二三維可視化城市管線管理系統(tǒng)

史高峰

鞍山市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧 鞍山 114001

引言

城市地下管線是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，城市地下管線的安全運(yùn)行保障了城市有效和高質(zhì)量的運(yùn)行，是整個(gè)城市和社會(huì)發(fā)展所必須具有的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。城市地下管線大部分是以圖紙資料為主要保存方法，由于圖紙存在局限性，而且沒有相關(guān)屬性信息，從而造成地下管線數(shù)據(jù)不僅更新難度大，而且更新周期長，無疑會(huì)增加圖紙數(shù)量，加大了管理難度。并且隨著城市人口數(shù)量的集中化發(fā)展，城市新建小區(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃也逐漸增多，使得管線權(quán)屬單位所管理的管線也逐漸增多，管線交叉事故頻頻發(fā)生。為此，建立了二三維可視化城市管線管理系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)及軟件編程二三維技術(shù)來實(shí)現(xiàn)城市地下管線數(shù)據(jù)的管理，以滿足工程建設(shè)查找管線資料的需要，也可幫助管線權(quán)屬單位更好的管理各類管線數(shù)據(jù)，從而使地下管線的管理步入科學(xué)化、規(guī)范化、信息化的軌道。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

二三維可視化城市管線管理系統(tǒng)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)、C#面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、空間數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，ArcGIS API for Silverlight和Skyline平臺(tái)提供二維和三維顯示技術(shù)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析的幾何網(wǎng)絡(luò)模型等，為綜合管線管理提供二三維操作體驗(yàn)。系統(tǒng)客戶端采用B/S架構(gòu)模式，用戶通過Internet瀏覽器進(jìn)行管線數(shù)據(jù)的綜合分析與顯示，系統(tǒng)管理端采用C/S架構(gòu)模式，用戶通過專用客戶端進(jìn)行管線數(shù)據(jù)的添加與修改。

2 地上三維建筑模型構(gòu)建技術(shù)

地上三維建筑模型利用Skyline Terra ExplorerPro加載shp地形數(shù)據(jù)文件生成。Skyline 軟件是利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其它的2D或3D 信息源等創(chuàng)建的一個(gè)交互式環(huán)境[2]。地上建筑數(shù)據(jù)來源于1:500地形圖中的屬性數(shù)據(jù)，包括建筑層數(shù)、每層高度、建筑結(jié)構(gòu)材質(zhì)、周長與面積等信息。通過C#編程語言及Skyline COM接口讀取shp文件，形成二維建筑結(jié)構(gòu)圖，通過設(shè)置建筑的每層高度以及貼圖材質(zhì)等信息，自動(dòng)構(gòu)建三維建筑模型。

3 地下管線三維模型構(gòu)建技術(shù)

每根管線由起始管點(diǎn)和終止管點(diǎn)定義，包括管點(diǎn)的坐標(biāo)、管線直徑、管線材質(zhì)、埋深、埋設(shè)方式、管線類型等信息。編程中使用ILayer61接口建立管線圖層，根據(jù)管線數(shù)據(jù)庫中起始管點(diǎn)和終止管點(diǎn)的坐標(biāo)，利用IPosition61接口創(chuàng)建管線方向向量，并通過數(shù)據(jù)庫中材質(zhì)和管徑信息創(chuàng)建三維管線。

4 二維管線管理子系統(tǒng)

二維管線管理系統(tǒng)主要包括“工具”、“圖層”、“數(shù)據(jù)”、“工具條”、“鷹眼”、“二三維聯(lián)動(dòng)”等6部分。其中“工具條”部分能夠?qū)崿F(xiàn)常用的距離測(cè)量和面積測(cè)量等功能；“工具”部分能夠?qū)崿F(xiàn)路名查詢和人口估算等功能；“圖層”部分包括了所有與規(guī)劃有關(guān)的數(shù)據(jù)圖層，包括道路、總規(guī)、控規(guī)、管線等；“數(shù)據(jù)”部分能夠?qū)崿F(xiàn)萬圖、影像圖等類型圖庫的顯示；“二三維聯(lián)動(dòng)”部分能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)據(jù)圖層之間的對(duì)比切換顯示。

二維管線系統(tǒng)提供了管線規(guī)劃設(shè)計(jì)必要的參考數(shù)據(jù)，通過二維管線數(shù)據(jù)、管井?dāng)?shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、總規(guī)數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)和植被數(shù)據(jù)之間的對(duì)比顯示，從而確定地下管線和管井在城市的空間位置，避免管線和管井?dāng)?shù)據(jù)與建筑物之間的相互矛盾和干擾，為工程管線規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理提供依據(jù)。二維管線系統(tǒng)數(shù)據(jù)涵蓋如下：坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、道路規(guī)劃數(shù)據(jù)、用地?cái)?shù)據(jù)、道路紅線數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、總規(guī)和修規(guī)數(shù)據(jù)。

5 三維管線管理子系統(tǒng)

三維可視化城市管線管理系統(tǒng)主要功能如下：

5.1 信息查詢

地上建筑信息查詢，包括地理坐標(biāo)信息，建筑高度，占地面積，材質(zhì)等信息。地下建筑信息查詢，包括窨井的地理坐標(biāo)，形狀、材質(zhì)、直徑、高度；管線的形狀、材質(zhì)和直徑。

5.2 地形挖洞

地形挖洞可以看到選定區(qū)域的窨井位置、管線類型、數(shù)量等信息，不僅可以在管線規(guī)劃時(shí)明確現(xiàn)有管線所處空間方位，管線間的空間距離等信息，為管線規(guī)劃提供必要手段。同時(shí)也可以防止道路施工時(shí)管線挖斷事故的發(fā)生。

5.3 坡度分析

坡度和坡向是在城市管線規(guī)劃設(shè)計(jì)中具有決定作用，傳統(tǒng)方法是用人工方法計(jì)算區(qū)域坡度，但是此方法不僅效率低下，而且存在很大的誤差。為此，利用Terra Explorer中的坡度分析模塊，可以得到選定區(qū)域的坡度和坡向信息。

5.4 剖面分析

鼠標(biāo)左鍵在三維場(chǎng)景中點(diǎn)擊起始點(diǎn)位置，畫一條用于坡面分析的線，左鍵確認(rèn)第二點(diǎn)，右鍵結(jié)束。信息框中顯示兩點(diǎn)之間的空間距離、高程差和坡度信息，并彈出地形坡面信息框，圖中顯示由起始點(diǎn)到結(jié)束點(diǎn)之間的坡面一系列點(diǎn)的高程值，主采樣點(diǎn)為白色豎線，次采樣點(diǎn)為藍(lán)色豎線。

6 系統(tǒng)研制意義

系統(tǒng)改變了利用圖紙資料對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的模式，采用數(shù)據(jù)庫的管理方式進(jìn)行管理，具有更高的效率。通過利用此系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)二維管線空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的結(jié)合，代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖紙式的管理方式，方便資料查閱與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

二三維可視化城市管線管理系統(tǒng)可按照地下管線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性信息，建立滿足城市建設(shè)需求的管線數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)管線空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)與管理。

二三維可視化城市管線管理系統(tǒng)可對(duì)涉及地下空間工程的施工進(jìn)行有效管理，并為施工提供相應(yīng)區(qū)域的地下管線資料，從而減少管線事故發(fā)生。

利用本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線的普查，摸清地下管線的現(xiàn)狀信息，為今后對(duì)地下管線資產(chǎn)的管理提供數(shù)據(jù)支撐。