劉軍 ，錢海峰，孫永新

(1.無錫市測繪院有限責(zé)任公司，江蘇 無錫 214031;2.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011)

1 引言

地下管線是一個城市的“生命線”，也是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，更是發(fā)揮城市功能、確保城市經(jīng)濟、社會健康、協(xié)調(diào)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。各大城市紛紛建立起綜合地下管線信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對城市建設(shè)中的各類管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行綜合有效的存儲管理，提供各種查詢、分析和統(tǒng)計的工具，并形成良好的動態(tài)更新機制，為城市的地下管線管理工作，提供綜合協(xié)調(diào)、應(yīng)急指揮等科學(xué)的輔助手段。

然而由于綜合地下管線的特殊性，其布設(shè)遍及于地下、水下等，二維方式難以直觀地反映各管線之間的空間位置關(guān)系。通過三維方式能夠真實反映在交錯復(fù)雜的條件下各管線之間的位置關(guān)系以及管線與周邊地物的位置關(guān)系［1］。因此，本文以Skyline平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)在三維平臺上綜合地下管線的展現(xiàn)、查詢、分析和輔助設(shè)計等功能，該系統(tǒng)的建立改變了以往制圖指標(biāo)計算不準(zhǔn)確、難以校核的情況，使規(guī)劃成果的科學(xué)性和指導(dǎo)性進一步加強;使規(guī)劃設(shè)計成果走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，進一步提高了成果的專業(yè)深度。

2 技術(shù)路線

Skyline是一套優(yōu)秀的三維數(shù)字地球平臺軟件。憑借其國際領(lǐng)先的三維數(shù)字化顯示技術(shù)，它可以利用海量的遙感航測影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)以及其他二三維數(shù)據(jù)搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景［1］。

整體技術(shù)路線是首先將衛(wèi)星影像或者航空像片以及高程數(shù)據(jù)加載到Skyline系列的TerraBuilder軟件中，并對這些數(shù)據(jù)的格式進行轉(zhuǎn)換，然后進一步生成MPT格式的文件，形成Skyline系列軟件的TerraExplorer Pro所需要的地形場景數(shù)據(jù)。其次在TerraExplorer Pro中，加載地形場景數(shù)據(jù)，導(dǎo)入矢量數(shù)據(jù)集及相關(guān)數(shù)據(jù)，進行二維、三維模型的建立。最后對二維的管線數(shù)據(jù)進行三維模擬，實現(xiàn)三維的綜合地下管線。圖1為具體的技術(shù)路線。

圖1 技術(shù)路線圖

3 管線三維模擬的實現(xiàn)

管網(wǎng)數(shù)據(jù)一般都分為管井和管線兩類。管井根據(jù)管線類型及用途的不同，由不同的管線井設(shè)備組成，比如窨井、消火栓、閥門等等［2］。我們根據(jù)國家有關(guān)管線設(shè)備的管井符號規(guī)定，定義管井設(shè)備的三維符號和樣式庫。使用3ds Max建立各類管井設(shè)備的模型，保存為.X文件，管井設(shè)備的符號如圖2所示:并使用Skyline的符號轉(zhuǎn)換器將這些三維管井設(shè)備符號轉(zhuǎn)入到符號庫中，形成xpl格式的管井模型符號庫，該庫采用文件夾的方式保存，如圖3所示。在三維仿真的符號化過程中，根據(jù)管井的類型、埋深等信息，利用已經(jīng)建立的三維管井模型符號庫，比如:三通井選擇三通的三維符號，有時三通井不正規(guī)，要根據(jù)管井所在的管線之間的角度，選擇具體近似的三通井符號，從而將管井要素三維符號化。

圖2 管井設(shè)備模型

圖3 管井模型庫型

圖4 圓形管線模型

三維管線根據(jù)管線的橫斷面形狀，大致可分為方形管和圓形管兩類，這兩類管線的三維建立可以采用Skyline中的BOX和Cylinder的方式來實現(xiàn)。其中方形管模型主要通過BOX方式來實現(xiàn)，BOX的長和寬從管線斷面的長寬獲取。圓形管模型主要通過Cylinder的方式來實現(xiàn)，將管線的外環(huán)劃分成多個片面，片數(shù)越多，描述的越準(zhǔn)確，通過這些片面的組合形成一個圓柱體從而實現(xiàn)圓形管的三維模型，如圖4所示。在管線的三維模擬過程中，根據(jù)管線端點坐標(biāo)以及管徑，獲取創(chuàng)建方形管CreateBox與創(chuàng)建圓形管CreateCylinder的方法需要的參數(shù)，例如圓形管所需參數(shù)為兩端點的坐標(biāo)值、管徑、埋深、地面高程、片面數(shù)目、管線顏色、名稱等。在管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中，一般管線和管井名稱都是唯一的，創(chuàng)建的三維管井和三維管線的名稱要求跟二維數(shù)據(jù)庫中的名稱保持一致，如圖4中的興昌南路B0049－興昌南路B0047名稱就是直接從二維管線中獲取。這樣三維管線的各類屬性管理完全可以與數(shù)據(jù)庫中的管網(wǎng)數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一管理。三維管線生成流程如圖5所示。

圖5 三維管線生成流程圖

4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的總體設(shè)計采用多層的C/S體系結(jié)構(gòu)，具體分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)層、數(shù)據(jù)接口層和三維應(yīng)用層。

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用的是Oracle，管線和地形矢量數(shù)據(jù)的訪問通過ArcGIS的ArcSDE數(shù)據(jù)庫引擎來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫按照管線建庫原則存儲了管線的點位信息以及屬性信息［3］。三維應(yīng)用層通過數(shù)據(jù)接口層訪問數(shù)據(jù)庫中的管線數(shù)據(jù)，根據(jù)需要選擇需要模擬的管線范圍，即時實現(xiàn)三維管線的模擬并且呈現(xiàn)給用戶，如圖6所示，在二維GIS庫中選中范圍后，在窗口中選擇相應(yīng)方法即可生成該范圍內(nèi)的三維管線。

圖6 三維管線模擬工具

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)采用二維與三維交互的方式實現(xiàn)三維管線數(shù)據(jù)的瀏覽，其中三維地形場景來自于Skyline的TerraBuild根據(jù)影像和DEM打包制作的Mpt文件。

圖8 二三維管線互定位

二維采用VS2008+ArcEngine方式實現(xiàn)二維數(shù)據(jù)瀏覽和管理;三維采用VS2008+Skyline PRO5.1.1接口實現(xiàn)三維管線的生成和三維場景的瀏覽，同時通過兩者的坐標(biāo)關(guān)系實現(xiàn)二三維的數(shù)據(jù)相互聯(lián)動，通過二三維窗口的切換，實現(xiàn)二三維互定位，效果如圖8所示。

用戶在二維管網(wǎng)圖上選擇指定區(qū)域的管線數(shù)據(jù)，通過三維管線模擬工具，動態(tài)實現(xiàn)所選區(qū)域三維管線場景，調(diào)節(jié)三維地形場景的透明度，效果如圖9所示。

圖9 三維管線效果圖

三維管線系統(tǒng)充分挖掘仿真在管網(wǎng)中的作用，再現(xiàn)真實的三維管網(wǎng)場景，提供基于三維地形場景的導(dǎo)航、飛行等等三維操作功能。同時提供了基于三維管網(wǎng)的輔助分析功能，在三維窗口中選擇管線，再通過調(diào)用二維管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，能夠進行管網(wǎng)的水平凈距、垂直凈距分析，縱橫斷面分析等等功能，如圖10所示。

圖10 管線分析

5 結(jié)語

(1)本文提出了一套完整的城市三維綜合管線的解決方法。通過城市地下管線三維系統(tǒng)的建立，可以通過探測數(shù)據(jù)入庫，然后根據(jù)條件選擇范圍，直接模擬生成城市地下管線三維數(shù)據(jù)模型，建立一個接近客觀世界的真實的地下三維管線，減少工作量。

(2)這種三維建模方式是切實可行的，能夠高效快速的建立大場景的城市三維管線數(shù)據(jù)，直觀快速地顯示和瀏覽三維信息，能滿足城市三維建模的需求。

(3)今后城市地下管線三維信息系統(tǒng)研究將更加著重于還原一個真實與客觀的地下管線埋設(shè)現(xiàn)場，可以參考地下周圍地形和建筑，并實現(xiàn)二、三維數(shù)據(jù)聯(lián)動，能隨意地修改規(guī)劃方案，改變管道埋設(shè)深度，改變管道連接方式、改變管道埋設(shè)走向等，這樣不同的規(guī)劃、不同的方案設(shè)計意圖通過三維建模實時地反映出來，為城市規(guī)劃工作提供參考性決策依據(jù)。

［1］劉新，劉文寶，李成名等.三維GIS中位置關(guān)系的定性描述與推理［J］.測繪學(xué)報，2008(4)

［2］CJJ61－2003.城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］赫建忠，李成名，印潔等.城市綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的建立［J］.工程勘察，2002(3)