發(fā)布時(shí)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(yīng)用的不斷深入，二維信息不能準(zhǔn)確表達(dá)管線之間的空間關(guān)系，三 維 空 間 信 息系統(tǒng)更加適合地下空間數(shù)據(jù)的表達(dá)。本文主要論述了二維地下管線數(shù)據(jù)向地下管網(wǎng)三維場景的快速建立，以及在建立過程中出現(xiàn)的各種問題，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)解決問題，最終實(shí)現(xiàn)了地
[摘 要] 隨著地下空間應(yīng)用的不斷深入，二維信息不能準(zhǔn)確表達(dá)管線之間的空間關(guān)系，三 維 空 間 信 息系統(tǒng)更加適合地下空間數(shù)據(jù)的表達(dá)。本文主要論述了二維地下管線數(shù)據(jù)向地下管網(wǎng)三維場景的快速建立，以及在建立過程中出現(xiàn)的各種問題，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)解決問題，最終實(shí)現(xiàn)了地下管網(wǎng)三維場景的快速構(gòu)建、三維管線瀏覽、信息查詢等功能。
[關(guān)鍵詞] 地下管線 三維建模 三維模型 三維地下管線數(shù)據(jù)
城市地下管網(wǎng)是城市社會經(jīng)濟(jì)活動的動脈，隨著城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分的地下管線系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，地下管線的普查與信息化建設(shè)將成為城市管理的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。目前，大多數(shù)單位通過二維地下空間信息系 統(tǒng) 進(jìn) 行 地 下 空 間 數(shù) 據(jù) 的 管 理、分 析。但是隨著地下空間應(yīng)用的不斷深入，二維信息不能準(zhǔn)確表達(dá)管線之間的三維關(guān)系，二維系統(tǒng)在地下空間應(yīng) 用 的 不 足 日 益 凸 顯。地下管線的最大特點(diǎn)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(guān)系較為復(fù)雜。對于這個(gè)縱橫交錯(cuò)的巨大網(wǎng)絡(luò)，我們僅依靠現(xiàn)有的資料及圖表，在實(shí)際應(yīng)用中還是有資料精度不高或與現(xiàn)狀不符等情況發(fā)生，給工作帶來困難[5]。如二維圖形無法表現(xiàn)管線之間的空間關(guān)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(gè)點(diǎn)與相應(yīng)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(jìn)行表達(dá)，三維技術(shù)的成熟進(jìn)一步推動地下空間信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由此可見，三維空間信息系統(tǒng)更加適合地下空間數(shù)據(jù)的表達(dá)。而三維空間信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲方式、三維可視化表達(dá)等方面的成熟技術(shù)，可以更好的解決地下空間信息系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際問題，從而進(jìn)一步推動地下空間信息系統(tǒng)市場的發(fā)展[4]。
地下管線數(shù)據(jù)是以 CJJ61-2003《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》[1]、《北京市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》DB11/T316-2005為主要標(biāo)準(zhǔn)[2]，結(jié)合GJJ8-99《城市測量規(guī)范》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容形成的一套表示地下管線空間位置、用途、屬性、權(quán)屬關(guān)系等的描述參數(shù)。
本文論述 了 二 維 地 下 管 線 數(shù) 據(jù) 向 地 下 管 網(wǎng)三維場景 的 快 速 轉(zhuǎn) 換 建 立。其 中 包 括 二 維 地 下管線數(shù)據(jù)的 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu)，三 維 管 網(wǎng) 建 立 的 流 程;以及在轉(zhuǎn)換建立過程中發(fā)現(xiàn)問題，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)解決問題，最終實(shí) 現(xiàn) 了 三 維 管 網(wǎng) 快 速 構(gòu) 建、三 維 管 線瀏覽、信息查詢等功能。
1 三維管網(wǎng)快速建模
1.1 二維地下管線數(shù)據(jù)介紹
目前我們 建 立 的 地 下 管 線 管 理 系 統(tǒng) 是 基 于ArcGIS，其只能表達(dá)二維信息。本次我們使用的地下管線數(shù)據(jù)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(yè)。各類管線數(shù)據(jù)按空間特征又分為管線點(diǎn)、管線連接、小室圖層[3]。
1.管線中管點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1。
2.管線中兩管點(diǎn)間的連線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2。
3.管線的小室數(shù)據(jù)只記錄小室的空間位置，是管線檔案中提供的。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之前，要先將這幾類管線數(shù)據(jù)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(shù) 據(jù) 都 按 照 點(diǎn)、連 接、小 室 命 名。如 雨 污管線的各層命名：雨污點(diǎn)、雨污連接、雨污小室。
1.2 運(yùn)行環(huán)境
為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，系統(tǒng)中應(yīng)安裝 ArcGIS軟件、CityMaker+Explorer插件和 Access、SQLServer數(shù)據(jù)庫軟件。
1.3 三維管網(wǎng)快速建立
三維管網(wǎng) 快 速 建 立 的 平 臺 是 采 用 三 維 管 段自動生成和管點(diǎn)設(shè)施精細(xì)建模的方式構(gòu)建三維管網(wǎng)場景。三 維 地 下 管 線 數(shù) 據(jù) 采 用 三 維 場 景 格式*.scd。每類管 線 包 括 管 段、管 點(diǎn) 設(shè) 施 和 小 室三個(gè)圖層。管段三維模型基于已整理好的、規(guī)范的二維管線矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建，轉(zhuǎn)換程序根據(jù)矢量數(shù)據(jù)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(diǎn)設(shè)置連接的，管點(diǎn)設(shè)施(如閥門、三通、井室等)具有相對的統(tǒng)一性，可以使用3dsMax等專業(yè)建模工具根據(jù)市政管線設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范，對各類管點(diǎn)設(shè)施進(jìn)行精 細(xì) 建 模，作 為 統(tǒng) 一 的 三 維 符 號，根 據(jù)管點(diǎn)的位置、角 度 構(gòu) 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(jù)二維數(shù)據(jù)中記錄的坐標(biāo)、高程信息由程序自動構(gòu)建。
空間參考系：地形管線數(shù)據(jù)為了實(shí)現(xiàn)在三維系統(tǒng)展示并且與地上三維場景疊加，其平面坐標(biāo)系統(tǒng) 采 用 Beijing1954/3-degree Gauss-KrugerCM117E，高程系統(tǒng)采用統(tǒng)一的、符合國家規(guī)定的高程系統(tǒng)。
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在運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序之前應(yīng)建立 SQL 數(shù) 據(jù)庫和 mdb格式 數(shù) 據(jù) 庫。然后開始運(yùn)行程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。三維管網(wǎng)快速建立流程圖見圖1：
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換 是 將shape文 件 格 式 轉(zhuǎn) 為 mdb格式。程序處理數(shù)據(jù)格式為 .shp的點(diǎn)、線表的文件夾后，確定點(diǎn) 表 和 線 表 的 對 應(yīng) 關(guān) 系，給 對 應(yīng) 的 點(diǎn)表和線表圖層命名，設(shè)置圖層的顏色，提取屬性，最后轉(zhuǎn) 換 成 為 mdb 格 式。圖 2 為 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 的界面。
模型匹配是為管點(diǎn)類型配置模型，對點(diǎn)表中管點(diǎn)類型與設(shè)施庫中的模型進(jìn)行人工匹配，匹配好模型后，修 改 mdb 數(shù) 據(jù) 中 點(diǎn) 表 的“模 型 號”字段，使得管點(diǎn) 在 三 維 場 景 中 能 夠 自 動 加 載。圖3為模型匹配的界面。
數(shù)據(jù)入庫是將 mdb數(shù)據(jù)中點(diǎn)、線的信息和已經(jīng)匹配的模型信息導(dǎo)入到SQL數(shù)據(jù)庫(三維管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫)中。圖4為數(shù)據(jù)入庫的界面。
模型大小調(diào)整是計(jì)算與管線連接管點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度及縮放比例。
管線三維化是將三維管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(SQL數(shù)據(jù)庫)中的數(shù)據(jù)自動創(chuàng)建三維模型并發(fā)布文件格式.scd。在模型創(chuàng)建過程中管線連接處可以自動平滑處理。圖5為管網(wǎng)場景生成界面。
在三維管網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)布后，形成了地下管網(wǎng)三維信息系統(tǒng)，系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 了 三 維 管 線 瀏 覽、信 息 查詢等功能。如圖6，我們發(fā)現(xiàn)了一些問題。
2 發(fā)現(xiàn)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(guī)則。例如上水和工業(yè)管線，所有管線起止點(diǎn)高 程 都 是 頂 高，而 燃 氣 和 熱 力 管 線，圓管的起止點(diǎn)高程指管頂高程，方溝的起止點(diǎn)高程指管底高 程。還 有 雨 污 管 線 的 所 有 起 止 點(diǎn) 高 程都是底高等等。解決方法：在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(jù)各類管線的特點(diǎn)分別制定。
2.在程序運(yùn)行中需要提供地上場景時(shí)，因管線的管點(diǎn)設(shè)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(cuò) 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(shí)地面數(shù)據(jù)中元素越少越好，最好不要有綠化、附屬設(shè)施等。
3.管線數(shù)據(jù)中出現(xiàn)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(shù) 據(jù) 有 可 能 有 誤 差，造 成 誤 差 的 原因：a.由于外業(yè)測不到 b.一些管線直接上桿，此點(diǎn)的高程為地面高程等。(2)在三維建模過程中是先做路網(wǎng) 的 模 型，路網(wǎng)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(shí)是按路網(wǎng)將地面填充進(jìn)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(nèi)高差為0.5米，塊與塊之間高 差 為0.5米，如 塊 內(nèi) 高 差 大 于0.5米，可將此塊再進(jìn)行劃分，直 到 滿 足 要 求 為 止。如遇起伏較 大 的 地 區(qū)，高 差 較 大，怎 么 都 不 能 滿足要求，則需根據(jù)照片實(shí)際制作。現(xiàn)在還有部分地面問題沒得到更好的解決，因?yàn)樗囟ㄊ翘摂M現(xiàn)實(shí)的場景。
4.個(gè)別管線 密 集 地 段，管線敷設(shè)情況復(fù)雜，相互之間有并行、交叉、上下分層等多種情況，如同一個(gè)超 大 規(guī) 模 的 地 下 迷 宮。由于現(xiàn)有探測設(shè)備和探測技術(shù)的缺陷，不能有效的弄清楚管線的走向和連接 關(guān) 系，因 此 沒 有 完 整、準(zhǔn) 確 的 竣 工 數(shù)據(jù)，以至造成管線數(shù)據(jù)也不能很準(zhǔn)確。解決方法待再次測量后再將數(shù)據(jù)入庫。
3 結(jié)論
地下管網(wǎng) 三 維 場 景 的 快 速 構(gòu) 建 實(shí) 現(xiàn) 了 對 地下管線、地下構(gòu)筑物的可視化展示。三維場景的建立對管線 的 設(shè) 計(jì)、施 工 及 城 市 規(guī) 劃、管 理 中 各種地下空間數(shù)據(jù)的管理和分析提供了數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。因此，地下管網(wǎng)三維場景的建立具有廣闊的應(yīng)用前景，研究工作還有待進(jìn)一步深入。——論文作者：張 軍1，2
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