可擴展的三維地下管線平臺研制進展

◎ 廈門精圖信息技術(shù)股份有限公司業(yè)務支持中心總經(jīng)理 徐敬仙

一、概述

2011年精圖信息申報國家工信部電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金項目，其目標是面向城市管網(wǎng)（比如燃氣、自來水管網(wǎng)）的管理，定位作為引擎，并面向產(chǎn)業(yè)化服務，能適用于將來的技術(shù)推廣。平臺支持大數(shù)據(jù)量、大場景瀏覽、查詢、分析，集成數(shù)據(jù)采集、三維數(shù)據(jù)模型、模型展示、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，注重功能實用性，并在日常管理之上，設有預警、應急處置方案、模擬演練疏散方案等功能。

1、管網(wǎng)信息化GIS應用的現(xiàn)狀：多數(shù)大中城市已經(jīng)建設或者正在準備建設二維管網(wǎng)信息系統(tǒng)，一般是基于GIS基礎平臺二次開發(fā)，包括大比例尺地形圖數(shù)據(jù)作為基礎空間數(shù)據(jù)來源基礎，利用管線探測成果，導入生成管網(wǎng)數(shù)據(jù)，以矢量數(shù)據(jù)表達基礎地形和管網(wǎng)專題。

現(xiàn)有二維管網(wǎng)GIS存在以下短板：多類信息難以表達，垂直管道、管線共同溝、多孔管道等表達不清晰，井與設備的空間關系難以描述，一井多蓋以及地下構(gòu)筑物都難以表達，為什么呢？因為，平面地形符號表達真實世界存在著客體體量、方位、立體視覺信息等盲區(qū)或丟失問題，所以，三維方式才能更真實反應其空間位置之間的關系。

2、三維管線平臺概述：三維管線平臺，滿足管線設施的空間化、網(wǎng)格化、智能化和可視化，以此為基礎，可進一步實現(xiàn)管網(wǎng)設計、管網(wǎng)運行、管網(wǎng)維修、管網(wǎng)分析、管網(wǎng)決策、自動化科學；集成地下構(gòu)筑物、樁基、地質(zhì)信息等全面的地下空間信息，成為政府決策、城市規(guī)劃、建設和管理的輔助工具。

二、總體設計

在系統(tǒng)架構(gòu)方面：基于面向服務框架設計，實現(xiàn)一站式服務管理，形成了空間數(shù)據(jù)共享和互操作機制，實現(xiàn)了分布式環(huán)境下數(shù)據(jù)、功能與應用的服務；系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設計，C/S+B/S模式混合三層體系結(jié)構(gòu)；三維數(shù)據(jù)組織管理方法設計，對三維數(shù)據(jù)的分層、分塊和LOD模型組織，實現(xiàn)軟件開放性設計。系統(tǒng)由下至上共五層，以網(wǎng)絡、軟件硬件為基礎設施，以數(shù)據(jù)和中間件應用為支撐，在業(yè)務系統(tǒng)上搭建管線綜合管理子系統(tǒng)和網(wǎng)上發(fā)布子系統(tǒng)，通過子系統(tǒng)可以實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理。

在技術(shù)方法方面，包括海量空間與非空間數(shù)據(jù)一體化，還有二維三維數(shù)據(jù)一體化管理等技術(shù)，海量管線數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合管理；三維管線快速自動建模技術(shù)，由管線探測成果表自動生成三維管線圖，并快速顯示；數(shù)據(jù)庫版本控制技術(shù)，可避免多用戶同時操作的沖突，并對歷史數(shù)據(jù)進行管理；數(shù)據(jù)監(jiān)理查錯技術(shù)，較好地處理管線之間橫向和縱向的關系，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量；多尺度三維地圖顯示技術(shù)，實現(xiàn)清晰的顯示效果，三維場景的動態(tài)模擬。

在數(shù)據(jù)存儲方面，采用集中式存儲的方式，以Oracle、SQLServer等主流數(shù)據(jù)庫管理軟件作為數(shù)據(jù)庫基礎平臺，采用ESRI的ArcSDE和KingMap平臺作為空間數(shù)據(jù)引擎，二維數(shù)據(jù)庫可以控制AreSDE驅(qū)動。

在數(shù)據(jù)處理方面，對地下管線數(shù)據(jù)進行檢查、處理、入庫，形成統(tǒng)一格式、統(tǒng)一空間參照、樣式、圖例。數(shù)據(jù)入庫過程，主要是把管線二維基礎平臺工具將經(jīng)過處理的管線成果數(shù)據(jù)和基礎地形數(shù)據(jù)導入到Oracle數(shù)據(jù)庫中，包括幾個主要步驟：一個是建立數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)檢查，建立網(wǎng)絡拓撲、注冊版本。在數(shù)據(jù)入庫之后，將數(shù)據(jù)驅(qū)動符號化，將空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)為符號，從抽象二維點線符號，表達為接近客觀世界的三維符號，三維符號種類繁多，數(shù)據(jù)驅(qū)動，基于數(shù)據(jù)表格自動生成，尺寸、連接、空間關系自動處理，現(xiàn)有探測規(guī)程滿足絕大部分需要，但在一井多蓋、管廊、構(gòu)筑物等數(shù)據(jù)表示方面待完善，連接點處三維符號顯示效果可手工改善。

三、功能介紹

基本功能：首先三維管線自動生成，在調(diào)整顯示效果方面，處理地面、建筑、地下的顯示層級與主次關系。

數(shù)據(jù)管理：三維管線數(shù)據(jù)編輯、監(jiān)理檢查、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)庫更新。

查詢統(tǒng)計：按屬性條件查詢、按道路查詢等查詢統(tǒng)計功能，在顯示效果上，讓建筑物和地表都處于突出顯示管線狀態(tài)。

空間分析：水平凈距和垂直凈距；通視分析，開掘分析，淹沒分析，橫斷面分析，和二維系統(tǒng)橫斷面分析很相似，縱斷面分析。

平臺的擴展性方面，可實現(xiàn)地下構(gòu)筑物信息管理，創(chuàng)建三維構(gòu)筑物信息查詢，常見的是三下三維停車場的場景，還有地下構(gòu)筑物三維軸側(cè)圖查詢，甚至三維相鄰分析，三維立體間距分析，在線模擬應用，可對地下商場、地下停車場、地鐵等進行室內(nèi)、室外瀏覽，地下建筑物設施進行查詢，模擬人或車在地下建筑物中行走，加載設計的地下建筑物模型分析是否與周邊建筑物管線發(fā)生碰撞。

體系結(jié)構(gòu)圖

平臺特點：

特點1：無論是否具有二維管線系統(tǒng)基礎，均可方便地實現(xiàn)從二維到三維的建設，原來有二維管線GIS應用系統(tǒng)，可以快速借助二維ArcSDE引擎整理數(shù)據(jù)入庫，尚未未建立二維管線系統(tǒng)，平臺提供自帶引擎，無需單獨購買平臺，可以實現(xiàn)二三維系統(tǒng)同步建設；

特點2：現(xiàn)有的很多三維GIS不是基于數(shù)據(jù)庫的，本三維管線平臺基于數(shù)據(jù)庫設計，并與原有二維管線基礎數(shù)據(jù)關聯(lián)，程序驅(qū)動三維顯示，三維模型單獨存儲。

四、下一步探索

第一，強化地下顯示效果，強化泥土效果，地下環(huán)境真實感還原。

第二，三維數(shù)據(jù)動態(tài)更新，支持三維數(shù)據(jù)編輯更新。

第三，支持應用領域業(yè)務化，假設地鐵50米緩沖的安保區(qū)、沿線管線、地鐵本體，在需要三維顯示時候能夠跟地鐵修建、日常管理、未來業(yè)務即時關聯(lián)起來。