淺談三維管線管理系統(tǒng)的發(fā)展

郭 猛張 衛(wèi)李 娜 曹洪志

（1.山東省城鄉(xiāng)建設(shè)勘察設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250031；2.安徽理工大學(xué)地區(qū)與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001；3.正元地理信息有限責(zé)任公司浙江分公司，浙江 德清 313200；4.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)安居煤礦，山東 濟(jì)寧 272000）

0 引言

地下管網(wǎng)是城市的基礎(chǔ)動(dòng)脈，與百姓生活息息相關(guān),有著傳輸信息、輸送能量、排污給水、暖氣輸送、氣體輸送、電纜等功能。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的地下管網(wǎng)越來越繁雜，在城市的整個(gè)地下縱橫交錯(cuò)，通向四面八方[1-2]。建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，使用功能日趨復(fù)雜，地下空間開發(fā)利用越來越受到各方的看重，城市地下管網(wǎng)的規(guī)劃已成為城市規(guī)劃管理中非常重要的組成部分。

城市建設(shè)過程中，常因地下管網(wǎng)未統(tǒng)一布局、規(guī)劃和管理，出現(xiàn)破壞地下管線的嚴(yán)重事故，造成慘重經(jīng)濟(jì)損失甚至威脅著居民生活的安全，甚至制約城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3]。我國(guó)大部分城市的地下管線鋪埋情況復(fù)雜、資料雜亂不清，地下管線管理不盡人意，造成了許多設(shè)計(jì)上的失誤和施工事故，造成了極大損失浪費(fèi)。尤其是近年來，舊城換新顏，新建、改建、擴(kuò)建道路使得管網(wǎng)發(fā)生了巨大的變化，舊的數(shù)據(jù)不能如實(shí)反映城市管線情況[4]。對(duì)于地下管線信息的管理查詢分析越來越重要，而現(xiàn)在許多管線信息管理系統(tǒng)仍然是C/S結(jié)構(gòu)，沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布空間信息功能、網(wǎng)絡(luò)共享、軟件升級(jí)和數(shù)據(jù)維護(hù)麻煩[5]。在地下管線管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)三維顯示的也很少，不能在三維場(chǎng)景中直觀管理和操作管線。

地理信息系統(tǒng)已經(jīng)成為IT重要組成部分，GIS系統(tǒng)專業(yè)開發(fā)工具也飛速發(fā)展，出現(xiàn)了大量GIS系統(tǒng)專業(yè)開發(fā)工具Arc/Info，MapINFO等。GIS以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)現(xiàn)地下管線空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系一體化管理的必要手段。WebGIS的出現(xiàn)更是給地下管線的管理帶來了新的變革，基于WebGIS的地下管線信息管理系統(tǒng)比桌面軟件有很大優(yōu)勢(shì)。ARCGIS Server的應(yīng)用給我們開辟了網(wǎng)絡(luò)管理地下管線信息的有效途徑。OpenGL的發(fā)展、ActiveX控件在網(wǎng)絡(luò)編程中的普遍使用也為我們?cè)诰W(wǎng)頁上實(shí)現(xiàn)管線三維提供了可能[6]。

1 3DGIS的發(fā)展

GIS技術(shù)以及三維信息獲取技術(shù)的發(fā)展，使得3DGIS研究成為當(dāng)今研究一個(gè)熱點(diǎn)[7]。3DGIS是基于三維空間坐標(biāo)的研究，需要對(duì)三維對(duì)象及其相關(guān)信息進(jìn)行建模、表示、管理、操作、分析和決策[8]。但由于三維空間數(shù)據(jù)量大、三維空間具有復(fù)雜的空間拓?fù)潢P(guān)系，且二維平面顯示三維空間數(shù)據(jù)具有一定的局限性等問題，研究熱點(diǎn)主要集中在三維空間數(shù)據(jù)模型、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和可視化技術(shù)的研究上[2]。

三維空間數(shù)據(jù)模型研究三維空間實(shí)體及其相互關(guān)系，研究其描述方法、三維數(shù)字景觀模型構(gòu)建、球面空間數(shù)據(jù)模型等，為發(fā)展三維地理信息系統(tǒng)和應(yīng)用提供思路和方法[3]。

虛擬現(xiàn)實(shí)是采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高新技術(shù)，生成一種逼真的視、聽觸覺為一體的迷你交互環(huán)境，用戶通過某種設(shè)備與虛擬環(huán)境中對(duì)象交互作用、相互影響，產(chǎn)生體驗(yàn)[9]。

三維可視化是將抽象符號(hào)轉(zhuǎn)化為幾何圖形的計(jì)算方法，以便研究者能夠觀察其模擬和計(jì)算的過程和結(jié)果，其基本思想是由三維空間到二維平面的變換。3DGIS的可視化主要是對(duì)地形（如數(shù)字高程模型）和數(shù)字城市的三維圖形的顯示技術(shù)[4]。

2 WebGIS的發(fā)展

WebGIS是一種利用Intranet/Internet技術(shù)、采用Http協(xié)議、在Intranet/Internet環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的分布式獲取、顯示、存儲(chǔ)、處理、查詢分析和輸出的地理信息系統(tǒng)，是現(xiàn)代GIS的發(fā)展方向[9]。

第二代互聯(lián)網(wǎng)(NGI)來源于高性能計(jì)算和通信倡議，集中力量要解決的問題是提高網(wǎng)上信息傳輸速率，預(yù)計(jì)將高達(dá)650兆比特，是目前因特網(wǎng)主干網(wǎng)傳輸速率的十幾倍，能夠更好地管理網(wǎng)上的信息流，避免網(wǎng)上阻塞現(xiàn)象[10]，WebGIS利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)乃俣纫矊⒋蟠筇岣?，也?huì)更好地推動(dòng)WebGIS的發(fā)展和應(yīng)用[5]。

3 管線管理系統(tǒng)的發(fā)展

國(guó)外地下管線管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用方面起步早、經(jīng)驗(yàn)豐富。美國(guó)洛杉磯的一個(gè)污水管道檢修項(xiàng)目中，市政工程局通過閉路電視來探測(cè)管線主干排污管，利用ARC/INFO軟件并結(jié)合管道系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫來確定最有可能損壞的管道，根據(jù)軟件分析結(jié)果制定管道檢修計(jì)劃[6]。新加坡利用GIS技術(shù)建立了地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)，能夠提供電力設(shè)施部門所需的電線追蹤及其它分析功能。美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家的石油公司也都建立了石油管道管理系統(tǒng)[11]。

我國(guó)城市地下管線的管理和研究工作總體還相當(dāng)落后，但國(guó)家信息化建設(shè)正在逐步深入，數(shù)字化、智能化城市正在建設(shè)，城市管線管理必將走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、三維化。各城市管線管理系統(tǒng)的建立過程中，均對(duì)信息系統(tǒng)的建立模式、功能模塊等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了多方面的設(shè)計(jì)和研究[12]，基于GIS的管線管理系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)已日臻成熟。

4 存在不足和發(fā)展趨勢(shì)

城市地下管線管理系統(tǒng)在平面圖形管線管理技術(shù)方面已比較成熟，功能較完善，但在地下管線的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)以及三維立體化方面的研究還有不足，技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后。

4.1 WebGIS功能實(shí)現(xiàn)的不足

很多網(wǎng)絡(luò)版地下管線信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的顯示、管線的查詢統(tǒng)計(jì)等簡(jiǎn)單的功能，但對(duì)于GIS分析功能及城市規(guī)劃中的某些應(yīng)用還沒有實(shí)現(xiàn)，如管線分層管理、距離丈量、斷面分析，管線凈距分析、管線爆管分析、覆土深度、拆遷范圍分析等。

4.2 網(wǎng)絡(luò)上管線三維顯示的不足

目前很多地下管線管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了C/S模式下的管線三維場(chǎng)景演示或?qū)崿F(xiàn)了管線信息的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)顯示，能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)管線三維的研究還較少，如何在OpenGL中實(shí)現(xiàn)管線、地形的三維顯示，以及在三維環(huán)境中實(shí)現(xiàn)信息查詢、漫游等功能，并將實(shí)現(xiàn)的三維功能搬到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是本課題需要解決的問題。

現(xiàn)今許多管線管理系統(tǒng)雖然已經(jīng)在二維管線管理方面做得非常完善，但在網(wǎng)絡(luò)及三維技術(shù)飛速發(fā)展的今天，仍然無法滿足城市規(guī)劃對(duì)管線網(wǎng)絡(luò)管理及管線三維直觀顯示的需求。構(gòu)建基于WebGIS的三維管線管理信息系統(tǒng)是對(duì)GIS行業(yè)的一個(gè)挑戰(zhàn)，也是管線管理發(fā)展的一個(gè)機(jī)遇。WebGIS及三維管線管理的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用將是未來城市管線管理系統(tǒng)的研究方向。

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