基于Skyline的城市地下三维管线建立探讨

2016-04-21宋子铖

地球 2016年6期

关键词：管网管线管道

■宋子铖

（辽宁省地理信息院辽宁沈阳110034）

基于Skyline的城市地下三维管线建立探讨

■宋子铖

（辽宁省地理信息院辽宁沈阳110034）

在城市地下管线建设或旧网更新过程中，需要先开展线路设计工作。传统的设计技术建立在二维空间基础上，因此无法了解管网的空间位置，使得设计图纸具有明显的局限性。而Skyline系统则是以三维空间作为设计基础，将错综复杂的地下管网更好地展现在施工人员眼前，保证了设计图纸的全面性和施工的顺利。本文即是对Skyline程序下城市地下三维管线建立进行研究，探讨了该技术的概念，并对其具体的建模方法进行阐述，以期能为相关工作提供参考。

Skyline城市地下管线三维建模

0 引言

在城市发展当中，地下管网是其主要的生命线，其承载着自来水、供暖热水、天然气等的输送工作，是城市基础设施中的基础。当前随着现代信息技术的不断发展，各市均建立了自己的地下管网信息管理系统，实现了对地下管道数据的储备，当管道发生故障或需要更换时就可以利用这一数据库对工作进行有效的指导。

1 Skyline系统的概述

传统的地下管道数据图均是采用二维数据进行记录，无法更好地了解管道之间的空间关系，而实际上城市地下管网的复杂程度极高，单纯利用二维数据图无法更好地反应管网的结构。Skyline是一款基于三维空间构图的设计程序，并兼有数据查询、存储和分析功能，这一系统的实施改变了以往管网数据准确率低、核算困难的局面。

Skyline本身是一款三维平台设计软件，基于先进的三维数据技术，并且能够与卫星遥感数据相连接，在计算机当中搭建一个基于真实环境下的三维虚拟设计场景。在开展设计时系统会利用与卫星遥感设备的连接，从而获得设计区域内的仿真三维地形图，并将其转变为.mpt而是文件，由此获得了设计过程中的地形数据。之后利用TerraExplorer Pro将管道数据导入到地形数据当中，从而实现二维模型和三维模型的建立[1]。

2 基于Skyline的城市地下管线三维模拟

2.1 三维模型各环节参数计算

三维管道设计就是基于二维管道数据的基础上，对每条管线的二维数据起始点进行提取，然后对独立的三维管道进行生成。在Skyline程序当中，三维管道是否符合实际标准，在模型建立后是否符合实际情况的主要影响因素就是各环节的参数准确性。

首先需要对管道的起始点坐标参数进行确定，在二维数据下管道相当于一条直线，因此其不仅包含了起始位点（x1，y1），同时也包含了终止位点（x2，y2）。而三维模型下管线则处起始位点数据外还包括了管道的管线高程值，需要利用程序对原始坐标参数进行确定。这一长度的确定不是单纯计算其二维长度值，而是对三维空间距离进行确定，如果设起始点为P1、终止点为P2，则管道的空间长度值计算公式如下：

公式当中的Altitude指的是该管道某点的绝对高程值，X表示某点的横坐标值，Y代表纵坐标。

其次，还需要对管线本身的外径和内径进行确定，目前国内各城市应用Skyline程序时均采用1:2000的比例将管道外径和内径缩小，而管道高程值的确定则需要利用起点处管线高度与管道管径之和进行表示[2]。

第三，由于三维空间当中会对视觉产生一定的影响，因此还应该对管道的偏航角、倾斜角、旋转角进行确定。其中偏航角主要指的是人体视觉随着兴趣点的偏移而产生的角度，设正北方向为偏航角0°，其角度范围可在0到360°之间变化，该夹角的计算公式如下：

该计算公式主要是根据管线在横轴投影长度（Xdist）、纵轴投影长度（Ydist）进行估计。倾斜角主要指的是人体视觉兴趣点的俯仰角度，其角度范围在-90°到90°之间，其中水平方向为0°，以Vdist表示管线的高程差，则可以利用以下公式评估管线的倾斜角：

旋转角主要指的是人体视觉兴趣点的旋转角度，也是指视觉点绕管线纵轴宣超的角度，其范围在-180°到180°之间，其中0°代表了水平方向。由于在实际设计当中城市地下管道均采用的是圆形管道，其不会受到旋转角的影响，因此该值可直接设为0[3]。

2.2 管网模型符号设计

在城市地下管网当中涉及的数据主要包括两大类，分别是管线模型和非管线模型。根据实际管网功能的不同，其管线和辅助设备也不尽相同，在制作模型符号时必须遵照我国管线设备符号规定开展，同时需要借助Skyline程序当中的符号库数据，利用3D MAX技术对各类模型进行保存，然后以Skyline系统中本身携带的符号转换功能将其直接记录在符号库内。在设计管网时就可以根据实际需求直接查找相应的符号数据，进而提升设计效率。

2.3 管道模型设计

在实际城市地下管道铺设当中所应用的管道类型分别是圆筒形和方形两种，因此在设计管道模型时可以利用系统当中的BOX和Cylinder功能进行设计。其中方形的管道是利用BOX功能进行设计，其可以直接对方形管道的横截面、长度等进行选取，提高了模型创建的速率。而圆筒形管道则利用Cylinder来完成构建，该功能能够将管道的外环分为多个切面，而所建立的切面数量越多，则该管道模型的准确率也就越高，通过系统将各切面组合在一起就形成了圆筒形的管道模型[4]。在实际设计当中，方形管道的操作要求较低，而圆筒形管道需要建立多个切面，因此操作时的难度更大。在建立管道模型时，所有的参数均需要利用上文当中提供的公式进行计算，待确认无误后方可导入，同时需要注意要对每个管道进行单独命名，这样可以避免整体建模后管道数据混乱的问题。