地下管线三维可视化智能信息系统研究

2018-11-05赵志杰

智能建筑与智慧城市 2018年10期

赵志杰

（沧州市测绘院）

1 实例概况

1.1 某市地下管线的特点

某城市地下管线的特点包括：①地下管线包括给水、排水、电力、热力、燃气、工业等管道，种类繁多；②各类管线的管理各自为政，例如，给水管道、排水或雨水管道属市政公司管理，电力管道属电业局管理，热力管道属热力公司管理，各类管线的建设、管理与维护工作均由权属单位负责；③地下管线的隐蔽性较强，因管线均铺设于地下，最低覆土厚度为0.5m，甚至一些污水管埋设深度达到10m，另外，一些管线之间共沟铺设，并且一些管线属于私自建设，因此，无法准确识别其种类；④地下管线的数据更新较快，因城市地下管线建设速度较快，并且随着城市的发展在不断扩张，因此，城市地下管线的更新建设速度较快；⑤随着科技的发展，地下管线建设技术日趋复杂，如非开挖技术等，各种工程塑料管、超高压输电电缆等都得到了广泛的应用，管线系统也越来越复杂，如高压力管道系统等。

1.2 地下管线数据

城市地下管线数据由管点和管线段组成，具有网络化特点以及不同的属性数据结构。属性数据是建立三维管线模型以及进行空间分析的必要条件，而且多数空间分析，都需要属性数据的支持，因此，属性数据的完整性对三维管线空间分析功能有一定的制约作用[1]。

2 三维地下可视化智能信息系统分析

2.1 系统总体框架

该市三维地下管网信息管理系统的总体结构为分层式结构，其数据层为地上建筑物模型、地下管网模型库、管线专题数据以及基础地理信息数据，三维可视化和空间分析的开发平台为ARCGIS。通过对该市地下管线管理的发展趋势以及地下管网的应用需求进行综合考虑，并有效结合三维地理信息系统开发平台，采用B/S和C/S混合的体系结构进行三维地下管网管理系统的开发，使该系统不仅可以满足城市地下管网管理和应用的需求，还可以实现管网数据发布、共享和维护。

2.2 软件环境与支撑平台

该市地下管线三维可视化智能信息系统的二维与三维显示技术由ARCGIS软件平台提供，并通过应用C++面向对象编程技术、Oracle关系型数据库技术、Geodatabase空间数据库管理技术以及针对网络分析的几何网络模型等，为城市地下综合管线管理提供二维、三维交互式操作体验，使地下管线能够直观、清晰地展现在使用者面前，从而有效提高地下管线的管理效率以及城市整体规划的效率。

2.3 数据层

按照数据类型，城市地下管线三维场景数据可划分成栅格数据、矢量数据2大类。其中，栅格数据主要包括DEM（数字高程模型）和DOM（文档对象模型），其中的三维模型数据包括地上建筑模型和地下管线模型；矢量数据主要是点、线、面类型的数据。三维场景数据的组织结构主要包括数据集、工作空间、要素类、记录行[2]。其中，要素类是数据组织的最小单位，在三维场景中，要素三维管线信息数据可以作为图层，按照数据组织结构进行可视化显示。

2.3.1 栅格数据结构

栅格数据结构的基础是格网模型或者栅格数据模型，其表达形式较为简单，主要通过相邻、连续、规则分布的栅格单元或像元表达空间对象。在城市地下管线测绘中，栅格数据主要来源于高分辨率航测影像、卫星影像以及数字产品，栅格数据通过加工后，可以作为城市管线的基础底图。

2.3.2 矢量数据结构

矢量数据结构是通过对实体坐标及其关系进行记录，精确表现点、线、多边形等地理实体，是一种数据组织方式，并以几何空间坐标为基础，记录取样点坐标，可以对任意位置、长度以及面积进行精确定义。这种数据组织方式具有数据精度高、数据存储的冗余度低、便于进行地理实体的网络分析等优点，能较好地模拟地理实体的空间分布特征。城市管线中的矢量数据主要由管线特征点、管线地面井位与管线线位等数据组成，其中管线的关节节点为井位与管线特征点，通过关节节点之间的链接，可以表示管线线位，通过实测管线埋深与关节节点空间坐标，确定管线线位空间位置，并以矢量线数据表示。