GIS技术在老城区管道定位方面的应用

GIS技术在老城区管道定位方面的应用
摘要：对地理信息系统（Geographical Information System）技术进行简单介绍，
粗略介绍一种将地理信息系统技术应用于管道定位的装置原理，从而提供管道空
间地理信息，降低老城区管网管理工作难度。

关键词：GIS技术；地理信息；老城区管网；管网定位
1.GIS技术的发展及应用
1.1 GIS的由来
GIS起源于20世纪60年代的加拿大，首次提出这一术语的是加拿大测量学
家R.F.Tomlison，他是全球地理信息系统的创造者。

随着这一技术的提出，很多
研究机构逐渐出现并对技术进行不断完善，如美国州信息系统全国协会（NASIS）、美国城市与区域系统协会（URISA）、城市信息系统跨机构委员会（IAAC）等。

[1] 1.2 国内GIS技术的发展
20世纪80年代我国建立了第一个GIS研究室，这是我国踏入GIS技术领域的第一步，标志着中国GIS技术的开端。

随后，我国在理论的探索中逐渐优化硬件设施，并开发出相关软件。

迅猛的
进步使得相关产业逐步涌现，如MapGIS（武汉奥发公司）、SuperMap（北京超
图公司）、Citystar（北京大学）、Geogtar（武汉吉奥公司）、方正智绘（北大方正）等。

[2]
1.3 GIS的应用领域及发展趋势
近年来，我国地理信息系统的发展取得了令人骄傲的成就，涉及的应用领域
比较广泛，包括国土的管理、预测灾害、水利水电、商业金融、农林牧业等等。

其主要的应用领域有环保管理、社会调查与统计分析、城市基础设施管理、测绘
地理信息系统的建立等。

如今最为常见的为车载定位导航系统，GIS技术将定位
信息即地理经、纬度与电子地图相相结合，使地图和移动目标位置同步显示在车
载台的屏幕上，直观地向用户展示了道路实时地理信息和车辆定位服务。

随着全球信息化转型发展的加速，专家们认为大数据与GIS的融合有助于空
间信息处理能力的进一步提升，简化空间大数据的发现，提升地理智慧。

大数据
在GIS未来的发展中极其重要并将成为热潮，两者的结合正在改善着传统的地理
研究与分析方法。

[3]
如今，大数据GIS平台已经初步成型，预计未来将进一步发展，实现体系化、框架化，并提高其易用性，包括桌面、移动端和Web端App可以面向终端用户，实现开箱即用。

与此同时，大数据应用的发展，需要持续培养大数据人才队伍，
包括Linux和Hadoop、Spark等Apache技术栈开发、测试、实施、设计、运维、
支持高级人才，加强宣传、培训和技术支持能力建设。

[4]
2.GIS在老城区管道定位的应用
2.1老城区排水管网存在的问题
国家经济的发展使各行各业的发展发生了巨大变化，城市化的步伐日益加快。

为了解决老旧管网渗水量居高不下的问题，防止因渗漏引起其他此生灾害，或是
解决因管网区域内人口增加引起的供水不足和水压下降的现实，扩大供水范围，
增加供水量并提高水压，当前我国各个城市配套的管网设施被多次改进完善。

在
大部分老城区，其排水管网错综复杂，在多次更新后，信息有较大改动，且建造
时的管网纸质档案保存不全，部分丢失或破损，甚至没有及时准确的更新，导致
管网地理位置的不确定，这无疑会提高管网施工的难度。

尤其是庞大的排水管网
系统，其快速的更新将使得管理工作难度愈发困难。

除此之外，老城区排水管网埋于地底，具有一定的隐蔽性，在维修、护理、
检测时无法了解周围的状况，使得维护施工过程中有极大的可能性损坏其他管网，造成更大的损失。

纸质档案所反映的信息不如当今计算机直观，且不易修改，在
查询对照时费时费力，效率较低。

因此，有必要利用GIS技术建立排水管网地理信息系统，依托计算机来分析
管网的相关数据，使管网信息化将极大降低管网管理工作难度，缓解和改善老城
区排水系统的管理问题。

[5]
2.2 管网地理位置信息化的功能实现
管网地理位置信息化的实现需要建立完善的系统数据库，有了数据库才能对
管网进行进一步的数据分析。

数据库的建立需要的数据可由纸质地图、电子地图
获得，但从地图中获得的数据是不足以进行准确分析的，还需要一定实测数据，
人工实测具有一定风险，发明排水管网检测机器人或装置可安全精确的解决这一
问题。

ArcGIS是一款将数据库与软件网络等相结合的强大软件，可用于数据的分析
处理，其空间分析、储存等功能适合复杂的地下排水管网管线，能为市政管理部
门提供较好的问题解决方法。

将GIS软件与机器人相结合，让机器人成为载体，
从而实现数据的实测。

[6]
实测的数据传输至计算机，与在地图和工程图纸中得到的数据相结合，将排
水管网中各项信息直观地显示出来，并且可实现实时更新、永久保存、方便查询
等优于纸质档案的功能。

2.3 一种GIS管道定位的装置原理
地理信息系统作为高新技术，正在迅速发展，其凭借集成计算机图形和数据
库技术的特点，逐步被用于存储以及处理空间信息等方面。

为了利用GIS技术实
现排水管网系统的可视化的表达方式和强大的分析能力，需要管网检测装置来获
取实测数据。

相比于管材、管径、充满度等数据的检测，管道走向的信息采集较为简单，
可以借助于水流检测。

如同成熟后从树上掉入海水的椰子，漂浮于海面顺水流动。

单一定位功能的装置利用这可以减少大部分能量消耗。

通过控制装置的体积、材
质密度等，让装置悬浮于排水管中污水的上方。

装置主体为ArcGIS定位系统，此外还有供电装置、防水轻型外壳、气囊、计
算机信号接收端。

供电装置采用质轻、耐用、储能密度较高的锂电池，为GIS定位系统运行提
供足够能量，保证管道定位过程的能量供应。

外壳主要目的是保护内部装置，防止渗水后装置损坏。

外壳设计为纺锤形，
减少了装置流动时受到的阻力，也避免了排水管网中的沉积物将装置卡住，保证
装置顺利地顺水流动。

气囊置于装置中心，保持重心，有稳定的作用。

气囊使得装置平均密度偏小，能够悬浮在水管上端，减小了与管底沉积物接触的概率，避免了沉陷在淤泥中的
情况。

计算机信号接收端接收来自GIS定位系统的数据，即获取排水管网的空间数据，主要为地理经纬度（坐标），对数据进行分析处理，并与电子地图相结合，
将管道信息显示在屏幕上，供用户了解管道走向，具体坐标等信息，形成可视化
视图，使排水管网以更加直观的形式被了解，解决老城区管网维护管理中地理信
息不明确的困难，实现管道信息化。

装置的主要构成粗略图如图1，其中各个部分为1：防水轻型外壳2：GIS定
位系统3：气囊/空腔4：供电装置5：计算机信号接收端。

运行大致流程如图2 图1：二维剖面图（工作场景）图2：运行流程图
3.结语
本文粗略讲述了GIS的发展，主要表明了老城区管网存在的问题，以及将GIS
技术应用于管网管理的必要性，并提出了一种结合GIS定位管道的单一功能装置，使得实测数据的获取无需人员下井作业，保证了人员安全。

将管道信息以可视化
视图的形式呈现，更加直观的被了解，从而解决老城区管网维护管理中地理信息
不明确的困难，实现管道信息化。

但其功能单一，仅有定位功能，管道信息化的
实现还需要其他有关数据的检测，这种功能更为全面的装置或是机器人有待我们
进一步研究发明。

参考文献：
【1】黄杏元等编著. 地理信息系统概论. 北京：高等教育出版社, 2001.
【2】刘南，刘仁义编著. 地理信息系统. 北京：高等教育出版社, 2002.10.
【3】人民网：大数据时代 GIS迎发展风口
（/n1/2017/0828/c1004-29499755.html）【4】IT技术之家：IT技术进展与GIS发展展望-2018
（https:///a65186540614057XXXX9/）
【5】施汉昌,李激,陈立,邱勇,刘艳臣,文湘华,何仁杰,赵冬泉,温沁雪.太湖流域
城镇污水处理厂与排水管网优化技术研究与示范[J].给水排水,2012,48(10):19-22.
【6】池建等编著. 精通ArcGIS地理信息系统. 北京：清华大学出版社, 2011.02.
作者简介：
李大琳（1998-），女，本科，研究方向：水处理技术。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（201510488002）。