Cesium三维场景支撑下的南水北调地下管线应用

孟晓宇 张 恒（河南省水利勘测有限公司）

0 引言

南水北调受水区供水配套工程是总干渠沿线分水口门到各城市水厂之间的输水工程，担负着承上启下的输水任务，其安全运行与管理是城市供水的直接保障。因此，配套工程地下管线信息的即时获取和科学高效的管理受到社会持续关注。配套工程地下管线信息化是充分利用地理信息技术，采集、管理、更新、维护地下管线数据，开发利用地下管线信息资源，促进地下管线信息交流与资源共享，并推动地下管线信息在城市运维中发挥重要作用的过程，它是推动城市现代化建设与管理的重要技术手段之一。

论文利用濮阳段配套管线数据批量生成三维模型，并通过二次开发及算法来实现在WEB平台上的三维可视化应用。

1 概况与前期准备

濮阳市南水北调配套工程输水线路全长约41 km，年分配水量1.19 亿m3。濮阳35 号三里屯分水口共计3 条输水线路，分别向濮阳市区、清丰县的2 座水厂及濮南引黄调节池供水。该输水线路上分有1 条主管线和2 条支线，且存在着不同种类的阀井阀件，因其管线埋于地下，有的管线段还涉及穿越，管径大小、坡度均有差别。那么对于建设单位而言，想要精确的掌握空间分布，了解某区域内的具体要素信息并非易事。

当然，利用现代信息技术，融合二三维一体化的GIS平台，将已经完成的竣工数据、设计文件以及实测数据进行充分的整理，提取有效信息，通过4VQFS. BQ等平台进一步的处理，制作并叠加覆盖全区域的管点要素、线要素、阀井要素等专题图层，绘制配套工程“一张图”，可以为二三维一体化的GIS平台提供充足的数据支持。

2 数据处理

图1 处理流程图

最终，将包含空间信息的点要素、线要素的专题图层以及地形图层等三维场景打包生成s3m 的缓存数据，登录服务端iServer 将其发布成三维服务，数据集名称为Result，三维数据类型为OSGB。同时将缓冲区面等发布成数据服务，以便在Web应用中调用。

3 关键技术及应用

3.1 二维地图平台实现

目前二维地图制图的相关功能较为成熟，主流商业软件均能较好实现，对数据并无特殊要求。在ArcGIS 桌面软件制作地图的流程为:根据规程要求定制相应二维符号库，将管网、点数据添加到地图中，对不同图层生成相应专题图并发布服务叠加到二三维一体化GIS平台中。为了保证数据的统一性，本文统一将图层坐标系设置为WGS84坐标系。

3.2 三维场景可视化

FTJVN 是基于+BWB4DSJQU编写的使用WebGL的地图引擎，在B/S 框架下可以支持绝大多数的浏览器展示3D 效果，基于 FTJVN 并配合已有的API二次开发，实现在三维场景下动态地理空间数据的可视化［10］，实现沿管线走向的模拟开挖，关键构件的数据提取等应用。首先在B 端创建标签元素用来作为三维地球的容器，初始化 FTJVN7 JFXFS实例，通过关键代码叠加不同的图层服务。

上述公式中：sLi（），dLi（）仅代表实现方法的函数，v 代表初始化视图WJFX，①式表示加载的三维切片服务，sui代表多个url 服务的数组，另外一个参数代表命名服务名称的键值对。②式代表通过url 形式的服务加载地形，③式则表示直接调用在平台上发布的接口并返回json格式的数据服务。

叠加完图层服务之后，开始创建相机视角，将三维场景飞行到濮阳配套工程管线区域上，同时将坐标转换为笛卡尔分量后定位该区域，因三维管线采用绝对高度，处于地形之下，将地形隐藏之后，即可直观的看到三维地下管线的展示效果，如图2所示：

而要想实现对地下管线的走向或查询要素，要对地形进行模拟开挖，利用数据处理结果中的缓冲区面来对管线上部的带状地形沿线开挖，具体算法如下所示：

上述获取数据接口的函数中得到缓冲区坐标点串，记为QPJOU-JTU，并且在④式中QPJOUT代表含有x，y坐标分量的空间对象。通过⑤式循环将转换后的空间点位置依次入栈。最终通过调用API方法查询完成的地形切面并完成开挖。

三维量测的功能可以对带有高程的三维地下管线进行距离、高程以及面积量测。

图2 三维地下管线图

其关键技术的解决与优化可以对传统二维地下管网管理系统进行提升，利用三维GIS 可视化技术，将地下管网以一定比例的三维模型形式直观、真实地表现出来，用科学的手段使得城市地下管网的管理工作变得简单易行，解决了人工管理效率低下以及二维系统表现力不强的缺陷。

4 总结

文章构建了配套工程地下管线空间数据模型，利用空间数据库引擎技术基于4VQFS. BQ中实现了地下管线数据三维建模，提供了二三维一体化GIS 平台的数据基础，基于 FTJVN+T技术及4VQFS. BQ3D API 实现了配套工程地下管线的三维可视化，并实现了三维空间查询、量测、漫游以及开挖分析功能。本文尚处于研究阶段，一方面对地下管线三维数据的挖掘与研究应用还不够全面，这将是接下来平台研究的重点；另一方面配套工程地下管线专题数据还不够完整，仅仅初步实现了濮阳地区的地下管线三维可视化，要结合前期的实践，进一步研究实现整个中线配套工程的三维可视化；最后为了增强整个配套工程地下管线的三维可视化效果，不仅需要地下管线的专题数据，还应该结合基础地图数据，包括地面上的配套建筑物模型、道路模型以及高精度的地形数据。