景中定位到實體所在位置，實體關(guān)系如原水泵站、供水水廠（市政基礎(chǔ)設(shè)施實體）與供水管道（管線實體）存在連接關(guān)系，變電站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實體）與電力管道（管線實體）存在連接關(guān)系、天然氣門站（市政基礎(chǔ)設(shè)施實體）與燃氣管道（管線實體）存在連接關(guān)系，供水水廠設(shè)施用地與供水水廠存在包含關(guān)系等。⑤市政基礎(chǔ)設(shè)施供地強度分析（圖3）。疊加建成區(qū)面積及四標(biāo)四實中實有人口數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析各類型設(shè)施的設(shè)施總數(shù)、設(shè)施的人均用地面積，形成統(tǒng)計分析報表，為實施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持。

圖1 管線實體一張圖

圖2 實體圖譜關(guān)系

圖3 市政基礎(chǔ)設(shè)施供地強度分析

2 平臺主要創(chuàng)新點與應(yīng)用

2.1 平臺主要創(chuàng)新點

①探索了一種地理實體關(guān)系圖譜建立方法。在未建立管線實體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實體間的實體關(guān)系的情況下，要查詢與某市政基礎(chǔ)設(shè)施連接的管線實體往往需要通過空間分析計算才能得出關(guān)聯(lián)關(guān)系，查詢效率低。通過直接計算管線實體與市政基礎(chǔ)設(shè)施實體間的空間拓撲關(guān)系，建立地理實體間的關(guān)系圖譜，可為實體的關(guān)聯(lián)查詢提供高效的查詢解決方案。②構(gòu)建了管線的三個“一張圖”。構(gòu)建了現(xiàn)狀管線的“管線實體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施實體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體一張圖”，為實景三維建設(shè)打下了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。③建立了管線實體數(shù)字化決策支持平臺，探索了管線的活化利用場景。開發(fā)實現(xiàn)管線實體數(shù)字化決策支持平臺，支持管線實體、市政基礎(chǔ)設(shè)施實體、市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體的查詢、統(tǒng)計及空間分析功能，可為實施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策支持。

2.2 平臺典型應(yīng)用

平臺可廣泛應(yīng)用于市政基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)及安全監(jiān)管等方面，如為實施精準(zhǔn)、科學(xué)、集約的市政基礎(chǔ)設(shè)施供地與管控方案提供決策。①斷水仿真模擬分析。根據(jù)供水廠設(shè)施實體供水管網(wǎng)實體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及供水管網(wǎng)的流向，通過空間分析，計算出因供水廠斷水受到斷水影響的小區(qū)范圍或房屋面，并對該分析結(jié)果進行仿真模擬。②斷電仿真模擬分析。根據(jù)供電設(shè)施實體與供電管網(wǎng)實體和供水廠設(shè)施實體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及供電管網(wǎng)的路由，通過空間分析，計算出因供電設(shè)施斷電受到斷電影響的供水廠及小區(qū)范圍或房屋面，并對該分析結(jié)果進行仿真模擬。

3 結(jié)語

本文詳細介紹了管線數(shù)字化決策支持平臺的建設(shè)背景、設(shè)計思路、主要功能、創(chuàng)新點以及典型應(yīng)用等，得出以下結(jié)論：①管線數(shù)字化決策支持平臺構(gòu)建了地下管線市政系統(tǒng)“管線實體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施實體一張圖”、“市政基礎(chǔ)設(shè)施用地實體一張圖”，并實現(xiàn)了三個“一張圖”數(shù)據(jù)的融合利用，為未來的數(shù)字孿生場站應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。②管線數(shù)字化決策支持平臺提供了豐富的統(tǒng)計分析功能，可廣泛應(yīng)用于市政基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，為數(shù)字化決策提供新的思路和解決方案。