發布時間：2022-04-19所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： [摘 要] 隨著地下空間應用的不斷深入，二維信息不能準確表達管線之間的空間關系，三 維 空 間 信 息系統更加適合地下空間數據的表達。本文主要論述了二維地下管線數據向地下管網三維場景的快速建立，以及在建立過程中出現的各種問題，經反復實驗解決問題，最終實現了地
[摘 要] 隨著地下空間應用的不斷深入，二維信息不能準確表達管線之間的空間關系，三 維 空 間 信 息系統更加適合地下空間數據的表達。本文主要論述了二維地下管線數據向地下管網三維場景的快速建立，以及在建立過程中出現的各種問題，經反復實驗解決問題，最終實現了地下管網三維場景的快速構建、三維管線瀏覽、信息查詢等功能。
[關鍵詞] 地下管線 三維建模 三維模型 三維地下管線數據
城市地下管網是城市社會經濟活動的動脈，隨著城市化進程的加速推進，作為城市基礎設施重要組成部分的地下管線系統也越來越復雜，地下管線的普查與信息化建設將成為城市管理的一項重點工作。目前，大多數單位通過二維地下空間信息系 統 進 行 地 下 空 間 數 據 的 管 理、分 析。但是隨著地下空間應用的不斷深入，二維信息不能準確表達管線之間的三維關系，二維系統在地下空間應 用 的 不 足 日 益 凸 顯。地下管線的最大特點是隱蔽性 大，空間位置信息的獲取較困難，且精度較低;各類管線間的空間關系較為復雜。對于這個縱橫交錯的巨大網絡，我們僅依靠現有的資料及圖表，在實際應用中還是有資料精度不高或與現狀不符等情況發生，給工作帶來困難[5]。如二維圖形無法表現管線之間的空間關系，有些管線上下起伏，與地面垂直的一段管線在平面圖上只能以一個點與相應注記來表示，視覺效果不直觀，所以地下空間信息必然需要用三維方式進行表達，三維技術的成熟進一步推動地下空間信息產業發展。由此可見，三維空間信息系統更加適合地下空間數據的表達。而三維空間信息系統在數據獲取、數據模型、數據存儲方式、三維可視化表達等方面的成熟技術，可以更好的解決地下空間信息系統應用的實際問題，從而進一步推動地下空間信息系統市場的發展[4]。
地下管線數據是以 CJJ61-2003《城市地下管線探測技術規程》[1]、《北京市地下管線探測技術規程》DB11/T316-2005為主要標準[2]，結合GJJ8-99《城市測量規范》的相關標準和內容形成的一套表示地下管線空間位置、用途、屬性、權屬關系等的描述參數。
本文論述 了 二 維 地 下 管 線 數 據 向 地 下 管 網三維場景 的 快 速 轉 換 建 立。其 中 包 括 二 維 地 下管線數據的 數 據 結 構，三 維 管 網 建 立 的 流 程;以及在轉換建立過程中發現問題，經反復實驗解決問題，最終實 現 了 三 維 管 網 快 速 構 建、三 維 管 線瀏覽、信息查詢等功能。
1 三維管網快速建模
1.1 二維地下管線數據介紹
目前我們 建 立 的 地 下 管 線 管 理 系 統 是 基 于ArcGIS，其只能表達二維信息。本次我們使用的地下管線數據是shapefile格式，包括七大類管線分別為：電 力、燃 氣、熱 力、上 水、通 訊、雨 污、工業。各類管線數據按空間特征又分為管線點、管線連接、小室圖層[3]。
1.管線中管點數據的數據結構如表1。
2.管線中兩管點間的連線數據結構如表2。
3.管線的小室數據只記錄小室的空間位置，是管線檔案中提供的。
數據轉換之前，要先將這幾類管線數據按程序所要求的格式整理好，比如文件的命名等。每類管線 數 據 都 按 照 點、連 接、小 室 命 名。如 雨 污管線的各層命名：雨污點、雨污連接、雨污小室。
1.2 運行環境
為確保系統正常運行，系統中應安裝 ArcGIS軟件、CityMaker+Explorer插件和 Access、SQLServer數據庫軟件。
1.3 三維管網快速建立
三維管網 快 速 建 立 的 平 臺 是 采 用 三 維 管 段自動生成和管點設施精細建模的方式構建三維管網場景。三 維 地 下 管 線 數 據 采 用 三 維 場 景 格式*.scd。每類管 線 包 括 管 段、管 點 設 施 和 小 室三個圖層。管段三維模型基于已整理好的、規范的二維管線矢量數據構建，轉換程序根據矢量數據中提供屬 性 信 息 如 工 程 件 號、管 徑、起 止 高 程等信息自 動 生 成 三 維 管 線 場 景。管 線 段 是 靠 管點設置連接的，管點設施(如閥門、三通、井室等)具有相對的統一性，可以使用3dsMax等專業建模工具根據市政管線設施設計規范，對各類管點設施進行精 細 建 模，作 為 統 一 的 三 維 符 號，根 據管點的位置、角 度 構 建 三 維 場 景，使 之 與 管 線 段匹配完好。然 后 通 過 場 景 整 合 工 具 整 合 到 三 維管線模型場景scd文件 中;小室根據二維數據中記錄的坐標、高程信息由程序自動構建。
空間參考系：地形管線數據為了實現在三維系統展示并且與地上三維場景疊加，其平面坐標系統 采 用 Beijing1954/3-degree Gauss-KrugerCM117E，高程系統采用統一的、符合國家規定的高程系統。
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在運行數據轉換程序之前應建立 SQL 數 據庫和 mdb格式 數 據 庫。然后開始運行程序進行數據轉換。三維管網快速建立流程圖見圖1：
數據轉 換 是 將shape文 件 格 式 轉 為 mdb格式。程序處理數據格式為 .shp的點、線表的文件夾后，確定點 表 和 線 表 的 對 應 關 系，給 對 應 的 點表和線表圖層命名，設置圖層的顏色，提取屬性，最后轉 換 成 為 mdb 格 式。圖 2 為 數 據 轉 換 的界面。
模型匹配是為管點類型配置模型，對點表中管點類型與設施庫中的模型進行人工匹配，匹配好模型后，修 改 mdb 數 據 中 點 表 的“模 型 號”字段，使得管點 在 三 維 場 景 中 能 夠 自 動 加 載。圖3為模型匹配的界面。
數據入庫是將 mdb數據中點、線的信息和已經匹配的模型信息導入到SQL數據庫(三維管網數據庫)中。圖4為數據入庫的界面。
模型大小調整是計算與管線連接管點的旋轉角度及縮放比例。
管線三維化是將三維管網數據庫(SQL數據庫)中的數據自動創建三維模型并發布文件格式.scd。在模型創建過程中管線連接處可以自動平滑處理。圖5為管網場景生成界面。
在三維管網數據發布后，形成了地下管網三維信息系統，系 統 實 現 了 三 維 管 線 瀏 覽、信 息 查詢等功能。如圖6，我們發現了一些問題。
2 發現問題與解決
1.由于管線有七大類，所以不同的管線類型就有不同的規則。例如上水和工業管線，所有管線起止點高 程 都 是 頂 高，而 燃 氣 和 熱 力 管 線，圓管的起止點高程指管頂高程，方溝的起止點高程指管底高 程。還 有 雨 污 管 線 的 所 有 起 止 點 高 程都是底高等等。解決方法：在程序設計時應該考慮到上述問題，管線的高程不能全部定成頂高或底高，要根據各類管線的特點分別制定。
2.在程序運行中需要提供地上場景時，因管線的管點設施要獲取地面的高程，如地上場景提供元素過 多 高 程 會 獲 取 錯 誤。如 管 線 場 景 中 井面的高度會不合理，高出地面或與綠地高度相同等等。解決方法：提供地上場景時地面數據中元素越少越好，最好不要有綠化、附屬設施等。
3.管線數據中出現管線與地面穿插，部分管線懸浮于地面之上的情況，這也是多種原因造成的，(1)管 線 數 據 有 可 能 有 誤 差，造 成 誤 差 的 原因：a.由于外業測不到 b.一些管線直接上桿，此點的高程為地面高程等。(2)在三維建模過程中是先做路網 的 模 型，路網模型的高程是按照cad圖提供的 高 程 制 作 的。然后再做地面模型和建筑模型，地面建模時是按路網將地面填充進去，地面的底高是人為挑選的，底高的挑選一般是以道路來劃分，要求挑選的每塊塊內高差為0.5米，塊與塊之間高 差 為0.5米，如 塊 內 高 差 大 于0.5米，可將此塊再進行劃分，直 到 滿 足 要 求 為 止。如遇起伏較 大 的 地 區，高 差 較 大，怎 么 都 不 能 滿足要求，則需根據照片實際制作。現在還有部分地面問題沒得到更好的解決，因為它必定是虛擬現實的場景。
4.個別管線 密 集 地 段，管線敷設情況復雜，相互之間有并行、交叉、上下分層等多種情況，如同一個超 大 規 模 的 地 下 迷 宮。由于現有探測設備和探測技術的缺陷，不能有效的弄清楚管線的走向和連接 關 系，因 此 沒 有 完 整、準 確 的 竣 工 數據，以至造成管線數據也不能很準確。解決方法待再次測量后再將數據入庫。
3 結論
地下管網 三 維 場 景 的 快 速 構 建 實 現 了 對 地下管線、地下構筑物的可視化展示。三維場景的建立對管線 的 設 計、施 工 及 城 市 規 劃、管 理 中 各種地下空間數據的管理和分析提供了數據支撐和依據。因此，地下管網三維場景的建立具有廣闊的應用前景，研究工作還有待進一步深入。——論文作者：張 軍1，2
參考文獻
[1]CJJ61-2003.城市地下管線探測技術規程[S].北 京：中國建筑工業出版社，2003.
[2]DB11/T316-2005.北京市地下管線探測技術規程[S].北京：北京市質量技術監督局，2005.
[3]楊伯剛，龍家恒，劉 志 祥 .北 京 市 綜 合 管 網 信 息 系 統的建立[J].北京測繪，2004(2)：4-7.
[4]任海軍，文俊浩，徐 玲 .一種三維數字城市的構建和實現方法[J].重慶大學學報，2006，29(3)：101-104.
[5]陳靚，趙冬玲 .三維可視化地理信息系統在校園地下管線管理中的應用綜述[J]..北 京 測 繪，2006(1)：42-46
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