三維GIS在敖漢旗城市管網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

周 齡

（赤峰學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1].城市管網(wǎng)系統(tǒng)的合理建設(shè)及科學(xué)的管理是保證現(xiàn)代化城市可持續(xù)發(fā)展的必要條件.隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步和當(dāng)前我國城市化水平的不斷提高，基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅猛，地下管網(wǎng)體系越來越大，管理的復(fù)雜程度也在逐年增加.地下管網(wǎng)的管理經(jīng)歷了從手工到信息化的發(fā)展過程，地下管網(wǎng)管理應(yīng)用三維地理信息系統(tǒng)，不僅能改變以往管網(wǎng)靠圖紙來管理的局面，而且以計(jì)算機(jī)形式取代了以往復(fù)雜繁瑣的手工操作形式，從而提高了生產(chǎn)效率.三維地理信息系統(tǒng)可真實(shí)再現(xiàn)地下管網(wǎng)的地形特點(diǎn)，為我們?nèi)媪私獬鞘械叵鹿芫W(wǎng)的環(huán)境提供一個(gè)理想的空間支撐，可極大地提高城市地下管網(wǎng)的建設(shè)和管理水平，從而全面實(shí)現(xiàn)城市地下管網(wǎng)管理工作的數(shù)字化，為更好地促進(jìn)城市地下管網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ).

1 研究背景

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用三維圖型生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分變率顯示技術(shù)并伴隨多媒體技術(shù)而發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)新技術(shù)，由此生成了三圍逼真的虛擬環(huán)境，用戶需要通過特殊的交互設(shè)備才能進(jìn)入此虛擬環(huán)境中，由此可知虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)存在著緊密的關(guān)系，并且在很大程度上推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征是：“多感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“自主性”[3].

1.2 城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)介紹

地下管線由給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、電信和工業(yè)管道七大類型組成各類管線縱橫交錯(cuò)地分布在城市地下空間，構(gòu)成了復(fù)雜的地下管線空間體系[7].

城市地下管網(wǎng)是一個(gè)城市非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，它擔(dān)負(fù)著能源輸送，信息快速傳遞等工作，因此城市地下管網(wǎng)為現(xiàn)代化城市進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的發(fā)展提供了有利的條件.因此，分析和準(zhǔn)確的掌握城市地下管網(wǎng)的現(xiàn)狀，可為現(xiàn)代化城市的建設(shè)管理及規(guī)劃提供不可或缺的基礎(chǔ)信息資料.

早期，二維圖形管理系統(tǒng)是主要的的地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，其缺乏直觀性，無法表現(xiàn)管線之間的空間關(guān)系.在國內(nèi)外競相開發(fā)三維數(shù)碼城市背景下，地下管網(wǎng)作為城市極其重要的組成部分，建立功能強(qiáng)大且操作便捷的三維地下綜合管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急.所以將三維地理信息系統(tǒng)引入到城市地下管網(wǎng)中具有重要的意義，它對(duì)城市地下管網(wǎng)信息可視化和建立的虛擬環(huán)境及交互能力都帶來了極大的作用，同時(shí)也為城市地下空間開發(fā)問題的正確判斷、分析提供大量的信息.

2 三維地理信息系統(tǒng)在城市地下管網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)作為城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是一種動(dòng)態(tài)的可視化技術(shù).在實(shí)現(xiàn)虛擬場景中觀察地下管線的規(guī)劃布局和空間設(shè)計(jì)的過程中，三維地理信息系統(tǒng)為布局規(guī)劃、建設(shè)與管理提供了一種全新的輔助技術(shù)手段和方法.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的建筑，道路，交通設(shè)施的增長速度越來越快，并進(jìn)入了成倍的增長的趨勢，其中的各類管線是能源、信息、物資等的重要傳輸者，對(duì)城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有重要的意義，同時(shí)是城市賴以生存和發(fā)展的生命線.

2.2 存在的問題

研究開發(fā)的部分三維管網(wǎng)信息系統(tǒng)不是真正意義上的三維系統(tǒng)，它沒有給出真三維空間模型，只是給出了相對(duì)簡單的三維走向圖.

作為地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)開發(fā)中的核心技術(shù)——地下管網(wǎng)的建模技術(shù)研究相對(duì)落后，還主要基于手工建模及基于標(biāo)準(zhǔn)連接件的半手工建模，將研究的重點(diǎn)放在了如何建立標(biāo)準(zhǔn)模型庫和管線定位方面，沒有實(shí)現(xiàn)三維管網(wǎng)的自動(dòng)建模[14].對(duì)城市地下管網(wǎng)的建模采用現(xiàn)有的建模方式不僅實(shí)用化推廣難度大、時(shí)間長、精度差、錯(cuò)誤多，而且消耗大量的人力、物力、財(cái)力等給人們的經(jīng)濟(jì)設(shè)施帶來一系列的麻煩.三維管網(wǎng)模型的構(gòu)建相對(duì)比較復(fù)雜，使得系統(tǒng)顯示效果差并且顯示速度慢，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源需求過高.地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集難度比較高，投入巨大，而且耗費(fèi)的時(shí)間較長，數(shù)據(jù)采集由測量環(huán)境、測量人員的技術(shù)水平以及測量工具的精確度、等多種因素共同決定的，其測量所得的數(shù)據(jù)存在著一定的誤差.很多系統(tǒng)只有三維圖形的顯示，而其三維場景交互性不強(qiáng)，且不能在三維漫游場景中實(shí)現(xiàn)分析與查詢，同時(shí)也不能滿足用戶的三維可視化交互式的操作.

3 三維地理信息系統(tǒng)在敖漢旗地下管網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 現(xiàn)狀及存在的問題

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，在市政建設(shè)中，由于自然或人為的因素，導(dǎo)致地下管網(wǎng)系統(tǒng)存在著一系列的問題.

3.1.1 規(guī)劃滯后

敖漢旗這個(gè)小城鎮(zhèn)基本沒有形成一個(gè)完整、清晰的市政規(guī)劃體系，而且很少有市政地下管網(wǎng)專項(xiàng)規(guī)劃政策.與此同時(shí)，市政專項(xiàng)規(guī)劃與城市用地規(guī)劃存在著脫節(jié)的現(xiàn)象.市政專項(xiàng)規(guī)劃同城市其他專項(xiàng)規(guī)劃缺乏協(xié)調(diào)統(tǒng)一且矛盾百出.市政專項(xiàng)規(guī)劃，特別是地下管網(wǎng)的編制深度及技術(shù)規(guī)定非常薄弱，甚至基本為空白缺項(xiàng).長期以來導(dǎo)致“重地上，輕地下”的不良的結(jié)果.

3.1.2 不合理的建設(shè)，造成人、物、財(cái)力的浪費(fèi)

由于管線運(yùn)營單位自行主導(dǎo)各管線的建設(shè)規(guī)模和建設(shè)時(shí)間，從而沒有合理的處理各管線之間與城市規(guī)劃、建設(shè)的協(xié)調(diào)一致性.由于管線不祥、資料不全，在建設(shè)施工中，尤其是城市道路拓寬改造中經(jīng)常造成管線的破壞、挖斷，造成停水、停電、停氣、通訊中斷等，給城市生活帶來諸多不便和重大損失.[15]

3.2 應(yīng)用研究與展望

在地下管網(wǎng)項(xiàng)目全面展開前需要嚴(yán)格按照科學(xué)的系統(tǒng)的工程管理方法來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其是在空間數(shù)據(jù)的組織、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和空間數(shù)據(jù)的模型的建立方面需要充分的調(diào)研，精心的設(shè)計(jì)和不斷的測試改進(jìn).

實(shí)現(xiàn)信息多元化的應(yīng)用[19].在此基礎(chǔ)上建立三維信息平臺(tái)，并將基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)在三維場中疊加，同時(shí)基于真實(shí)地理環(huán)境的瀏覽，直觀的對(duì)城市地下管網(wǎng)進(jìn)行管理，并進(jìn)行虛擬城市地下管網(wǎng)的模擬，從而生動(dòng)模擬再現(xiàn)地下管網(wǎng)的實(shí)景狀況.與此同時(shí)將三維場景中剖面、側(cè)面、選定區(qū)域坡度、關(guān)鍵點(diǎn)、最高點(diǎn)坐標(biāo)、最低點(diǎn)坐標(biāo)等分析與二、三維聯(lián)動(dòng)結(jié)合，從三維系統(tǒng)中發(fā)出指令，在二維系統(tǒng)進(jìn)行分析，并提交報(bào)表，估算城市地下管網(wǎng)的實(shí)時(shí)情況；并利用GIS的空間分析功能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析、可視域分析和三維飛行瀏覽等功能，進(jìn)行城市地下管網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫的快速定位查詢、統(tǒng)計(jì)分析.

〔1〕陳子輝.虛擬三維地下管網(wǎng)建模技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].天津大學(xué)，2009.

〔2〕高天迎.地下管網(wǎng)虛擬漫游系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].天津大學(xué)，2006.

〔3〕彭世紅.淺談地理信息系統(tǒng)在地下管道管理中的應(yīng)用.浙江樹人大學(xué)，2003,9(5)

〔4〕穆森.基于gis的城市地下管網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].中北大學(xué)，2007.

〔5〕陶國強(qiáng)，吳良才，李大軍.城市地下管線三維模型的實(shí)現(xiàn)[J].東華理工學(xué)院測量系，2005,12(6).

〔6〕丁國麗.基于gis的地下管網(wǎng)的三維表達(dá)與管理[D].西安科技大學(xué)，2011.

〔7〕陶青.淺析中小型城市地下管網(wǎng)集約化建設(shè).福建省南平市市政工程管理處，2010,4(17).

〔8〕陳靚，趙冬玲.三維可視化地理信息系統(tǒng)在校園地下管線管理中的應(yīng)用綜述[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，2006(1).

〔9〕彭世紅.淺談地理信息系統(tǒng)在地下管道管理中的應(yīng)用[J].浙江樹人大學(xué)，2003,9(5)

〔10〕喬淑娟.基于gis的城市地下管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型及其可視化[D].首都師范大學(xué)，2006.