地下管网时空信息集成与管理技术创新

程勉志，侯 岳，张 键，方乐道

(河南省测绘工程院，河南 郑州 450003)



地下管网时空信息集成与管理技术创新

程勉志，侯 岳，张 键，方乐道

(河南省测绘工程院，河南 郑州 450003)

提出了建立管网信息普查及信息录入系统，以及完善管网信息关系数据库、综合管网图制作、管网信息空间数据库、三维管网部件模型库等各项工作，通过调用不同数据库的空间信息与属性信息，实现了三维管网模型的快速构建。采用MD5建立了管网模型与属性信息自动关联技术，叠加了原有的地表建(构)筑物模型，引入了统一的时空基准，开发了地上下建(构)筑物管理平台，具有三维模式下现有二维地图无法实现的空间分析等功能，实现了各类三维数据的综合可视化和融合分析，可为城市地下管网管理提供更直观的辅助决策支持。

地下管网；空间数据库；属性关联；统一基准

城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分,是城市赖以生存和发展的物质基础,被称为城市的生命线。随着经济与社会的发展，对地下空间的开发逐渐增大，地下管线与地上建(构)筑物的空间位置关系的重要性日益突出[1-4]。现有的地下管线主要是利用二维图形方式表示管线的位置和结构，是真实空间在二维平面的符号化表示，存在数据简单、信息含量少、缺乏关联性等不足，仅能体现管线在图上的位置及周边地形地物分布，空间表现和分析能力存在局限，无法直观地获取地上、地下建(构)筑物在立体上的感官效果，难以对管线信息进行有效的管理和利用[5-6]。因此，研究基于管网数据快速构建地下管线三维模型方法，并在虚拟世界中建立“真实的三维场景”，直观展示周边真实环境状况，对三维地下管网的精细化管理具有重要意义和实际价值。

针对地下管网信息管理从平面向立体化发展的需求，本文研发了管网信息普查及信息录入系统，建立完善管网信息关系数据库、综合管网图制作、管网信息空间数据库、综合管网三维空间信息管理系统等各项工作，充分利用现有的地上建(构)筑物模型成果，通过引入统一的时空基准，建立了面向地上、地表、地下统一表达的三维建(构)筑物时空数据管理平台，综合运用三维GIS的分析功能，实现各类三维数据的综合可视化和融合分析等，突破了空间信息在二维平面中单调展示的束缚，为信息判读和空间分析提供更好的技术途径。

1 顾及拓扑关系的地下管网快速建模技术

本文提出将维度建模与主题域实体关系建模相结合，采用3NF实体关系理论对数据抽象、整合，建立了分级分层多要素时空编码映射体系及企业级数据仓库，实现了地下管网图形和属性信息的一体化管理[7-8]。

根据地下管网属性、空间形态、表现特征及埋深、管径、材质等信息，建立城市管网属性录入系统，包括管线属性关系数据库、管线属性空间数据库、二维综合管网图、三维管网部件模型库等。利用Delphi对数据库很强的管理功能，结合AutoCAD二次开发功能实现二维综合管网图参数化制作、三维综合管网参数化建模。通过抽象、简化并确立精细管线三维数据模型基本组成元素，以及通过调用数据库的属性信息数据库、管网部件模型数据库，实现地下三维管网的快速建模(如图1所示)。

图1 地下管网属性录入及自动建模

2 三维数据与房产登记信息的自动关联

为实现管网三维模型单元与属性信息的关联，本文在模型数据加工过程中赋予每个模型一个唯一标识ID，即对管网模型进行“身份认证”。根据模型的ID可将建(构)筑物模型与不动产权属信息进行关联，以便在程序中方便调用，具体技术流程如图2所示。

图2 模型属性关联技术流程

鉴于管网模型数据量大，为保证每个模型具有唯一的ID，需要根据每个模型的地理坐标和管网类别等属性信息确定其ID。由于这些数据生成的字符串长度差别大、格式混乱，不利于管理和查询，而MD5算法可保持信息传输的完整性和一致性，具有计算简便、抗修改性及强抗碰撞性等特点，因此利用MD5算法生成长度固定且唯一的字符串作为ID[9-11]。在确定合适字符串长度的同时保证了每个模型ID的唯一性。本文基于3ds Max平台研发了提取模型坐标信息、转化为字符串的程序，并利用MD5算法将坐标字符串转化为固定长度且唯一的字符串作为模型对象的ID，记录在数据表中，通过关系表达实现与属性信息关联(如图3所示)。

图3 管网模型与属性信息关联

3 地上下不动产数据集成与一体化表达技术

本文引入统一的时空基准，提出基于空间对象层次结构的地理空间特征与业务语义管理行为一体化模型的统一时空表达方法，建立了面向多主题的地上、地表、地下统一表达的三维建(构)筑物时空数据模型，具有二维电子地图和三维虚拟场景的切换和联动分析、基于时间序列模型的统一管理等功能[12-14]。

针对目前基于二维地理信息数据的地上下对照图，无法直观表达管网的高程信息等问题，通过研究地上、地下建(构)筑物的空间拓扑关系、垂直对照关系，分析地上、地层、地下时空表达方法，完成了地上下统一管理程序平台；开发的三维可视化综合管理信息化平台(如图4所示)，以C/S或B/S架构进行三维应用和发布，实现地面开挖分析(如图5所示)、地下管网断面分析(如图6所示)、管网查询分析等功能，搭建了地上下建(构)筑物的统一管理平台。

图4 地上下建(构)筑物统一管理平台

图5 地下管网开挖分析

图6 地下管网断面图分析

4 结 语

本文通过产学研长期密切合作，建立了城市地下管网管理信息系统，实现了管网信息普查及信息录入，建立完善了管网信息关系数据库、综合管网图制作、管网信息空间数据库(GIS)、综合管网三维空间信息管理系统等各项工作。在快速建模方面，基于AutoCAD 2010二次开发，根据参数化制图获取各类参数，能够自动生成二维、三维管线图，实现城市地下综合管网二维、三维展示。

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Technology Innovation for Integration and Management Underground Pipe Network Spatial Information

CHENG Mianzhi,HOU Yue,ZHANG Jian,FANG Ledao

(Surveying & Mapping Engineering Institute of Henan Province, Zhengzhou 450003, China)

This paper proposes to build a system about pipe network information census and information entry, establish and improve the network information relational database, comprehensive pipe network drawing, pipe network information space database, three-dimensional pipe network parts model library and other work. By calling the spatial information and attribute information from different databases, this paper rapidly build three-dimensional network model.Using the technology of MD5 related with the real pipe model and property rights, superimpos on the original surface building (structure) building model, this paper introduces the same space-time reference,develops the ground to build (structure) building management platform, and implements the comprehensive of all kinds of 3D data visualization and dissolve analysis. The system can provide more intuitive decision support in urban underground pipe network management.

underground pipe network; spatial database; relating property rights; unified benchmark

程勉志，侯岳，张键，等.地下管网时空信息集成与管理技术创新[J].测绘通报，2017(7)：117-119.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0236.

2016-10-17

2016年国家重点研发计划(2016YFC0803103)

程勉志(1965—)，男，副高级工程师，主要研究方向为测绘工程。E-mail：13783715300@139.com 通信作者： 侯 岳

P208

A

0494-0911(2017)07-0117-03