基于Skyline的城市地下三维管线系统的设计与实现★

丁翔 鲁玉芬 高扬

(1.芜湖职业技术学院，安徽芜湖 241002; 2.芜湖市勘察测绘设计研究院有限责任公司，安徽芜湖 241000)

作为城市重要基础设施之一的地下管线，担负着信息传递、能源输送的重要使命。在城市建设过程中，由于对管线走向不明进行的盲目开挖现象，致使管道破坏为社会带来较大的经济损失。因此，提高管线的立体感和逼真感，为政府高效办公、应对紧急事故、城市可持续发展提供辅助决策功能，最大效率地利用管线数据为城市建设服务［1-6］。Skyline是一套优秀的三维地理信息系统平台软件，基于此，本文选择Skyline作为三维管线系统开发的基础平台，采用安徽省芜湖市南陵县真实数据建立了南陵县地下管线三维信息管理系统原型系统，实现三维管线的可视化展示与分析。

1 系统设计

根据“分头建设、分头维护、统一标准、集中管理、动态更新、共享成果”的原则，采用如图1所示的解决方案。此解决方案具备的优势及特点为:成熟稳定，有多个成功案例;数据适应性好，可具有实现当前最先进的管线数据标准要求;与南陵当前的管线数据库完全兼容，整合简单，且原系统可作为更新工具使用，保护了以往的投入。

图1 系统整体方案框架图

综合地下管线三维信息系统将采用多层体系架构模式，系统设计采用COM和SOA架构思想，以通用性、稳定性为主导，进行分层设计和开发，横向以功能类别为导向，纵向以服务内容为导向，逐级设计，逐步细化各组件的颗粒度。整个系统架构从逻辑上分为基础设施层、数据层、系统支撑层和应用层来组织。

基础设施层是三维地下管线综合管理信息系统的软硬件设施基础，用来提供系统网络、服务器、安全以及输入/输出设施等。保证数据的安全存储、高效管理和快速运输。

数据层是系统的核心。由南陵县地理信息数据、地下管线数据以及三维建筑物模型数据等组成。该层可根据不同的权限配置访问不同数据，实现二级应用单位以及领导部门、其他政府部门数据访问与共享的需要。

系统底层支撑层是整个系统所依赖的三维地理信息平台和涉及到的其他相关技术系统。智行者地理信息公共开发平台是实现整个应用的基础和框架。

服务支撑层实现各种二维和三维地理信息资源的统一管理、整合、交换和共享，建立跨地区、跨部门的“一站式”协同服务体系，为南陵政府、企业、公众提供网络化地下管线地理信息服务。

应用层包括南陵三维地下管线综合管理信息系统，提供南陵三维地上建筑物模型和地下管线数据的浏览、展示、查询与分析，以及这些三维数据的发布，供其他委办局、专业管线公司和公众的管线应用调用。

本系统数据库设计的核心模块是数据库的建设，项目建设过程中，将对采集数据进行处理，选择有效的数据，进行加工与处理。基于数据管理的维护性、共享性以及可查询性等角度出发，本项目的三维地理空间数据采用集中存储的方式。

2 系统功能实现

2.1 地下管线数据的建模

3D模型数据处理是三维展示数据整合部分。主要是针对3D模型的格式转换。此次南陵三维模型建立是以3DMax工具进行建模，提供文件为.3ds文件。对于系统没有提供对于.3ds文件的批量导入，并且提供的大批量模型展示方式为以点文件加模型的展示方式。数据处理的功能就是为了将大批量的三维模型直接生成系统可以读取的文件的格式，并方便今后对于批量三维模型的扩展。

根据需求建立二维管线驱动三维管线的模板，将二维管线数据批量处理，生成符合自动三维管线建模的shp文件，并要求节点数据并与对应节点3D模型自动关联，实现三维管线自动建模。

2.2 原型系统分析功能

借助三维综合管线系统对南陵地下管线综合信息数据的集中统一管理与服务，实现南陵县地下综合管线的开发利用情况，并借助空间分析功能，为城市未来的建设规划提供全面、高质量的服务。分析功能是系统的重要功能之一，主要有净距分析、碰撞分析、覆土分析、断面分析等功能。本文选取南陵县实际采集水平净距为例，检查一条管段在水平方向上和周围其他管段最小距离是否满足水平净距标准，显示不符合标准的管段，操作方法为:点击［水平净距］按钮，左侧展开水平净距页签;点击［选择管线］按钮，在地图上选择一条管线，被选中管线变为红色;输入最小净距，点击［开始分析］按钮，进行分析，结果会在下面列表中显示，地图窗口中也会在范围内的管线中标出与选中管线的距离;双击一条记录可在地图窗口中进行定位;查询结果中不符合标准的会显示为红色;点击［导出］按钮，可将记录导出保存成excel格式。

结合Skyline三维地理信息平台，实现了南陵县不符合标准的管段显示，同理，可以实现碰撞分析、覆土分析、断面分析、追踪分析、连通分析、爆管分析等功能。

3 结语

以南陵县采集的真实数据为依托，借助Skyline三维地理信息平台，对南陵县地下三维综合管线管理系统进行了初步设计，实现了三维地下管线管理和分析功能，对地下管线三维管理平台建设做出了有益的探索和尝试。今后将大力推广地下三维管线系统的应用，将管线应用与地下空间数据结合起来，建立三维城市地下空间系统，辅助城市的上层建筑建设，为建设“数字城市”提供强有力的支持。