贵州省第一测绘院 贵州贵阳 550025
摘要：为了充分了解地下管线的分布走向，摸清地下管线的现有状况，某市城建档案和地下管线管理处建设了一套完善规范的地下管线信息综合管理系统，实现了地下管线动态管理、监控、监测、安全预报预警，满足政府部门、管线权属单位和社会的在线应用需求。其中的地下管线三维综合应用系统采用成熟的Skyline平台，利用自主研发的管线自动建模技术，可实现地下管线信息的自动化建模，并且实现了地上地下三维一体化展示、查询统计、开挖分析、碰撞分析等功能，可为城市的规划、建设与管理决策提供更加直观科学的数据依据和技术支持。
关键词：地下管线；三维；管理信息系统
随着计算机软硬件、三维可视化技术的快速发展，地下管线的三维可视化建模、空间分析与辅助决策技术已广泛应用于管线规划、设计、审批、施工、运维等日常管理工作中，并将成为当前城市地下管线信息化发展的新趋势。20世纪90年代以来，国内大多数城市都开展了地下管线普查并同步建立了地下管线综合管理系统，已积累了较为丰富的二维地下管线数据库。如何在现有二维数据的基础上，研究管线三维建模方法，并开发可扩展、可定制、可独立运行的三维建模工具，从而实现管线的快速建模与更新，是城市管线面向三维应用的前提。
1 地下管线的特点
作为城市的“生命线”，城市地下管线担负着信息传输、能源输送等工作，是城市赖以生存和发展的物质基础。整体而言，地下管线具有以下特点：
（1）种类繁多
城市地下管线种类多样，包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等8大类20余种管线类型。
（2）各自为政
地下管线管理体制和权属复杂，涉及政府30多个职能和权属部门。给水管线属于自来水公司，污水、雨水管线属于市政部门，电力管线属于电力部门，通讯管线属于通信部门，有线电视管线属于电视台，热力管线属于热力公司，燃气管线属于燃气公司，这些管线的权属单位各不相同，管线的建设、维护管理均由相关单位负责。各自为政、条块分割、多头管理的问题比较严重。
（3）隐蔽性强
管线埋设于地下，起码的覆土厚度为0.5米，某些污水管埋深达到了10米，无法直接进行观察量测。还有部分管线与其他管线共沟敷设，无法识别其种类。有些管线属于私自建设，没有城建档案备份，也无法查到其详细资料。
2 管线探测仪的定位方法及其探测误差
（1）极小值法
采用该方法可测量电磁场垂直方向的分量。采用管线探测仪探测时，根据相关的基本原理，垂直分量在管线的正上方一般为0，即极小值点。通过探测得到的极小值，可得到管线的具体分布情况。由于垂直分量会受到附近导线异常干扰或垂直地面干扰，因此，在实际应用中，极小值法常与其他方法配合使用，从而提升探测效果。
（2）直读法
在实际探测过程中，直读法主要用于管线定深探测工作。该方法的具体原理为：基于固定管线仪的测量结果和相邻线圈电磁场的梯度分布情况，并在接收机中设置相应的按钮后，通过指针表头可直接读出地下管线的位置。该方法的操作简单，测量之前需要测试修正系数，从而提高深度校正的精度。
3 管线三维建模方法现状分析
不同的建模方法，其目标或应用范围不同：①人工建模能建立精细、美观的管线三维模型，但所有管线段、管线点的连接设备和附属设备都要手工建模，工作量巨大；自动化建模通过开发相应的自动化建模工具，能基于二维管线数据快速生成三维模型，效率高，但模型精细化程度稍差，尤其是对于不规则的管线附属设备。②第三方专业建模软件具有强大的三维建模能力，不仅能构建各种规则的管线段实体，而且能构建各种复杂、不规则的管线附属设备，但建立好的三维管线模型导入到三维GIS后，由于是外部对象，会导致系统运行效率低，尤其是管线数据量大的时候；三维GIS软件可直接使用内部对象构建规则的管线段实体（一般是方形管或圆形管），模型运行效率高，但不规则的附属设备难以构建。③管线的固态化模型一般是指不规则的管线附属设备，如水表、阀门、消防栓等，固态化模型一般需要借助第三方建模软件建模，而参数化模型主要是指管线段实体、规则的连接设备，这些对象可通过调整参数（管径的大小、三通的位置、旋转角度等）来建模。
4 地下管线三维管理信息系统技术
4.1 共享服务技术
系统支持调取基于OGC标准的数据服务，支持WMS服务、WMTS服务和ArcGIS矢量的REST服务。WMS服务用于加载到windows应用系统，WMTS服务用于加载WEB系统，ArcGIS的矢量REST服务用于加载到WEB系统，实现查询分析。三维应用子系统中的建筑物模型直接调取政府部门发布的数据服务，实现资源共享共用。图1为系统建设流程图。
图1 系统建设流程图
4.2 三维场景的动态加载技术
城市三维模型具有数据类型丰富、数据量大等特点，通过对三维场景及模型数据分类建立空间索引，可提高场景及模型的浏览速度。在当前浏览视口，根据浏览飞行的速度、高度等参数，由整体到局部、由近及远、由大到小地加载数据，在确保浏览速度的同时，保证用户感兴趣的信息不会丢失。
4.3 三维数据的多级缓存技术
与传统的网络服务不同，三维GIS网络服务伴随着海量的空间数据和相关属性数据，其包含的数据类型有影像、矢量、模型、多媒体等。缓存技术的应用能有效提高各种请求的处理效率。平台中不但对二维矢量数据采用了缓存处理，对三维场景、三维模型也采用了缓存技术，有效地解决了大数据量的网络传输问题。
4.4 三维管理工具的运用
基于DirectX9.0、.NETFramework3.5运行环境，采用C++语言，对上述建模方法进行封装，工具在现有二维管线数据shp文件的基础上，通过对编码、字段、材质、特征、附属物、埋设方式等信息的映射设置，可快速、高效地实现管线的三维建模。
（1）分类编码映射设置
分类编码映射功能支持对用户现有管线数据的分类和编码进行设置，包括管线分类编码、特征编码、附属设施编码和材质编码的定制。
（2）属性字段映射设置
工具默认提取现有二维管线数据shp文件中的所有属性字段，用户可根据三维管线模型实际的字段查询、统计等需求，进行自定义的配置；其中，管线段起终点的编号、管顶（底）高程、埋深、管径或断面尺寸、管线材料、埋设方式等为必选字段，而管线点必须包括XY坐标、地面高程、管顶/底高程、井深、特征、附属物等字段。
（3）值域映射设置
工具自动提取二维管线数据shp文件中材质、特征、附属物、埋设方式字段值中的内容，并将读取到的结果自动与系统标准值进行匹配，不能匹配的，支持用户手工指定。
（4）纹理、设施材质映射设置
纹理、设施材质映射包括对管线段的纹理、附属物的材质及模型进行设置的功能。其中，附属设施模型如分线箱、上杆、阀门、消防栓、水表等属于固态化模型，需要采用人工建模的方法，利用第三方建模软件，事先按照1：1的比例进行三维建模仿真并导入到工具中。
图2 系统地上地下三维一体化展示
图3 系统开挖分析
参考文献：
[1]姜露露.城市三维地下管线规划管理信息系统设计与实现[D].吉林大学，2013.
论文作者:王静宇
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/9
标签：管线论文; 建模论文; 地下论文; 模型论文; 数据论文; 线段论文; 城市论文; 《基层建设》2016年27期论文;