■宋子鋮

（遼寧省地理信息院遼寧沈陽110034）

基于Skyline的城市地下三維管線建立探討

■宋子鋮

（遼寧省地理信息院遼寧沈陽110034）

在城市地下管線建設(shè)或舊網(wǎng)更新過程中，需要先開展線路設(shè)計(jì)工作。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)建立在二維空間基礎(chǔ)上，因此無法了解管網(wǎng)的空間位置，使得設(shè)計(jì)圖紙具有明顯的局限性。而Skyline系統(tǒng)則是以三維空間作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，將錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)更好地展現(xiàn)在施工人員眼前，保證了設(shè)計(jì)圖紙的全面性和施工的順利。本文即是對(duì)Skyline程序下城市地下三維管線建立進(jìn)行研究，探討了該技術(shù)的概念，并對(duì)其具體的建模方法進(jìn)行闡述，以期能為相關(guān)工作提供參考。

Skyline城市地下管線三維建模

0 引言

在城市發(fā)展當(dāng)中，地下管網(wǎng)是其主要的生命線，其承載著自來水、供暖熱水、天然氣等的輸送工作，是城市基礎(chǔ)設(shè)施中的基礎(chǔ)。當(dāng)前隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各市均建立了自己的地下管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下管道數(shù)據(jù)的儲(chǔ)備，當(dāng)管道發(fā)生故障或需要更換時(shí)就可以利用這一數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)工作進(jìn)行有效的指導(dǎo)。

1 Skyline系統(tǒng)的概述

傳統(tǒng)的地下管道數(shù)據(jù)圖均是采用二維數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，無法更好地了解管道之間的空間關(guān)系，而實(shí)際上城市地下管網(wǎng)的復(fù)雜程度極高，單純利用二維數(shù)據(jù)圖無法更好地反應(yīng)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。Skyline是一款基于三維空間構(gòu)圖的設(shè)計(jì)程序，并兼有數(shù)據(jù)查詢、存儲(chǔ)和分析功能，這一系統(tǒng)的實(shí)施改變了以往管網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率低、核算困難的局面。

Skyline本身是一款三維平臺(tái)設(shè)計(jì)軟件，基于先進(jìn)的三維數(shù)據(jù)技術(shù)，并且能夠與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相連接，在計(jì)算機(jī)當(dāng)中搭建一個(gè)基于真實(shí)環(huán)境下的三維虛擬設(shè)計(jì)場(chǎng)景。在開展設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)會(huì)利用與衛(wèi)星遙感設(shè)備的連接，從而獲得設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的仿真三維地形圖，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)?mpt而是文件，由此獲得了設(shè)計(jì)過程中的地形數(shù)據(jù)。之后利用TerraExplorer Pro將管道數(shù)據(jù)導(dǎo)入到地形數(shù)據(jù)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)二維模型和三維模型的建立[1]。

2 基于Skyline的城市地下管線三維模擬

2.1 三維模型各環(huán)節(jié)參數(shù)計(jì)算

三維管道設(shè)計(jì)就是基于二維管道數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)每條管線的二維數(shù)據(jù)起始點(diǎn)進(jìn)行提取，然后對(duì)獨(dú)立的三維管道進(jìn)行生成。在Skyline程序當(dāng)中，三維管道是否符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，在模型建立后是否符合實(shí)際情況的主要影響因素就是各環(huán)節(jié)的參數(shù)準(zhǔn)確性。

首先需要對(duì)管道的起始點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行確定，在二維數(shù)據(jù)下管道相當(dāng)于一條直線，因此其不僅包含了起始位點(diǎn)（x1，y1），同時(shí)也包含了終止位點(diǎn)（x2，y2）。而三維模型下管線則處起始位點(diǎn)數(shù)據(jù)外還包括了管道的管線高程值，需要利用程序?qū)υ甲鴺?biāo)參數(shù)進(jìn)行確定。這一長(zhǎng)度的確定不是單純計(jì)算其二維長(zhǎng)度值，而是對(duì)三維空間距離進(jìn)行確定，如果設(shè)起始點(diǎn)為P1、終止點(diǎn)為P2，則管道的空間長(zhǎng)度值計(jì)算公式如下：

公式當(dāng)中的Altitude指的是該管道某點(diǎn)的絕對(duì)高程值，X表示某點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，Y代表縱坐標(biāo)。

其次，還需要對(duì)管線本身的外徑和內(nèi)徑進(jìn)行確定，目前國(guó)內(nèi)各城市應(yīng)用Skyline程序時(shí)均采用1:2000的比例將管道外徑和內(nèi)徑縮小，而管道高程值的確定則需要利用起點(diǎn)處管線高度與管道管徑之和進(jìn)行表示[2]。

第三，由于三維空間當(dāng)中會(huì)對(duì)視覺產(chǎn)生一定的影響，因此還應(yīng)該對(duì)管道的偏航角、傾斜角、旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行確定。其中偏航角主要指的是人體視覺隨著興趣點(diǎn)的偏移而產(chǎn)生的角度，設(shè)正北方向?yàn)槠浇?°，其角度范圍可在0到360°之間變化，該夾角的計(jì)算公式如下：

該計(jì)算公式主要是根據(jù)管線在橫軸投影長(zhǎng)度（Xdist）、縱軸投影長(zhǎng)度（Ydist）進(jìn)行估計(jì)。傾斜角主要指的是人體視覺興趣點(diǎn)的俯仰角度，其角度范圍在-90°到90°之間，其中水平方向?yàn)?°，以Vdist表示管線的高程差，則可以利用以下公式評(píng)估管線的傾斜角：

旋轉(zhuǎn)角主要指的是人體視覺興趣點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度，也是指視覺點(diǎn)繞管線縱軸宣超的角度，其范圍在-180°到180°之間，其中0°代表了水平方向。由于在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中城市地下管道均采用的是圓形管道，其不會(huì)受到旋轉(zhuǎn)角的影響，因此該值可直接設(shè)為0[3]。

2.2 管網(wǎng)模型符號(hào)設(shè)計(jì)

在城市地下管網(wǎng)當(dāng)中涉及的數(shù)據(jù)主要包括兩大類，分別是管線模型和非管線模型。根據(jù)實(shí)際管網(wǎng)功能的不同，其管線和輔助設(shè)備也不盡相同，在制作模型符號(hào)時(shí)必須遵照我國(guó)管線設(shè)備符號(hào)規(guī)定開展，同時(shí)需要借助Skyline程序當(dāng)中的符號(hào)庫(kù)數(shù)據(jù)，利用3D MAX技術(shù)對(duì)各類模型進(jìn)行保存，然后以Skyline系統(tǒng)中本身攜帶的符號(hào)轉(zhuǎn)換功能將其直接記錄在符號(hào)庫(kù)內(nèi)。在設(shè)計(jì)管網(wǎng)時(shí)就可以根據(jù)實(shí)際需求直接查找相應(yīng)的符號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)效率。

2.3 管道模型設(shè)計(jì)

在實(shí)際城市地下管道鋪設(shè)當(dāng)中所應(yīng)用的管道類型分別是圓筒形和方形兩種，因此在設(shè)計(jì)管道模型時(shí)可以利用系統(tǒng)當(dāng)中的BOX和Cylinder功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中方形的管道是利用BOX功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，其可以直接對(duì)方形管道的橫截面、長(zhǎng)度等進(jìn)行選取，提高了模型創(chuàng)建的速率。而圓筒形管道則利用Cylinder來完成構(gòu)建，該功能能夠?qū)⒐艿赖耐猸h(huán)分為多個(gè)切面，而所建立的切面數(shù)量越多，則該管道模型的準(zhǔn)確率也就越高，通過系統(tǒng)將各切面組合在一起就形成了圓筒形的管道模型[4]。在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，方形管道的操作要求較低，而圓筒形管道需要建立多個(gè)切面，因此操作時(shí)的難度更大。在建立管道模型時(shí)，所有的參數(shù)均需要利用上文當(dāng)中提供的公式進(jìn)行計(jì)算，待確認(rèn)無誤后方可導(dǎo)入，同時(shí)需要注意要對(duì)每個(gè)管道進(jìn)行單獨(dú)命名，這樣可以避免整體建模后管道數(shù)據(jù)混亂的問題。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致城市地下管網(wǎng)的復(fù)雜程度也逐漸增加，傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)圖紙已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代管網(wǎng)管理要求，因此必須借助三維數(shù)據(jù)的輔助，進(jìn)一步保證管道空間關(guān)系的準(zhǔn)確性，在管道維修或更換時(shí)才能發(fā)揮更好的指導(dǎo)作用。

[1]劉軍，錢海峰，孫永新.基于Skyline的三維綜合地下管線應(yīng)用與研究 [J].城市勘測(cè)，2011（04）：43-45.

[2]申海鵬，張義文，孫世凱.基于Skyline的三維地下管線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——以石家莊市某實(shí)驗(yàn)區(qū)為例 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（04）：42-44.

[3]宋世凱，李文輝.基于skyline的城市地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型制作技術(shù)淺析 [J].科技資訊，2012（06）：8-9.

[4]唐楨，張新長(zhǎng)，曹凱濱.基于Skyline的三維技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究 [J].測(cè)繪通報(bào)，2010（05）：10-12.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-319-1