三維地下管線可視化信息系統(tǒng)研究

張建平

（內(nèi)蒙古自治區(qū)航空遙感測繪院）

三維地下管線可視化信息系統(tǒng)研究

張建平

（內(nèi)蒙古自治區(qū)航空遙感測繪院）

地下管線已經(jīng)成為了人類城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的動(dòng)脈，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。為了提高地下管線安裝質(zhì)量，避免不必要的安全事故風(fēng)險(xiǎn)（據(jù)統(tǒng)計(jì)，全年城市地下管線事故每年損失450億）。由于地下管線的空間關(guān)系和地理位置復(fù)雜，傳統(tǒng)的城市地下管線二維管理模式，已無法保障當(dāng)今城市的實(shí)際需要。所以，必須盡快設(shè)計(jì)并建立三維地下管線可視化信息系統(tǒng)。

三維；地下管線；可視化；信息系統(tǒng)

1 管線管理現(xiàn)狀

目前管線管理現(xiàn)狀主要存在以下問題和不足：

1）管理二維化：展示不直觀、養(yǎng)護(hù)困難；

2）數(shù)據(jù)共享難：數(shù)據(jù)無標(biāo)準(zhǔn)，格式多樣化、資源產(chǎn)權(quán)部門化，共享程度低，易形成信息孤島；

3）應(yīng)用程度低：系統(tǒng)應(yīng)用浮于表面，不能為城市管線的規(guī)劃、施工和運(yùn)行管理提供完整的信息服務(wù)，投資回報(bào)率低；

4）現(xiàn)勢性差：系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新慢，現(xiàn)勢性得不到保證，難以支撐應(yīng)急事故。

2 系統(tǒng)建設(shè)意義與愿景

1）整合城市地下綜合管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，推進(jìn)數(shù)字、地理空間信息平臺相結(jié)合；

2）提高政府保障公共安全和處置突發(fā)公共事件的能力；

3）提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理水平，在查閱局部地區(qū)管線的各種細(xì)節(jié)時(shí)，還可瀏覽區(qū)域管線的宏觀分布、研究單種管線等情況。從長遠(yuǎn)來看，對推進(jìn)數(shù)字地理空間信息平臺建設(shè)，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理部門和應(yīng)用部門之間對數(shù)據(jù)資源“集中管理、分部應(yīng)用”的共建共享起著重要的作用。

3 三維系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)邏輯架構(gòu)由數(shù)據(jù)層、平臺層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成，各層承載的功能如下。

3.1 數(shù)據(jù)層

1）數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

①從不同系統(tǒng)中提取需要的數(shù)據(jù)源，如元數(shù)據(jù)、基本地形圖數(shù)據(jù)、DEM、DOM、地下空間數(shù)據(jù)、道路紅線數(shù)據(jù)、3D地面地物和設(shè)施模型數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)等；

②然后將矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等存儲到二維GIS空間中，如Geodabase＋ArcSDE等，最后形成3D靜態(tài)模型和多媒體等數(shù)據(jù)。

2）功能模塊

功能模塊包括元數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、地上下三維數(shù)據(jù)等。

3.2 平臺層

1）平臺層設(shè)計(jì)

①從數(shù)據(jù)層獲取各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自動(dòng)化建模及編譯處理，然后形成可顯示、搜索和分析的數(shù)據(jù)；

②為數(shù)據(jù)傳遞及應(yīng)用提供管線的發(fā)布與更新機(jī)制，并對重新鋪設(shè)的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)更新，提高管網(wǎng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

2）功能模塊

功能模塊包括三維基礎(chǔ)地理信息平臺、平臺工具（管線發(fā)布工具）。

3.3 服務(wù)層

1）服務(wù)層設(shè)計(jì)

①將基礎(chǔ)層中獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存儲，該層是整個(gè)平臺的核心，是連接底層數(shù)據(jù)與上層應(yīng)用之間的橋梁；

②該層可以為應(yīng)用層提供服務(wù)支撐，包括身份認(rèn)證服務(wù)、智能檢索服務(wù)、數(shù)據(jù)建模服務(wù)等。

2）功能模塊

功能模塊包括身份認(rèn)證服務(wù)、智能檢索服務(wù)、數(shù)據(jù)建模服務(wù)、存儲服務(wù)、云計(jì)算服務(wù)等。

3.4 應(yīng)用層

1）應(yīng)用層設(shè)計(jì)

提供地下管線的綜合信息查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和維護(hù)等高質(zhì)量的服務(wù)，為城市發(fā)展建設(shè)提供專家級的領(lǐng)導(dǎo)決策輔助依據(jù)。

2）功能模塊

功能模塊包括城市地貌三維展示、管線統(tǒng)計(jì)、管線標(biāo)準(zhǔn)和管線更新等。

4 三維地下管線可視化信息系統(tǒng)優(yōu)勢

4.1 主要功能

1）三維地圖展示：真實(shí)再現(xiàn)城市地形、地貌及地下管線分布情況。

2）爆管分析：可根據(jù)爆管位置，通過系統(tǒng)的管道連通情況，自動(dòng)分析與事故點(diǎn)連接管段，提供準(zhǔn)確可靠的爆管處理方案。

3）空間數(shù)據(jù)量算：可在三維場景中進(jìn)行精確的水平/垂直/空間/平面角度等距離量算、面積量算和管線間的水平/垂直/空間距離量算。

4）重點(diǎn)管線保護(hù)：根據(jù)燃?xì)?、工業(yè)等重點(diǎn)管線的保護(hù)與管理區(qū)域，對周邊管線和建筑自動(dòng)進(jìn)行三維立體隱患分析[1-2]。

4.2 技術(shù)優(yōu)勢特點(diǎn)

4.2.1 云GIS大數(shù)據(jù)管理技術(shù)

該平臺系統(tǒng)具有云GIS大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，管線數(shù)據(jù)檢查后入庫，具體詳見圖1。

4.2.2 管線數(shù)據(jù)三維碰撞檢測

采用體與體求交對管線數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞檢測，可以精確計(jì)算管線間距，找出管線碰撞的位置，為外業(yè)普查布設(shè)加密點(diǎn)提供依據(jù)，縮短普查周期，提升管線數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4.2.3 管線數(shù)據(jù)三維自動(dòng)化建模

三維自動(dòng)化建筑可以解決以下問題：解決二維平臺無法準(zhǔn)確表現(xiàn)的問題;準(zhǔn)確表現(xiàn)井脖、井室、管線間的空間關(guān)系，為方井、井室等管線管理提供更加直觀的管理方式; 準(zhǔn)確表現(xiàn)管溝、管線的空間關(guān)系，為管廊和綜合管溝的管理提供更加直觀的管理方式; 解決通過管線特征模型庫匹配時(shí)管線與彎頭等特征不一致的問題[2]。

4.2.4 三維管線模型自主更新

實(shí)現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)的二維、三維一體化，解決了二維、三維管線數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，以及三維管線更新需要全部重新生成的問題，簡化了三維管線更新流程、降低了運(yùn)維成本。具體流程見圖2。

4.3 功能優(yōu)勢特點(diǎn)

4.3.1 歷史空間數(shù)據(jù)管理

地下管線數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間上都不斷發(fā)生變化。系統(tǒng)在建設(shè)過程中，采用增量式歷史數(shù)據(jù)管理方式，只存儲變化了的歷史數(shù)據(jù)，在管線實(shí)體數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，將變化前的數(shù)據(jù)作為歷史信息存儲，變化后的數(shù)據(jù)作為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)存儲。

圖1 管線數(shù)據(jù)入庫流程

圖2 管線更新流程圖

4.3.2 空間數(shù)據(jù)一體化管理

系統(tǒng)可提供完整的管線數(shù)據(jù)管理功能，地上地下一體化、室內(nèi)室外一體化，系統(tǒng)對于架空管線、地上管廊、地下管溝都有著專業(yè)的處理和真實(shí)的展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化管理。

5 結(jié)束語

總而言之，地下管線信息管理系統(tǒng)對城市規(guī)劃建設(shè)、管線維護(hù)運(yùn)營、保障城市的正常生產(chǎn)生活發(fā)揮著重要作用。自2004年起，市政部門也把建設(shè)可直觀表達(dá)地下管網(wǎng)的布設(shè)、管線之間空間位置關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系的三維可視化管理系統(tǒng)作為城市信息化建設(shè)的重點(diǎn)。所以建設(shè)三維地下管線可視化信息系統(tǒng)，對于城市化建設(shè)及發(fā)展有著重大意義，理應(yīng)得到重視與關(guān)注。

[1]姚姝娟,寶力杰,沈文慧. 地下管線三維信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃中的現(xiàn)實(shí)意義[J]. 西部資源,2015(2):176-178+181.

[2]龍慧萍. 基于二三維一體化平臺的城市綜合地下管線信息管理系統(tǒng)建設(shè)[J]. 測繪與空間地理信息,2015(9):72-74.

Visualization Information System Research of Three-dimensional Underground Pipeline

ZHANG Jian-ping

(Inner Mongolia Autonomous Region's Remote Sensing and Mapping Institute）

Underground pipeline has become the artery of urban social and economic activity, which has the characteristics of large scale,variety, complicated space and great changes. But there is no denying that we in the underground pipeline installation, always dig off gas, water and cable, led to the suspension of water, power, communications and other accidents, so need to design and establish the 3 d visualization of the underground pipeline information system.

three-dimensional; underground pipeline; visualization; information system