管线实体数字化决策支持平台开发及应用

晏四方 YAN Si-fang；谢思梅 XIE Si-mei；吴健华 WU Jian-hua

（①广州市城市规划勘测设计研究院，广州 510060；②广州市资源规划和海洋科技协同创新中心，广州 510060；③广东省城市感知与监测预警企业重点实验室，广州 510060）

0 引言

2015 年国务院批复同意的《全国基础测绘中长期规划纲要（2015-2030 年）》指出要加快推进新型基础测绘体系建设，不断提升基础测绘保障服务能力和水平。2019 年印发的《自然资源部信息化建设总体方案》提出“推进三维实景数据库建设”。2020 年全国国土测绘工作会议提出新时期测绘工作“两服务、两支撑”的根本定位，明确要求大力推动新型基础测绘体系建设，构建实景三维中国。2021年全国自然资源工作电视电话会议要求“加快建设实景三维中国、自然资源一张底图”。而地下管线的地理实体数据库建设是实景三维的重要建设内容之一。

2020 年12 月30 日，《住房和城乡建设部关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》（建城【2020】111号）发布，《指导意见》要求各地因地制宜开展以地下设施为主、包括相关地面设施的城市市政基础设施普查，在此基础上建立和完善城市市政基础设施综合管理信息平台，排查治理安全隐患，健全风险防控机制；要求运用信息化、智能化等技术推动城市地下市政基础设施管理手段、模式、理念创新，提升运行管理效率和事故监测预警能力。地下管线的地理实体数据库及信息平台建设可为建立和完善城市市政基础设施综合管理信息平台打下坚实的工作基础。

目前，我国大多数城市都已经开展了地下管线普查[1-4]，建立了相应的城市地下综合管线数据和管理系统。在此基础上基于国产三维GIS 引擎，开展管线数字化决策支持平台开发及应用研究，实现地下管线市政系统配置强度、保障水平、服务能力的查询、统计、分析功能，为实施精准、科学、集约的市政基础设施供地与管控方案提供决策支持，具有重要的社会和经济效益。

1 系统功能设计与实现

1.1 系统设计思路

管线数字化决策支持平台总体设计思路：①地下管线数据、市政基础设施数据与市政基础设施用地的实体化。参考《实景三维中国建设技术大纲》，开发实体化转换工具，将获取脱敏后的地下管线数据转换成管线实体数据，将市政基础设施数据转换成市政基础设施实体数据，将市政基础设施用地数据转换成市政基础设施用地实体数据。②实体关系建立。计算管线实体与市政基础设施实体间，市政基础设施用地实体与市政基础设施实体间的空间拓扑关系，如原水泵站、供水水厂（市政基础设施实体）与供水管道（管线实体）存在连接关系，变电站（市政基础设施实体）与电力管道（管线实体）存在连接关系、天然气门站（市政基础设施实体）与燃气管道（管线实体）存在连接关系，供水水厂设施用地与供水水厂存在包含关系。③实体数据发布。将地下管线实体数据、市政基础设施实体数据与市政基础设施用地实体数据统一发布到三维GIS 引擎，形成二三维一体化展示的“管线实体一张图”、“市政基础上设施实体一张图”、“市政基础设施用地实体一张图”。④数字化决策支持平台开发及实现。基于三维GIS 引擎，开发实现管线实体数字化决策支持平台，支持管线实体、市政基础设施实体、市政基础设施用地实体的查询、统计及空间分析功能，重点实现地下管线市政系统配置强度、保障水平、服务能力的查询、统计、分析功能，并支持生成相关统计分析报表，为实施精准、科学、集约的市政基础设施供地与管控方案提供决策支持。⑤数据融合利用研究及统计分析报表生成。叠加建成区面积、人口数据等，按照研究或现实需要进行统计分析，形成统计分析报表。

1.2 系统功能实现

管线数字化决策支持平台功能包括：①管线实体一张图（图1）。通过“管线实体一张图”功能，在三维场景中可视化管道实体分布情况。②市政基础设施实体一张图。通过“市政基础设施一张图”功能，在三维场景中可视化表达市政基础设施实体的分布情况。③用地实体一张图。通过“用地一张图”功能，在三维场景中可视化表达市政基础设施用地实体的分布情况。④实体图谱关系查询（图2）。点击某个管线实体或市政基础设施实体或用地实体，能通过知识图谱的方式展示与其有关联关系的其他实体，并通过知识图谱可在三维场景中定位到实体所在位置，实体关系如原水泵站、供水水厂（市政基础设施实体）与供水管道（管线实体）存在连接关系，变电站（市政基础设施实体）与电力管道（管线实体）存在连接关系、天然气门站（市政基础设施实体）与燃气管道（管线实体）存在连接关系，供水水厂设施用地与供水水厂存在包含关系等。⑤市政基础设施供地强度分析（图3）。叠加建成区面积及四标四实中实有人口数据，统计分析各类型设施的设施总数、设施的人均用地面积，形成统计分析报表，为实施精准、科学、集约的市政基础设施供地与管控方案提供决策支持。

图1 管线实体一张图

图2 实体图谱关系

图3 市政基础设施供地强度分析

2 平台主要创新点与应用

2.1 平台主要创新点

①探索了一种地理实体关系图谱建立方法。在未建立管线实体与市政基础设施实体间的实体关系的情况下，要查询与某市政基础设施连接的管线实体往往需要通过空间分析计算才能得出关联关系，查询效率低。通过直接计算管线实体与市政基础设施实体间的空间拓扑关系，建立地理实体间的关系图谱，可为实体的关联查询提供高效的查询解决方案。②构建了管线的三个“一张图”。构建了现状管线的“管线实体一张图”、“市政基础设施实体一张图”、“市政基础设施用地实体一张图”，为实景三维建设打下了坚实的数据基础。③建立了管线实体数字化决策支持平台，探索了管线的活化利用场景。开发实现管线实体数字化决策支持平台，支持管线实体、市政基础设施实体、市政基础设施用地实体的查询、统计及空间分析功能，可为实施精准、科学、集约的市政基础设施供地与管控方案提供决策支持。

2.2 平台典型应用

平台可广泛应用于市政基础设施的规划、建设及安全监管等方面，如为实施精准、科学、集约的市政基础设施供地与管控方案提供决策。①断水仿真模拟分析。根据供水厂设施实体供水管网实体之间的关联关系，以及供水管网的流向，通过空间分析，计算出因供水厂断水受到断水影响的小区范围或房屋面，并对该分析结果进行仿真模拟。②断电仿真模拟分析。根据供电设施实体与供电管网实体和供水厂设施实体之间的关联关系，以及供电管网的路由，通过空间分析，计算出因供电设施断电受到断电影响的供水厂及小区范围或房屋面，并对该分析结果进行仿真模拟。

3 结语

本文详细介绍了管线数字化决策支持平台的建设背景、设计思路、主要功能、创新点以及典型应用等，得出以下结论：①管线数字化决策支持平台构建了地下管线市政系统“管线实体一张图”、“市政基础设施实体一张图”、“市政基础设施用地实体一张图”，并实现了三个“一张图”数据的融合利用，为未来的数字孪生场站应用提供了数据基础。②管线数字化决策支持平台提供了丰富的统计分析功能，可广泛应用于市政基础设施行业，为数字化决策提供新的思路和解决方案。