淺談城市三維地下管線數(shù)據(jù)建庫(kù)建模

陳 勇，王明洋，張 云，李 勝，應(yīng)國(guó)偉

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局地下管線勘測(cè)工程院，四川成都610050)

三維地下管線是“數(shù)字城市”不可或缺的部分，三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)是“數(shù)字城市”建設(shè)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為建立高標(biāo)準(zhǔn)、高精度的三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)，從管線探測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、三維模型制作到數(shù)據(jù)入庫(kù)，必須嚴(yán)格按照《城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)程規(guī)定進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)緊密結(jié)合三維管線的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致、科學(xué)、全面的技術(shù)改進(jìn)，革新傳統(tǒng)地下管線數(shù)據(jù)建庫(kù)工藝，準(zhǔn)確、完整、科學(xué)地記錄地下管線及其附屬設(shè)施的三維地理信息、三維構(gòu)造、管線走向變化和其他相關(guān)屬性信息，為三維管線的精確表達(dá)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

一、國(guó)內(nèi)三維地下管線的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有成型的三維管線數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有成型的三維管線數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)的三維地下管線數(shù)據(jù)獲取方法可主要分為兩類(lèi):①直接將以前的二維管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成三維管線數(shù)據(jù);②采用新的方法進(jìn)行管線數(shù)據(jù)采集和建庫(kù)。

對(duì)于第1種方法，由于傳統(tǒng)的二維管線數(shù)據(jù)在管點(diǎn)采集密度上達(dá)不到三維管線的要求，且缺少管線附屬物相關(guān)信息，無(wú)法正確記錄和表達(dá)管線及其附屬物的三維空間信息和相對(duì)位置信息，是不可取的三維管線數(shù)據(jù)采集辦法。

對(duì)于第2種辦法，很多作業(yè)員在數(shù)據(jù)探測(cè)或采集時(shí)不清楚設(shè)置管點(diǎn)的重要位置和關(guān)鍵位置，也無(wú)法正確把握管點(diǎn)設(shè)置的密度，會(huì)導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)無(wú)法表達(dá)三維管線的某些關(guān)鍵的走向變化;有的項(xiàng)目設(shè)計(jì)者不清楚要采集管線附屬物的哪些信息，導(dǎo)致最后的管線附屬物呈假三維形態(tài)，脫離了三維管線建設(shè)的目標(biāo)。

管線數(shù)據(jù)采集手法不科學(xué)、管線附屬設(shè)施信息采集不完備是當(dāng)前國(guó)內(nèi)三維管線建設(shè)項(xiàng)目存在的普遍問(wèn)題。

二、三維地下管線的數(shù)據(jù)采集

為建立全面、準(zhǔn)確的三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)，必須做好三維地下管線數(shù)據(jù)采集工作，嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，全面采集三維管線及其附屬物的相關(guān)信息。

地下管線的走向不是一條直線，在平面上有走向變化，同時(shí)在垂直面上也有走向變化。在進(jìn)行三維管線數(shù)據(jù)采集時(shí)，必須科學(xué)設(shè)置管點(diǎn)采集密度才能保證正確記錄管線在平面上的走向變化，必須對(duì)同一垂直面(近似垂直面)上的管段采集兩個(gè)(大于兩個(gè))管點(diǎn)才能保證正確記錄管線在垂直面上的走向變化，確保不會(huì)出現(xiàn)漏走向、漏管段的現(xiàn)象。

為全面建立三維地下管網(wǎng)系統(tǒng)，管線附屬物及建(構(gòu))筑物的三維化是不可缺少的部分。在進(jìn)行管線信息采集時(shí)，必須對(duì)管線附屬物及建(構(gòu))筑物的三維空間信息及材質(zhì)、尺寸等信息進(jìn)行全面采集。

三維地下管線數(shù)據(jù)采集要點(diǎn):

1)管線數(shù)據(jù)采集時(shí)，采取連續(xù)追蹤方式進(jìn)行，并適當(dāng)加密直線段上的管線點(diǎn)，確保管線走向正確。

2)管線相對(duì)于地面垂直(近似垂直)時(shí)，需設(shè)置兩個(gè)管線點(diǎn)，埋深分別取最高和最低處的埋深，確保完整、準(zhǔn)確記錄關(guān)鍵管段走向。

3)針對(duì)管線附屬物和建(構(gòu))筑物，除采集其空間位置信息外，還應(yīng)采集其材質(zhì)、井深、直徑或長(zhǎng)寬等信息。

4)外形和結(jié)構(gòu)相同，但大小不同的附屬物或建(構(gòu))筑物屬同一類(lèi)，同一類(lèi)的附屬物或建(構(gòu))筑物的照片信息只采集一次，材質(zhì)和尺寸信息必須每次都要采集。

三、三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)組織

表達(dá)三維地下管線需要兩類(lèi)數(shù)據(jù)，即屬性信息數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)，故三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)包括兩類(lèi)庫(kù):管線數(shù)據(jù)庫(kù)和模型文件庫(kù)。

三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖1所示，三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)總庫(kù)由“管線數(shù)據(jù)庫(kù)”和“模型文件庫(kù)”兩個(gè)子庫(kù)構(gòu)成。“管線數(shù)據(jù)庫(kù)”按管線類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，如給水、污水、供電、燃?xì)獾龋款?lèi)管線數(shù)據(jù)庫(kù)下存儲(chǔ)“管線”和“管點(diǎn)”數(shù)據(jù)表，“管線”和“管點(diǎn)”數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)有模型標(biāo)識(shí)信息、地理信息、尺寸信息及其他相關(guān)信息?！澳Ｐ臀募?kù)”下有“管道模型”、“管件模型”和“附屬物模型”3個(gè)子模型文件庫(kù)，每種子模型文件庫(kù)中的模型都是唯一的，此處“唯一”由結(jié)構(gòu)、形狀、顏色確定。

圖1 三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)組織示意圖

四、三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)

1.建庫(kù)原則

三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)嚴(yán)格執(zhí)行以下原則:科學(xué)、完整、通用、先進(jìn)。

只有建立科學(xué)、完整的數(shù)據(jù)庫(kù)才能有效表達(dá)三維管線;只有通用性良好的數(shù)據(jù)庫(kù)才能普遍適用于當(dāng)前不同形式的管線數(shù)據(jù);只有先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)才能應(yīng)用于未來(lái)可變的管線數(shù)據(jù)形式。

三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)的組織嚴(yán)格按照?qǐng)D1所示進(jìn)行，建立一個(gè)三維地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)總庫(kù)，總庫(kù)下面建立管線數(shù)據(jù)庫(kù)和模型文件庫(kù)兩個(gè)子庫(kù)。

2.管線數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)

為保證管線數(shù)據(jù)的通用性和易用性，管線數(shù)據(jù)庫(kù)宜采用Microsoft Access 2000及以上版本，數(shù)據(jù)庫(kù)格式為MDB格式。管線數(shù)據(jù)庫(kù)下按管線種類(lèi)分別建管線數(shù)據(jù)表和管點(diǎn)數(shù)據(jù)表。

(1)管線數(shù)據(jù)表

為準(zhǔn)確表達(dá)管線的三維構(gòu)造和走向，管線數(shù)據(jù)表必須具備如表1所示的字段及信息。根據(jù)實(shí)際需要，管線數(shù)據(jù)表一般還包括權(quán)屬單位、材質(zhì)、道路名稱(chēng)、錄入日期、電壓、壓力、流向、建設(shè)年代、是否廢棄等字段及信息。

表1 管線數(shù)據(jù)表必備字段

(2)管點(diǎn)數(shù)據(jù)表

為配合管線數(shù)據(jù)表準(zhǔn)確表達(dá)三維管線，且完整記錄和表達(dá)三維附屬物，管點(diǎn)數(shù)據(jù)表必須具備如表2所示的字段及信息。根據(jù)實(shí)際需要，管點(diǎn)數(shù)據(jù)表一般還包括道路名稱(chēng)、信號(hào)源等字段及信息。

表2 管點(diǎn)數(shù)據(jù)表必備字段

3.模型文件庫(kù)建庫(kù)

模型文件庫(kù)下分別建立管道模型文件庫(kù)、管件模型文件庫(kù)和附屬物模型文件庫(kù)3個(gè)模型文件子庫(kù)。采用通用的三維建模軟件進(jìn)行建模，存儲(chǔ)格式為通用三維展示平臺(tái)所支持的格式。

(1)管道模型文件庫(kù)

管道模型首先按照管線類(lèi)別進(jìn)行1級(jí)分類(lèi)，如給水管線;1級(jí)分類(lèi)下面根據(jù)管道斷面的形狀進(jìn)行2級(jí)分類(lèi)，包括圓形管道和矩形管道。進(jìn)行三維建模時(shí)，管線類(lèi)別相同的管道嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定給模型渲染正確的材質(zhì)和顏色。

(2)管件模型文件庫(kù)

管件模型首先按照管線類(lèi)別進(jìn)行1級(jí)分類(lèi)，如給水管件;1級(jí)分類(lèi)下面根據(jù)管件斷面的形狀進(jìn)行2級(jí)分類(lèi)，包括圓形管件和矩形管件。進(jìn)行三維建模時(shí)，管線類(lèi)別相同的管件嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定給模型渲染正確的材質(zhì)和顏色。

(3)附屬物模型文件庫(kù)

附屬物模型首先按照管線類(lèi)別進(jìn)行1級(jí)分類(lèi)，如電信附屬物;1級(jí)分類(lèi)下面按照附屬物類(lèi)別進(jìn)行2級(jí)分類(lèi)，如分為井、井脖、井室、消防栓、閥門(mén)、分線箱等;2級(jí)分類(lèi)下面根據(jù)形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行3級(jí)分類(lèi)，如圓形、方形;3級(jí)分類(lèi)下面根據(jù)材質(zhì)或顏色進(jìn)行4級(jí)分類(lèi)，對(duì)4級(jí)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行三維建模，如灰色的圓形電信井蓋。

四、結(jié)束語(yǔ)

為準(zhǔn)確、真實(shí)地表達(dá)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的三維形態(tài)，需要采用科學(xué)有效的數(shù)據(jù)采集方法和建庫(kù)方法，逐步形成完備、嚴(yán)密的三維地下管線數(shù)據(jù)建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)。

略)