基于Skyline的城市地下三維管線系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)★

丁翔 魯玉芬 高揚

(1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學院，安徽蕪湖 241002; 2.蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究院有限責任公司，安徽蕪湖 241000)

作為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施之一的地下管線，擔負著信息傳遞、能源輸送的重要使命。在城市建設(shè)過程中，由于對管線走向不明進行的盲目開挖現(xiàn)象，致使管道破壞為社會帶來較大的經(jīng)濟損失。因此，提高管線的立體感和逼真感，為政府高效辦公、應對緊急事故、城市可持續(xù)發(fā)展提供輔助決策功能，最大效率地利用管線數(shù)據(jù)為城市建設(shè)服務［1-6］。Skyline是一套優(yōu)秀的三維地理信息系統(tǒng)平臺軟件，基于此，本文選擇Skyline作為三維管線系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)平臺，采用安徽省蕪湖市南陵縣真實數(shù)據(jù)建立了南陵縣地下管線三維信息管理系統(tǒng)原型系統(tǒng)，實現(xiàn)三維管線的可視化展示與分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)“分頭建設(shè)、分頭維護、統(tǒng)一標準、集中管理、動態(tài)更新、共享成果”的原則，采用如圖1所示的解決方案。此解決方案具備的優(yōu)勢及特點為:成熟穩(wěn)定，有多個成功案例;數(shù)據(jù)適應性好，可具有實現(xiàn)當前最先進的管線數(shù)據(jù)標準要求;與南陵當前的管線數(shù)據(jù)庫完全兼容，整合簡單，且原系統(tǒng)可作為更新工具使用，保護了以往的投入。

圖1 系統(tǒng)整體方案框架圖

綜合地下管線三維信息系統(tǒng)將采用多層體系架構(gòu)模式，系統(tǒng)設(shè)計采用COM和SOA架構(gòu)思想，以通用性、穩(wěn)定性為主導，進行分層設(shè)計和開發(fā)，橫向以功能類別為導向，縱向以服務內(nèi)容為導向，逐級設(shè)計，逐步細化各組件的顆粒度。整個系統(tǒng)架構(gòu)從邏輯上分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、系統(tǒng)支撐層和應用層來組織。

基礎(chǔ)設(shè)施層是三維地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施基礎(chǔ)，用來提供系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、服務器、安全以及輸入/輸出設(shè)施等。保證數(shù)據(jù)的安全存儲、高效管理和快速運輸。

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的核心。由南陵縣地理信息數(shù)據(jù)、地下管線數(shù)據(jù)以及三維建筑物模型數(shù)據(jù)等組成。該層可根據(jù)不同的權(quán)限配置訪問不同數(shù)據(jù)，實現(xiàn)二級應用單位以及領(lǐng)導部門、其他政府部門數(shù)據(jù)訪問與共享的需要。

系統(tǒng)底層支撐層是整個系統(tǒng)所依賴的三維地理信息平臺和涉及到的其他相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)。智行者地理信息公共開發(fā)平臺是實現(xiàn)整個應用的基礎(chǔ)和框架。

服務支撐層實現(xiàn)各種二維和三維地理信息資源的統(tǒng)一管理、整合、交換和共享，建立跨地區(qū)、跨部門的“一站式”協(xié)同服務體系，為南陵政府、企業(yè)、公眾提供網(wǎng)絡(luò)化地下管線地理信息服務。

應用層包括南陵三維地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，提供南陵三維地上建筑物模型和地下管線數(shù)據(jù)的瀏覽、展示、查詢與分析，以及這些三維數(shù)據(jù)的發(fā)布，供其他委辦局、專業(yè)管線公司和公眾的管線應用調(diào)用。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心模塊是數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，項目建設(shè)過程中，將對采集數(shù)據(jù)進行處理，選擇有效的數(shù)據(jù)，進行加工與處理。基于數(shù)據(jù)管理的維護性、共享性以及可查詢性等角度出發(fā)，本項目的三維地理空間數(shù)據(jù)采用集中存儲的方式。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 地下管線數(shù)據(jù)的建模

3D模型數(shù)據(jù)處理是三維展示數(shù)據(jù)整合部分。主要是針對3D模型的格式轉(zhuǎn)換。此次南陵三維模型建立是以3DMax工具進行建模，提供文件為.3ds文件。對于系統(tǒng)沒有提供對于.3ds文件的批量導入，并且提供的大批量模型展示方式為以點文件加模型的展示方式。數(shù)據(jù)處理的功能就是為了將大批量的三維模型直接生成系統(tǒng)可以讀取的文件的格式，并方便今后對于批量三維模型的擴展。

根據(jù)需求建立二維管線驅(qū)動三維管線的模板，將二維管線數(shù)據(jù)批量處理，生成符合自動三維管線建模的shp文件，并要求節(jié)點數(shù)據(jù)并與對應節(jié)點3D模型自動關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)三維管線自動建模。

2.2 原型系統(tǒng)分析功能

借助三維綜合管線系統(tǒng)對南陵地下管線綜合信息數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理與服務，實現(xiàn)南陵縣地下綜合管線的開發(fā)利用情況，并借助空間分析功能，為城市未來的建設(shè)規(guī)劃提供全面、高質(zhì)量的服務。分析功能是系統(tǒng)的重要功能之一，主要有凈距分析、碰撞分析、覆土分析、斷面分析等功能。本文選取南陵縣實際采集水平凈距為例，檢查一條管段在水平方向上和周圍其他管段最小距離是否滿足水平凈距標準，顯示不符合標準的管段，操作方法為:點擊［水平凈距］按鈕，左側(cè)展開水平凈距頁簽;點擊［選擇管線］按鈕，在地圖上選擇一條管線，被選中管線變?yōu)榧t色;輸入最小凈距，點擊［開始分析］按鈕，進行分析，結(jié)果會在下面列表中顯示，地圖窗口中也會在范圍內(nèi)的管線中標出與選中管線的距離;雙擊一條記錄可在地圖窗口中進行定位;查詢結(jié)果中不符合標準的會顯示為紅色;點擊［導出］按鈕，可將記錄導出保存成excel格式。

結(jié)合Skyline三維地理信息平臺，實現(xiàn)了南陵縣不符合標準的管段顯示，同理，可以實現(xiàn)碰撞分析、覆土分析、斷面分析、追蹤分析、連通分析、爆管分析等功能。

3 結(jié)語

以南陵縣采集的真實數(shù)據(jù)為依托，借助Skyline三維地理信息平臺，對南陵縣地下三維綜合管線管理系統(tǒng)進行了初步設(shè)計，實現(xiàn)了三維地下管線管理和分析功能，對地下管線三維管理平臺建設(shè)做出了有益的探索和嘗試。今后將大力推廣地下三維管線系統(tǒng)的應用，將管線應用與地下空間數(shù)據(jù)結(jié)合起來，建立三維城市地下空間系統(tǒng)，輔助城市的上層建筑建設(shè)，為建設(shè)“數(shù)字城市”提供強有力的支持。