基于电子标识器的地下管线三维可视化管理信息系统的研究与设计

贾梅

摘 要：地下管线数据具有规模大、范围广、空间分布复杂、管线种类繁多、变化大、形成时间长及增长速度快等特点，这使得传统的二维平面管线图难以对大量的管线信息进行有效描述和表达，因此利用地下电子标志器来构建地下管线三维可视化管理信息系统，对地下管线错综复杂的分布情况进行直观反映，并解决海量管线数据的管理问题就具有十分重要的现实意义。

关键词：地下管线；三维可视化；电子标识器；信息系统

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0051-01

现阶段地下设施定位查找存在如下三大问题：一是文档资料问题，即记录不准确、地下设施废弃、部分地下设施没有在地图上进行标注、图纸无法与实际完全吻合；二是环境问题，即地下设施复杂、原标识点丢失、城市地形地貌发生改变、土壤条件和类型复杂、市容规划显示；三是技术和人员问题，即应用了新材料、维护人员更替、定位技术水平和经验限制。为了解决上述问题，基于电子标识器的地下管线三维可视化管理信息系统应运而生，该系统可以对地下管线现状、规划及变化的空间数据进行直观反映，并通过计算机进行输入、存储、查询、统计、分析及输出，从而有效提高地下管线管理工作的质量和效率。

1 基于电子标识器的地下管线三维可视化管理信息系统的总体设计

1.1 系统的构成和工作原理

图1为系统的构成图，其工作原理如下：探测设备发送一定频率的信号，安装于地下的电子标识器（安装位置如弯头、设施交汇点、河管交汇点、示踪线接入点、直埋阀门井等）吸收并存储信号能量，探测设备段时间发送信号后进入信号接收模式，电子标识器将存储的能量释放并反射回探测设备，探测设备检测返回信号强度來确定电子标识器地点（当探测设备与电子标识器最接近时，将产生最强的信号）。

1.2 系统的功能划分

第一，系统管理。系统管理模块的具体功能如下：用户管理，即针对系统终端用户的管理和系统维护人员的管理，实时了解系统状态，防止人员越权管理系统，一旦有人员越权则系统会自动拒绝提供服务；权限管理，即根据系统所设置的操作权限，用户只能访问被授权的资源，若是没有得到授权则拒绝访问；日志管理，即记录系统问题的信息，对监系统所发生的事件进行监视，检查出现问题的原因，维护系统的安全运行；密码管理，即设置修改密码；系统帮助功能，即帮助用户解答使用疑难。

第二，数据浏览。数据浏览模块主要实现地下管理数据及其数据库数据的元数据浏览、图形预览和表数据预览，包括属性信息和空间信息的浏览。图库、图形、栅格和矢量图层的元数据浏览，图形预览和表数据预览。在空间信息页中能够显示图库中空间所选择图形信息的元数据、图形的属性信息等内容。

第三，管线统计。管线统计也包括很多种，如管径统计、埋深统计、管点汇总、材质汇总等，其中管径统计是指在不同的图层中或者单个图层中对不同范围的管径个数的统计，以及地下管线的总长度，并可设置不同的地下管线埋深范围，对不同埋深的地下管线个数进行统计；管点汇总是根据管点的性质进行分类汇道；材质汇总则是根据地下管线的材质进行分类汇总，地下管线的材质包括不锈钢管、PE管、灰口铸铁钢等，可分别统计出各类材质管线的个数。

第四，数据可视化查询。数据可视化查询模块是根据用户所定义的查询条件，快速查询数据库中的数据记录，选择条件匹配的数据，并将其可视化的显示在程序主窗体内。为达到复杂条件下的快速数据检索，该模块利用元数据建立多层数据索引，以提高数据检索效率。以天然气管线查询为例，例如用户检索某区域的城市天然气管线，管线隶属市天然气公司，查询系统根据管线所在地区和隶属单位的查询条件所对应的数据索引层，查询并返回所查询的结果。

第五，管线分析。辅助决策是系统的一项重要作用，管线分析模块将根据地下管线数据为用户提供直接的数据解析结果，为辅助决策提供直观的依据。例如，净距分析有水平、垂直净距分析，是指将两段管线段之间的距离多少清晰的展示给用户，帮助用户判断管线段之间的距离大小是否符合标准；地下管线爆管经常发生，在事件发生后有关部门要进行爆管段分析，查找出爆管段附近的阀口，将阀口安全关闭，阻止灾难事故的发生，同时需要在一定缓冲区域内查找到爆管的地方，采取补救措施。

2 基于电子标识器的地下管线三维可视化管理信息系统的关键技术

2.1 电子标识器和探测设备

系统使用的地下电子标识器包含如下三种型号：圆柱型RXG-TR15可埋深1.5米，主要用于公路及人行道等；圆柱型RXG-TR07可埋深0.5米，主要用于路面和井盖等；方型RXG-TR20可埋深1.8米，主要用于绿化带等。地下电子标识器具有如下特点：可存储数据并记录相关信息、全球唯一ID码以便于识别、无需电源并完全免维护、使用寿命30年以上、现场识别管线并指导管线开挖、使用低频信号可穿透路面、抗干扰能力强。

而系统使用的探测设备具有如下特点：设备操作简单并携带使用方便、电池待机时间长、可探测地下管线路由、可识别并读取地下电子标识器、数据存储空间大、自带GPS可精确定位和查找地下管线。

2.2 地下管线数据标准化处理

地下管线信息数据具有种类复杂、数据庞大等特点，因此在数据信息分类、数据标准、图层标识、计算单位等过程中需要建立一套标准的规划和流程，地下管线数据标准化主要体现在如下两个方面：一方面是专题数据标准，是指地下管线数据建库标准、综合地下管线要素编码规范等；另一方面是数据中心数据管理制度，包括地下管线数据管理、数据汇交、数据核查、数据变更、数据发布、数据安全、数据备份等管理机制，形成全局统一的地下管线数据管理体系。

具体说来，系统的地下管线数据标准化处理主要包含如下内容：数据库存储的格式是AccessMDB，图形的文件存储的格式是AutoCAD DWG；地下管线图标的标记要尽量简单，让图画更可观；专业的注解要更多，让管理地下管线的单位能够用得上，从而实现画面美观、步骤简明和有效可行的目标；颜色要统一，运用真色彩设定的模式能够让画面更可观、色彩更鲜艳，让结果更好的显现出来；调查水和燃气管线接口方式，主要有柔性、刚性和热度的接口，还调查主要有排水的泥井、冲水井、跌水井、燃气的伸缩器、给水的门阀等设施种类，地下管线的使用材料有灰管、玻璃钢、球墨铸铁、灰口铸铁管等，这些能够使得系统有详细的数据资料，便于资料的共享。

3 结语

综上所述，基于电子标识器的地下管线三维可视化管理信息系统可以精确定位地下设施、智能识别读取地下设施信息、快速查找地下设施、提高抢险施工效率、减少开挖事故率并降低成本、有效保护地下设施及数字化管理地下设施，在燃气、热力、给排水、电力、广电、学校及电信等多个领域均可以应用，具有极高的应用和推广价值。

参考文献

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