二三维可视化城市管线管理系统
2021-12-27史高峰
史高峰
鞍山市城乡规划设计研究院有限公司 辽宁 鞍山 114001
引言
城市地下管线是城市重要的基础设施之一，城市地下管线的安全运行保障了城市有效和高质量的运行，是整个城市和社会发展所必须具有的重要物质基础[1]。城市地下管线大部分是以图纸资料为主要保存方法，由于图纸存在局限性，而且没有相关属性信息，从而造成地下管线数据不仅更新难度大，而且更新周期长，无疑会增加图纸数量，加大了管理难度。并且随着城市人口数量的集中化发展，城市新建小区和基础设施规划也逐渐增多，使得管线权属单位所管理的管线也逐渐增多，管线交叉事故频频发生。为此，建立了二三维可视化城市管线管理系统，采用数据库技术及软件编程二三维技术来实现城市地下管线数据的管理，以满足工程建设查找管线资料的需要，也可帮助管线权属单位更好的管理各类管线数据，从而使地下管线的管理步入科学化、规范化、信息化的轨道。
1 系统总体架构
二三维可视化城市管线管理系统采用SQL Server数据库技术、C#面向对象编程技术、空间数据库管理技术，ArcGIS API for Silverlight和Skyline平台提供二维和三维显示技术，针对网络分析的几何网络模型等，为综合管线管理提供二三维操作体验。系统客户端采用B/S架构模式，用户通过Internet浏览器进行管线数据的综合分析与显示，系统管理端采用C/S架构模式，用户通过专用客户端进行管线数据的添加与修改。
2 地上三维建筑模型构建技术
地上三维建筑模型利用Skyline Terra ExplorerPro加载shp地形数据文件生成。Skyline 软件是利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其它的2D或3D 信息源等创建的一个交互式环境[2]。地上建筑数据来源于1:500地形图中的属性数据，包括建筑层数、每层高度、建筑结构材质、周长与面积等信息。通过C#编程语言及Skyline COM接口读取shp文件，形成二维建筑结构图，通过设置建筑的每层高度以及贴图材质等信息，自动构建三维建筑模型。
3 地下管线三维模型构建技术
每根管线由起始管点和终止管点定义，包括管点的坐标、管线直径、管线材质、埋深、埋设方式、管线类型等信息。编程中使用ILayer61接口建立管线图层，根据管线数据库中起始管点和终止管点的坐标，利用IPosition61接口创建管线方向向量，并通过数据库中材质和管径信息创建三维管线。
4 二维管线管理子系统
二维管线管理系统主要包括“工具”、“图层”、“数据”、“工具条”、“鹰眼”、“二三维联动”等6部分。其中“工具条”部分能够实现常用的距离测量和面积测量等功能；“工具”部分能够实现路名查询和人口估算等功能；“图层”部分包括了所有与规划有关的数据图层，包括道路、总规、控规、管线等；“数据”部分能够实现万图、影像图等类型图库的显示；“二三维联动”部分能够实现不同数据图层之间的对比切换显示。
二维管线系统提供了管线规划设计必要的参考数据，通过二维管线数据、管井数据、影像数据、总规数据、水系数据和植被数据之间的对比显示，从而确定地下管线和管井在城市的空间位置，避免管线和管井数据与建筑物之间的相互矛盾和干扰，为工程管线规划、设计和管理提供依据。二维管线系统数据涵盖如下：坐标及高程数据、植被数据、道路规划数据、用地数据、道路红线数据、基础地形图数据、总规和修规数据。
5 三维管线管理子系统
三维可视化城市管线管理系统主要功能如下：
5.1 信息查询
地上建筑信息查询，包括地理坐标信息，建筑高度，占地面积，材质等信息。地下建筑信息查询，包括窨井的地理坐标，形状、材质、直径、高度；管线的形状、材质和直径。
5.2 地形挖洞
地形挖洞可以看到选定区域的窨井位置、管线类型、数量等信息，不仅可以在管线规划时明确现有管线所处空间方位，管线间的空间距离等信息，为管线规划提供必要手段。同时也可以防止道路施工时管线挖断事故的发生。
5.3 坡度分析
坡度和坡向是在城市管线规划设计中具有决定作用，传统方法是用人工方法计算区域坡度，但是此方法不仅效率低下，而且存在很大的误差。为此，利用Terra Explorer中的坡度分析模块，可以得到选定区域的坡度和坡向信息。
5.4 剖面分析
鼠标左键在三维场景中点击起始点位置，画一条用于坡面分析的线，左键确认第二点，右键结束。信息框中显示两点之间的空间距离、高程差和坡度信息，并弹出地形坡面信息框，图中显示由起始点到结束点之间的坡面一系列点的高程值，主采样点为白色竖线，次采样点为蓝色竖线。
6 系统研制意义
系统改变了利用图纸资料对管线数据进行管理的模式，采用数据库的管理方式进行管理，具有更高的效率。通过利用此系统，可以实现二维管线空间数据与属性数据的结合，代替传统图纸式的管理方式，方便资料查阅与数据统计。
二三维可视化城市管线管理系统可按照地下管线的数据结构和属性信息，建立满足城市建设需求的管线数据库，实现管线空间数据和属性数据的一体化存储与管理。
二三维可视化城市管线管理系统可对涉及地下空间工程的施工进行有效管理，并为施工提供相应区域的地下管线资料，从而减少管线事故发生。
利用本系统可以实现对地下管线的普查，摸清地下管线的现状信息，为今后对地下管线资产的管理提供数据支撑。
