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正元地信郑丰收副总经理：聚焦空间数据技术，为城市地下空间“诊脉”

2022-11-15 12:36

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

原创中国测绘学会中国测绘学会收录于合集 #中国测绘杂志 54个

本文内容摘自《中国测绘》2022年第9期

地下空间是城市发展的战略性空间。近年来，随着经济社会快速发展和城镇化快速推进，人口及各种生产生活要素的集聚程度迅速攀升，城市规模不断扩张，一系列“超大城市痛点”随之而来，比如交通拥堵、空间拥挤、城市容量瓶颈等。

“作为城市由二维向三维可持续发展的重要资源，地下空间的开发、利用和管理，已经成为现代超大城市规划、建设和精细化治理的重要内容之一。”正元地理信息集团股份有限公司（以下简称“正元集团”）副总经理、智慧城市建设公司总经理郑丰收说道。

正元地理信息集团股份有限公司副总经理、智慧城市建设公司总经理郑丰收

他介绍，正元集团继承了央企中国冶金地质总局在地球浅层探测、地下空间勘探等领域的核心技术，并成功将其应用于城市地下空间的数据获取、应用管理等领域，取得诸多科技和市场成果。

空间数据技术助推地下空间

从数字化走向智慧化

地下空间的开发利用是伴随着工业化和城镇化进程而出现并发展的，我国地下空间的开发利用较欧美、日本等发达国家（或地区）起步晚。中国的城市地下空间建设始于20世纪50年代，彼时主要为备战备荒的防空地下室，直到20世纪80年代末，地下空间规划与开发利用才逐渐与城市建设相结合，并随着经济水平的发展在20世纪90年代大规模的地下空间开发利用逐渐兴起才引起关注。

在郑丰收看来，伴随着我国地下空间开发利用进程，相关管理技术大致经过了数字化、信息化和智慧化这三个阶段。

在20世纪90年代，诸如航空遥感、物探、钻探、地质调查、工程测量等原本在地矿领域普遍应用的技术手段开始走向地下空间的开发、利用和管理领域。通过这些技术手段将地质构造、地质条件、地下管网、人防工程等数据管理起来，能够准确了解地下空间管理对象的位置和属性信息等，为地下空间的开发利用提供基础数据。

自21世纪以来，地理信息技术的普适化发展，为地下空间的信息化管理提供了新的技术支撑。通过搭建地下空间数据库和综合信息管理平台，依托地下空间的三维建模技术和三维可视化技术等，推动地下空间数据的统一管理和共享；通过制定统一的信息标准，实现地上地下一体化、可视化，为城市地下空间的规划建设、管理、运维、应急提供有力支撑。

如今，城市精细化管理和可持续发展逐渐成为主流，地下空间精细化治理的智慧化成为新的发展方向。郑丰收告诉记者，基于时空大数据技术，全面深入融合多元传感信息、高精度可靠感知、新型智能传感器、城市信息模型等前沿技术，可有效提升地下管网、地下空间综合治理的智慧化水平，实现地下空间数据的动态统一管理、可视化决策分析，为城市地下空间开发利用智慧辅助决策、资源开发路径规划、安全监测预警、敏捷应急响应等提供强有力的技术手段。

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“随着地下空间信息化和智能化进程的加快，测绘地理信息技术在其中扮演的角色也越来越重要。”郑丰收认为，摸清地下空间资源的家底是开发、利用和管理的前提，而测绘地理信息技术是地下空间管理重要的基础底座。城市地下空间的规划、建设、安全与防灾等都离不开全面了解和准确掌握城市地下空间基础数据。

以地下管网为例，正元集团在地下管网数字化、信息化领域深耕二十余载，先后主导或参与近400个城市地下管网普查工作，采用包括测绘在内的多种技术手段等，精确采集地下管网的空间位置，并建立地下管网地理信息系统，进行数字化管理，让地下管线的规划、建设、运营与应急管理等方面拥有了统一的数字基础底座。

其次，测绘地理信息技术为地下空间打造了精细化管理的强劲引擎。随着城镇化快速发展，地下空间管理日趋复杂，对数据采集、位置精准性、实时运行情况、更新频率等要求也大大提高，在技术层面，巨量、多源、异构的融合数据处理的复杂度大为增加。而测绘地理信息技术，可在同一个三维时空框架下，对地下空间的静态数据、属性数据、运行数据、管理数据等进行交叉、融合、关联，形成更有价值的“资产”数据。

另一方面，还可通过对地下空间的三维重构、数字孪生和虚拟仿真，支持多维度、地上地下、一体化三维可视化分析，洞察城市地下空间每个细节，建设集地下空间规划、建设、运营为一体的综合性智慧管理平台，提供全方位、全生命周期的城市地下空间动态管理服务。

最后，测绘地理信息技术融合物联网、大数据等技术，还能为地下空间风险监测预警提供最佳手段。在测绘地理信息提供的地下空间三维时空框架中，精准集成定位智慧化的物联传感设备进行实时感知，大幅度提升地下管网的运行监测能力，实现城市地下管线“运行体征”24小时全天候不间断安全运行智慧“诊脉”，确保风险“能监测、会预警、快处置”。

以正元集团在安徽宿州市开展的地下管网运行安全风险监测预警实践为例，在该项目中，正元集团针对燃气、供水、排水、桥梁等重点部位，布设6大类、21小类，共58892套物联感知设备，构建了城市生命线安全运行态势的立体感知网络。

自项目上线以来，成功预警燃气管网泄漏、供水管网泄漏、排水管网淤堵、城市道路内涝积水、污水井下有毒有害浓度超标、井盖非法开启等各类突发险情1310多起，排除隐患976个，城市生命线安全事故发生率显著下降，城市安全韧性得到切实提升。

打通数据壁垒

是智慧管理的关键一步

“从地下空间数字化到全空间、全流程信息化和智慧化的跨越，是智慧城市的关键一步，但距离这关键一步还存在许多尚未跨越的‘坎坷’。”郑丰收解释道，比如，地下空间智能化建设统一协调与推动的体制、机制亟需完善。目前大部分城市没有地下空间规划、建设和管理的统一部门。建设管理的资金来源，平台成果的统一使用、运维等机制体制仍需推动建立。

其次，地下空间数据共享仍存在鸿沟和阻碍。虽然目前各地采取了一些政策，成立了一些机构（数据资源局、大数据局等），取得了一些进展，但是各城市地下空间数据共享的鸿沟仍然存在。此外，地下空间数据的泛在应用和广域服务也是一大难题。

对于问题和挑战，郑丰收也有自己的思考。他告诉记者，首先要全面开展城市地下空间普查工作，建立普查工作协调机制，摸清城市地下空间资源家底，并编制普查实施方案和相关技术标准。

其次还要搭建地下空间开发利用的大数据决策信息平台，通过地下空间开发利用和综合治理的科学管理、高效管理、精确管理、智能管理、动态管理，让城市地下空间更“透明”，城市运转更高效，增强城市综合治理水平。

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郑丰收认为，城市地下空间的信息化管理是地下空间科学规划、有效利用的主要依据，同时也是城市基础设施运行和突发事件处置的重要手段。通过使用CIM/BIM、数字孪生、物联感知、大数据挖掘、机器学习等信息技术，赋能城市地下空间规划、设计、建造、运营维护与安全管理全流程，将极大提升解决城市关键痛点问题的能力。

地下测绘

从技术视角看，地下空间的信息化和智慧化是一个融合测绘地理信息技术在内的多种数字化技术手段的交叉技术领域。郑丰收认为，基于地下空间信息化和智能化管理需求，BIM/CIM技术、数字孪生技术、物联网技术以及空间网格码技术等新兴技术方向值得期待。

（1）BIM/CIM技术。基于CIM基础平台，融合运用测绘地理信息与BIM技术，可以为地下空间数据动态更新、可视化管理提供最佳途径。如利用城市地下空间CIM管理平台，针对现有的管线库资料，对地下管线进行三维可视化表达。通过CIM管理平台全方位支撑管线普查、综合规划、方案设计、动态更新、应急决策等工作，加强城市地下市政基础设施全生命周期管控，建立信息动态更新机制，确保CIM管理平台数据的实时更新。

（2）数字孪生技术、物联网技术。结合实景三维中国建设，建设地下空间基础地理实体，精细化管理地下空间。结合物联网、数字孪生技术，为模拟推演地下空间未来发展趋势提供支撑。

城市地下空间的状态，可通过集成智慧化的物联传感设备进行实时感知，大幅度提升地下空间开发利用效率。例如通过在地下管线关键设施上部署物联网感知设备，实时感知管道水流、水压、流向和液位等多种数据，有效预警泄漏爆炸、压力异常、液位异常、道路塌陷等安全隐患。多样化的感知设备，使更多的地下空间感知数据实现了同步及远端控制，以达到对地下空间管理决策更科学，管理更有效，城市更智慧的目的。

（3）空间网格码技术。通过将整个地球空间剖分为数以兆亿个大到全球空间，小到厘米级网格体，由多层级剖分体元组成的地球空间剖分模型，每一个网格都有一个唯一对应的区域位置坐标，为地下空间隐蔽对象的标识、表达和管理提供有效工具。

聚焦管网服务

为城市地下空间“诊脉”

“未来城市地下空间管理应该是地下空间的规划、建设、运行管理和安全应急更加趋于一体化的方向发展。”郑丰收告诉记者，“新基建”“新城建”、实施城市体检和城市更新行动等都是“十四五”期间，地下空间领域的关键机遇。

在城市地下空间管理的众多领域中，地下管线与城市安全运行、百姓水电气热需求等生产生活关系最为密切，但由于历史原因,地下管线“老、密、乱”现象严重,由此引发的城市安全问题时有发生。

据统计，仅2018年至2019年,全国范围内发生的与地下管线相关的事故就达438起,造成81人死亡,119人受伤。仅2021年全国范围发生重大燃气爆炸事故就高达7起；加上地下管网建设前期对工程地质、水文地质的调查不够,管道起伏、脱节引起破裂和渗漏等结构性缺陷普遍存在,城市污水直排和地下渗漏,对河流和地下水造成污染,严重影响了城市生态环境。

“应急管理部、住建部相继出台明确要求加强对地下管网安全运行监测的政策要求。因此，在城市地下空间的下一步发展中，我们认为城市地下管网的信息化、精细化、智慧化管理将具有非常广阔的发展空间。”郑丰收介绍，除地下管网之外，地下空间（设施）投资、规划设计、建设和运维管理的一体化；地下空间数据管理和服务运营；地下空间基础地理实体的建设；地下空间资源（地下水、地热、地下建筑材料等）探测确权、开采和运营一体化；城市级地下空间智能化平台建设等，也将是城市地下空间下一步发展的重点应用场景和市场机遇。

作为科创板上市企业，面对地下管网及地下空间领域的机遇，正元集团仍然秉承着技术思路向前开拓的理念。郑丰收告诉记者，“十四五”期间，城市地下空间智慧化建设与运营将是公司的技术和业务发展重点方向。

在地下管网数据获取方面，正元集团将重点投入研发地下管网及其他地下空间要素（含物探手段获取地下病害、地质地层要素）多源关键数据获取技术、物联感知多要素动态统一接入技术。

在地下管网安全风险评估方面，将重点提升供水管网爆管预警模型、供水管网运行监测模型、排水设施隐患分析模型、排水水力模型、城市内涝积水预测模型、泄漏溯源与扩散分析模型等。

在地下管网病害工程治理方面，将重点引入喷涂法、紫外光固化内衬、局部原位固化法等非开挖施工修复技术。

在地下管网智能监管方面，以自主研发的CIM平台为基础，构建管线综合管理的动态监测网络，通过自主研发的物联网统一接入平台，实时感知地下管网的运行态势，结合自主研发的三维可视化引擎，构建地下市政设施综合治理平台，为相关管理部门提供科学的辅助决策手段，实现城市地下管线管理的信息化与智能化。

此外，正元集团还将同时开发智慧排水、智慧供水、智慧燃气、智慧热力等不同专项应用平台，实现地下管线“运行体征”24小时全天候不间断安全运行智慧“诊脉”，确保风险“能监测、会预警、快处置”，提升城市韧性，守住百姓脚下安全。

END

文 / 本刊记者陈阳图 / 受访者提供

编辑：张永超

初审：齐阳

审核：彭震中

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