山东省城乡建设勘察设计研究院 山东济南 250031
摘要：本文介绍了三维GIS可视化研究发展现状，城市地下管线信息系统的发展，并以三维GIS为基础介绍了三维可视化在城市地下管线信息系统中实现的流程，最后对三维可视化在GIS系统中的前景进行了展望。
关键词：数字城市；城市地下管线信息系统；可视化建模
语言和地图是人类信息交流的主要方式，计算机图形软硬件技术的发展，为快速实时、高效的图形图像显示与处理提供了条件。1987年，美国国家科学基金会的图形图像专题讨论组，提交的报告中首次引用了“科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）”一词。从而开始了这一门新兴技术的发展，随着GIS技术的发展，矿山、地质、海洋等地学领域的实践需求，三维GIS的可视化已成为当前GIS的研究热点。
一、国内外发展状况
随着“数字城市”建设的发展，人们对城市环境中的各种三维信息的表达与处理变得日益迫切，我们不仅需要表达单个建筑物或建筑物群体，还需要建立整个城市的景观模型，并希望利用这些模型进行有关城市的规划设计、交通指挥、基站布设等工作。就目前的三维GIS技术发展水平，我们还只能在仿真的三维GIS上多做些工作，如要建立一个真正意义上三维GIS，我们还有很多问题需要解决。
在城市地下管线信息系统三维可视化方面，国内多数管网信息系统是结合国内外大型基础地理信息系统软件与可视化开发语言（VC、VB等）进行的集成式二次开发。目前的系统除满足GIS基本功能外，还具有管线管理的专业功能，如管网编辑、管线统计、纵横断面分析、爆管分析、流向分析等。因此，在国内外竞相研制三维数码城市、三维数字小区以及智慧城市的氛围下，研究城市地下管线信息系统三维可视化有其实际意义。
二、城市地下管线信息系统的发展
2.1基本概念
三维城市地下管线信息系统是地理信息系统的一部分，城市三维地下管线管理系统是以计算机网络为载体，GIS软件为平台的应用型技术系统，整合城市地下综合管线数据资源，实现了地下管线的三维可视化管理、存储、查询、分析、定位等功能，形成一套完善的城市地下综合管线数据资源管理数字化、可视化的三维管线信息系统。
2.2三维城市地下管线信息系统可视化研究发展现状
地下管线是城市运行的血液，随着城市的快速发展，地下管线的数据量也越来越大，急需扩展到三维环境中来提供可视化功能，从而提高业务应用能力和管理水平。近年来，虽然计算机的数据处理能力以及图形显示能力有了很大提升，但对于城市地下管线信息系统三维可视化实现而言，仍然存在诸多尚未解决的技术难点。
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首先，已有地下管线数据采集标准不统一；
其次，已有地下管线数据的动态更新不及时；
第三，城市地下管线信息系统与实际情况的完全匹配有一定难度；
第四，地下管线三维于地面三维的精准匹配有待继续优化相应算法或提高地面三维的高程精度。
因此，三维城市地下管线信息系统作为智慧城市建设的一部分、已初具规模，但现阶段还存在一些难点，有待研究。
2.3 城市地下管线信息系统三维可视化的流程
城市地下管线信息系统建设主要包括：管线探测及调查、管线数据采集、管线数据处理和检查、二维及三维数据库建设、数据库动态更新和管理等。管线探测和调查是整个城市地下管线信息系统的最基础也是最核心的内容。管线数据的采集是实现管线信息系统的基础数据支持，管线数据的整理和检查是保障城市地下管线信息系统顺利推进的必要前提，需要强调的是二维数据库和三维数据库要采用各自对应的数据采集和检查标准，三维数据的采集必须经过严格质检，然后进行三维管线可视化建模。数据库动态更新是保障信息系统现势性的重要手段，城市地下管线信息系统的管理和应用是城市地下管线信息系统建设的最终目的。
三、城市地下管线信息系统及三维可视化
随着我国地铁、地下管线、岩土工程、地质灾害防治等工程建设的不断加快，有大量的空间信息数据需要管理，迫切需要建立城市地下管线三维可视化系统、该系统首先要开发针对地下管线生命周期的查询和自动提醒功能，能够查询每一类型的管线时会提醒管线已使用年限，还需要多长时间需要维护和更换，对已经到达服务期限的管线增加提醒功能，提示维护或更换。
其次系统要开发 “废弃管线管理”。能预知废弃管线的种类和位置等，可以给管线规划和施工提供重要的数据支撑，避免某些危险的废弃管线误挖产生危险。
第三个亮点是管线应急事件处理。一旦发生供水管线爆管、燃气管线泄漏等事故时，系统可根据事故位置快速定位，以便找到相应的控制阀门，减轻事故的损失。
四、城市地下管线信息系统及三维可视化的意义
首先，随着城市化进程的不断加快，各类管网错综复杂，建设、更新速度也不断加快，传统管线数据存储导致不同种类管线数据存储分散，在需要对管网进行综合管理的存在诸多不便和不可实施性。利用城市地下管线信息系统管理对应的数据，对管线的建设、维护，以及突发事件处理，预警分析等具有划时代的意义。
其次，采用信息化管理方式，产生了显著的经济效益和社会效益。信息化管理方将本来有不同部门管理的管线数据统一在综合管理平台下，节约了成本，提高了数据利用率和查询效率，能够为规划部门及时提供较好的参考信息。另外，城市地下管线信息系统的数据准确度得到提高，避免和减少了挖断管线的事故，将不必要的损失降到最低。
此外，在预警决策方面，需要准确完备的管线信息才能够在遭遇突发性事故时进行最好的应对。管理信息化系统的不断完善对长期保持城市地下管网的正常安全运行具有重要意义，只有信息准确、更新及时，才能变被动救援为主动防御。
三维管线建设在覆盖二维管线信息化优势的基础上，对管线信息进行三维可视化，能够将二维无法体现的信息进行进一步展现，使管线数据表达更丰富直观，为事故处理、管线建设提供更好的参考。
五、展望
目前大多数三维可视化信息软件使用切换空间的方法分别表达地上与地下空间，难以实现地上地下对象一体化表达，在三维可视空间信息系统中，地下镜头模式需要更多的自由度，镜头处于地表以上时当我们拖动窗口时可以以地表作为参照，即可以对地表进行碰撞检测，但当镜头在地表以下时我们往往不能以地表作为碰撞检测的依据。因此如何克服以上困难，实现地上地下镜头之间的无缝切换，将是地下空间信息技术研究的热点。
管线可视化信息系统所包含的对象往往具有时间属性。研究这些管线的时间属性变化规律，可以改善供水、供电的运行机制、提高系统预警能力，为社会带来巨大的经济效益。但目前大多数管线信息系统都不能很好的支持管线对象和事件在时间维的处理。因此处理管线对象的时间属性是一个重要研究领域。
城市地下管线可视化已在多个城市展开并取得效果，建立管线的三维立体图像，通过图像，可以清晰地看到各管线的铺设方位、走向、用途、建设单位等相关数据，相较于二维管线图，查询起来更为直接和直观。
参考文献：
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[4]王国荣，潘伯鸣.浅析城市地下管线信息化及管线三维可视化建设流程及难点.2014年10月增刊.
论文作者:侯冰
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/1
标签：管线论文; 地下论文; 信息系统论文; 城市论文; 数据论文; 管网论文; 信息论文; 《基层建设》2016年10期论文;