三维地下管网管理系统的设计与实现

2016-11-22肖长伟曲国鹏刘家兴邱冬冬

四川建筑 2016年5期

关键词：曹妃甸管网可视化

肖长伟，曲国鹏，刘家兴，邱冬冬

(江苏建筑职业技术学院，江苏徐州 221116)

三维地下管网管理系统的设计与实现

肖长伟，曲国鹏，刘家兴，邱冬冬

(江苏建筑职业技术学院，江苏徐州 221116)

地下管网系统是城市建设和发展的生命线，三维地理信息系统为城市地下管网的数字化管理提供了先进的技术，利用其在三维可视化和空间分析方面的优势，实现地下管网系统的三维可视化、空间分析等基本功能，有助于管理者的管理、分析和决策。文章以曹妃甸港口三维地下管网管理系统为例，对三维地下管网管理系统的设计与实现进行了探讨。

三维地理信息系统；地下管网；管理系统；三维可视化

城市地下管网是一个极其庞大的复杂系统，是城市建设的重要内容和城市发展的生命线。在现实的工作当中，城市地下管网系统种类繁多、层次复杂、变动频繁，管理非常困难。随着城市化进程的加快，传统二维的地下管网管理模式难以对大量的管网信息进行有效的描述和表达，因此，如何管理好城市地下管网系统，更好的分析和决策成为管理者面对和解决的重要课题[1-2]。

随着三维地理信息系统技术的发展，其在城市三维地下管网管理系统中的应用正成为一种趋势。三维城市地下管网系统不仅具备空间实体定义能力，而且具备三维可视化、空间查询和空间分析能力，通过地下管网管理系统可以将地下管网立体的表现出来，从而使其与其相关的属性信息和图表关联起来，并可以对这些数据进行空间查询、三维可视化、统计分析和管理决策等。同时通过网络三维地理信息系统可以使得各个部门能够共享地下管网系统，实现地下管网数据的快速更新[3-4]。

在三维城市地下管网地理信息系统基础上，加上地上的房屋、道路、桥梁以及其他建筑物等三维模型，形成三维立体场景，可以实现城市地上和地下设施三维可视化，为城市的规划管理、设计、施工等提供可视化、信息化的管理工具，有助于管理者快速、科学、准确的进行分析和决策。本文以曹妃甸港口三维地下管网管理系统为例，对三维地下管网管理系统的设计与实现进行了探讨。

1 系统的总体框架

图1为曹妃甸三维地下管网管理系统总体架构图。曹妃甸三维地下管网管理系统总体结构采用分层式结构，以地下管网模型库、地上建筑物模型、基础地理信息数据以及管线专题数据作为数据层，以ARCGIS为三维可视化和空间分析的开发平台，开发三维地下管网应用服务系统。综合考虑目前曹妃甸港口地下管网的应用需求及城市地下管线管理的发展趋势，结合三维地理信息系统开发平台的技术水平，三维地下管网管理系统采用B/S和C/S混合的体系结构进行开发，应用系统既能满足地下管网专业应用和管理的需求，又可以快速实现管网数据发布、共享和维护[5]。

图1 曹妃甸三维地下管网管理系统总体架构图

2 数据库的组织与设计

数据是地理信息系统的“血液”，数据库的建设是实现地下管网管理系统的关键，该系统采用SQLServer数据库，主要分为基础地理信息数据库、地下管网数据库、地上建筑物三维模型数据库等[4]。

2.1 基础地理信息数据库

该系统以1:500地形图为系统背景，直接采用AutoCAD2010的DXF文件格式存储图形数据。

2.2 地下管网数据库

管网的竣工资料和探测的结果大多是二维矢量点和线数据，其属性主要包括管线的平面坐标、高程、管线材质、管径、埋深等，该系统根据管线二维数据的平面坐标、埋深、管径等数据批量生成三维管线模型、关联属性数据库，并且提取管线之间的拓扑关系，自动生成三维管线和弯头。

2.3 地上建筑物三维模型数据库

地上建筑物三维模型数据库主要包括曹妃甸港口区地面建筑物(房屋和码头等)、道路、生产设备(皮带机和装卸机等)的三维模型数据[4]。

3 三维地下管网管理系统的功能实现

三维地下管网空间错综复杂，同一位置上不同深度会有不同类型的管网重叠。为了便于城市地下管线的日常管理、属性查询以及管网数据的维护更新等专业应用需求，借助三维地理信息系统平台，从基础功能模块和空间分析应用模块两方面实现其功能的开发。

三维地下管网管理系统基础功能模块主要包括用户权限管理，管线数据的加载、修改和删除，三维管网模型的编辑和维护，坐标和属性标注，管线长度统计，属性查询和区域查询，简单条件查询，区域统计等功能；还包括三维场景浏览、空间量测、管线信息查询定位、阀门和水表信息查询定位等功能；此外还包括地下管线统计分析、横断面分析、流向分析、拓扑分析以及管线相交分析等专业分析功能，为管网管理各部门提供三维直观、准确的地下管网信息，为管网的规划、设计和施工提供决策和依据。该系统提供二维管线和三维管线联动机制，实现了地下二维管线系统与地下三维管线系统的耦合，可以充分发挥二维管线系统在属性查询，分析等方面的长处，又可以借助三维可视化技术对查询、分析结果进行三维展示，使得查询和分析的结果更便于理解，真实反映规划和施工现场的地下管线情况。

如图2管线开挖分析，针对地下管网管理过程中经常出现的地面开挖问题，管网系统提供了任意区域的地面开挖模拟，设置开挖深度和边界范围，三维地形自动塌陷，暴露出地下管网的分布情况。图3拓扑分析，根据指定的两条管线，分析出连通这两条管线的所有管线，此外还有爆管分析、流向分析、关闭水表分析及影响区域分析等功能，为管理和施工提供决策支持[4-5]。