摘要：地下三维管廊是一个复杂的管线综合体，它包含了多种类型的管线信息和管网组件，且隐藏于地下。在管廊的日常管理中，地下数据的可视化是一个重要的方面，它可以一种最直观的方式获得各类管线数据的业务信息。本文以基于WebGL的Ceisum为研究对象，分析了对OSGB图层进行开挖的方法及效果，实践表明，该方法对于地下管廊数据的查询和可视化效果实现了统一，在业务管理中具有较好的效果。
关键字：WebGL、Cesium、地下管廊
1.引言
城市综合管廊是一个包含了不同功能管线的复杂的系统，包括给排水、再生水、天然气管道、热力管道、通信管线和电力电缆等。由于地下管廊的复杂性和隐蔽性，造成了地下管线类型繁杂、数量巨大、管理困难等特点，导致“马路拉链”现象十分严重，因此，对城市综合管廊的有效管理成为城市管理中的一个重要内容。使用GIS对地下管线（网）进行可视化管理，是一个非常成熟和普遍采用的技术，但其缺点是无法有效地区分不同高程的管线系统，对于地下管网的有效识别和统计分析也存在一些问题，因此，许多研究将三维空间场景开始引入到地下管廊的管理之中，通过在地形表面，开挖出一定范围的区域，用于显示地形下的场景，以获得更加直观的可视化效果[1,2]。
当前三维空间场景的B/S架构可视化技术主要可以分为两大类：一种是基于浏览器插件实现三维空间的展示与分析，如Skyline、SuperMap iClient等，它的可视化效果好，空间分析功能强大，但用户必须在使用时安装相应插件，一般不为用户所欢迎；另一种是基于WebGL引擎渲染，WebGL作为一种优秀的浏览端图形API，得到了主流浏览器的全面支持，基于WebGL开发的Cesium、Three、Unity 3D等系统在三维空间展示中得到了广泛应用。其中Cesium 凭借其面向真实地理数据的优势，支持多种数据可视化方法、二三维一体化、可无插件跨平台，近年来被较多地用于三维场景构建的研究和应用中，基于此，本文将研究基于WebGL的三维地下管廊生成及剖分方法，实现三维地下管廊场景信息的获取。
2.地下管廊数据结构
传统完整的地下管廊数据由城市地理地形数据、地下管线数据和地上建筑物模型数据等组成，目前随着倾斜摄影数据的广泛应用，地上建筑物和城市地形部分通常可以使用倾斜摄影OSGB数据来取代。地下管线数据按照数据内容可以分为五种类型，如管线点（点状数据）、管线（线状数据）、管线附属物（面状要素）、隐患信息（点或面状信息），以及工程信息。
管线点包含了编号、编码、管径、覆土厚度与地面高程，它在GIS中以网络（Network）形式存在。而管线则由两个管点相连生成，管点代表了实际的管线设施或数据探测的测量点痕迹，如供水阀门井、水表、消防栓、燃气管帽、预留口等。其中管段是通过管点的起始坐标和终点坐标组成，管线网络必须具备一定的设计规则（拓扑规则），规则使得要素信息和保持要素间的连通性以保证其在空间上不出现碰撞和矛盾，如同一管线之间不出现交叉冲突问题，不同管线彼此相交时竖向高程不发生冲突。这两个功能的信息存储在网络拓扑内。
从数据库的角度，网络拓扑内部的信息存储在作为二进制页面保留的图表中。这使得追踪和逻辑示意图功能能够以一种高效的方式读取和处理网络信息（与直接从网络中的要素获取信息的方式完全不同）。每次访问图表的一部分时，系统就会对该部分进行缓存，并指定时间戳以记录最后一次访问的时间。
3.地下管线开挖可视化
一个完整可用的地下管线场景可以分为两大部分：一是地面遮盖物，如建筑物、街道、路灯等，在目前的实际应用中通常使用倾斜摄影数据（OSGB）格式；第二是被遮盖物覆盖的地下管网数据，通常根据保存在管网网络中的数据驱动动态生成（这是因为地下管网数据通常更新较为频繁，如保存为简单的点线要素信息，难以保证数据的完整性和一致性）。在这种数据结构设计下，地下管线大规模场景中总是显示地面遮盖物，只有在用户需要显示时，选择特定的分析区域进行地面开挖，将地面遮盖层局部隐藏，只展示地下管廊的信息，如图1所示。
图 1 地面开挖效果.png)
为了实现图1中的效果，在Ceisum中将采用以下机制实现：①开启Cesium的地下场景模式，即将scene.undergroundMode设置为true；②手工设置地下开挖面，同时修改鼠标的图标样式，当鼠标点击地面时，让开挖面的高程贴近地面覆盖层，避免出现空间多边形的情况；③生成地面开挖面的数据点集；④将地面开挖面的数据点赋给S3M数据层的addExcavationRegion参数并停止地面开挖面操作；⑤展示开挖面底层的管廊数据。在地面开挖以后，S3M数据层将局部透明化，而隐藏在地面遮盖层下的数据将会显露出现，此时可以点击任何一个管点或管线要素，则弹出相应的要素信息，实现管理的目的。
4.结语
本文从解决地下管廊的日常管理目的出发，选择基于WebGL的Ceisum框架为地下管廊管理及可视化组件，分析了对OSGB图层进行开挖的方法及效果，相关应用实践表明，该方法对于地下管廊数据的查询和可视化效果实现了统一，能够较好地达到地面开挖，从而实现地下管廊要素观察及查询的效果。
参考文献：
[1] 谭仁春,卢丹丹,向祎.城市地下管线综合信息平台关键技术研究[J].城市勘测,2017,0(5):115-118.
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[3] 胥啸宇,孔维华,田鹏艳,邵卫. 校园地下管线数据采集及处理的研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2018(3):75-77.
[4] 彭璇璇,邹进贵,陈春莹. 地下管廊三维可视化建模系统设计与实现[J]. 测绘通报, 2018(A01):299-302
科技计划项目：
扬州市产业前瞻与共性关键技术计划项目资助
项目名称：WEB端GPU三维GIS渲染引擎与大规模倾斜摄影技术在国土及房地产互联网平台中的应用
项目编号：YZ2018018
论文作者:蒋波涛1, 蔡先华2,窦闻3
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷23期
论文发表时间:2020/4/3
标签：管线论文; 地下论文; 数据论文; 地面论文; 信息论文; 要素论文; 效果论文; 《建筑实践》2019年38卷23期论文;