三维地下管线可视化信息系统研究

张建平

（内蒙古自治区航空遥感测绘院）

三维地下管线可视化信息系统研究

张建平

（内蒙古自治区航空遥感测绘院）

地下管线已经成为了人类城市经济活动的动脉，是城市赖以生存和发展的物质基础。为了提高地下管线安装质量，避免不必要的安全事故风险（据统计，全年城市地下管线事故每年损失450亿）。由于地下管线的空间关系和地理位置复杂，传统的城市地下管线二维管理模式，已无法保障当今城市的实际需要。所以，必须尽快设计并建立三维地下管线可视化信息系统。

三维；地下管线；可视化；信息系统

1 管线管理现状

目前管线管理现状主要存在以下问题和不足：

1）管理二维化：展示不直观、养护困难；

2）数据共享难：数据无标准，格式多样化、资源产权部门化，共享程度低，易形成信息孤岛；

3）应用程度低：系统应用浮于表面，不能为城市管线的规划、施工和运行管理提供完整的信息服务，投资回报率低；

4）现势性差：系统数据更新慢，现势性得不到保证，难以支撑应急事故。

2 系统建设意义与愿景

1）整合城市地下综合管线基础数据资源，推进数字、地理空间信息平台相结合；

2）提高政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力；

3）提高基础数据管理水平，在查阅局部地区管线的各种细节时，还可浏览区域管线的宏观分布、研究单种管线等情况。从长远来看，对推进数字地理空间信息平台建设，全面实现数据管理部门和应用部门之间对数据资源“集中管理、分部应用”的共建共享起着重要的作用。

3 三维系统功能设计

系统逻辑架构由数据层、平台层、服务层和应用层组成，各层承载的功能如下。

3.1 数据层

1）数据层设计

①从不同系统中提取需要的数据源，如元数据、基本地形图数据、DEM、DOM、地下空间数据、道路红线数据、3D地面地物和设施模型数据、多媒体数据等；

②然后将矢量数据、栅格数据等存储到二维GIS空间中，如Geodabase＋ArcSDE等，最后形成3D静态模型和多媒体等数据。

2）功能模块

功能模块包括元数据、基础地形数据、地上下三维数据等。

3.2 平台层

1）平台层设计

①从数据层获取各种数据，并进行自动化建模及编译处理，然后形成可显示、搜索和分析的数据；

②为数据传递及应用提供管线的发布与更新机制，并对重新铺设的管线数据进行更新，以实现数据库的实时更新，提高管网数据的现势性。

2）功能模块

功能模块包括三维基础地理信息平台、平台工具（管线发布工具）。

3.3 服务层

1）服务层设计

①将基础层中获取到的数据进行处理及存储，该层是整个平台的核心，是连接底层数据与上层应用之间的桥梁；

②该层可以为应用层提供服务支撑，包括身份认证服务、智能检索服务、数据建模服务等。

2）功能模块

功能模块包括身份认证服务、智能检索服务、数据建模服务、存储服务、云计算服务等。

3.4 应用层

1）应用层设计

提供地下管线的综合信息查询、统计、分析和维护等高质量的服务，为城市发展建设提供专家级的领导决策辅助依据。

2）功能模块

功能模块包括城市地貌三维展示、管线统计、管线标准和管线更新等。

4 三维地下管线可视化信息系统优势

4.1 主要功能

1）三维地图展示：真实再现城市地形、地貌及地下管线分布情况。

2）爆管分析：可根据爆管位置，通过系统的管道连通情况，自动分析与事故点连接管段，提供准确可靠的爆管处理方案。

3）空间数据量算：可在三维场景中进行精确的水平/垂直/空间/平面角度等距离量算、面积量算和管线间的水平/垂直/空间距离量算。

4）重点管线保护：根据燃气、工业等重点管线的保护与管理区域，对周边管线和建筑自动进行三维立体隐患分析[1-2]。

4.2 技术优势特点

4.2.1 云GIS大数据管理技术

该平台系统具有云GIS大数据管理技术，管线数据检查后入库，具体详见图1。

4.2.2 管线数据三维碰撞检测

采用体与体求交对管线数据进行碰撞检测，可以精确计算管线间距，找出管线碰撞的位置，为外业普查布设加密点提供依据，缩短普查周期，提升管线数据质量。

4.2.3 管线数据三维自动化建模

三维自动化建筑可以解决以下问题：解决二维平台无法准确表现的问题;准确表现井脖、井室、管线间的空间关系，为方井、井室等管线管理提供更加直观的管理方式; 准确表现管沟、管线的空间关系，为管廊和综合管沟的管理提供更加直观的管理方式; 解决通过管线特征模型库匹配时管线与弯头等特征不一致的问题[2]。

4.2.4 三维管线模型自主更新

实现了管线数据的二维、三维一体化，解决了二维、三维管线数据不统一，以及三维管线更新需要全部重新生成的问题，简化了三维管线更新流程、降低了运维成本。具体流程见图2。

4.3 功能优势特点

4.3.1 历史空间数据管理

地下管线数据在时间、空间上都不断发生变化。系统在建设过程中，采用增量式历史数据管理方式，只存储变化了的历史数据，在管线实体数据发生变化时，将变化前的数据作为历史信息存储，变化后的数据作为现状数据存储。

图1 管线数据入库流程

图2 管线更新流程图

4.3.2 空间数据一体化管理

系统可提供完整的管线数据管理功能，地上地下一体化、室内室外一体化，系统对于架空管线、地上管廊、地下管沟都有着专业的处理和真实的展现，实现数据一体化管理。

5 结束语

总而言之，地下管线信息管理系统对城市规划建设、管线维护运营、保障城市的正常生产生活发挥着重要作用。自2004年起，市政部门也把建设可直观表达地下管网的布设、管线之间空间位置关系和拓扑关系的三维可视化管理系统作为城市信息化建设的重点。所以建设三维地下管线可视化信息系统，对于城市化建设及发展有着重大意义，理应得到重视与关注。

[1]姚姝娟,宝力杰,沈文慧. 地下管线三维信息系统在城市规划中的现实意义[J]. 西部资源,2015(2):176-178+181.

[2]龙慧萍. 基于二三维一体化平台的城市综合地下管线信息管理系统建设[J]. 测绘与空间地理信息,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