周治祥

浙江華東測(cè)繪地理信息有限公司 浙江 杭州 310016

一、引言

城市的地下管網(wǎng)線(xiàn)是城市運(yùn)作的重要基礎(chǔ)設(shè)施,堪稱(chēng)城市的“生命線(xiàn)”[1]。隨著我國(guó)城市信息化的高速發(fā)展,城市地下管網(wǎng)面臨的難題也越來(lái)越多。在我國(guó)早期的城市化建設(shè)過(guò)程中,對(duì)地下管網(wǎng)的重視程度不夠,導(dǎo)致地下管網(wǎng)雨水和污水錯(cuò)接、混接情況時(shí)有發(fā)生,導(dǎo)致水污染情況嚴(yán)重。近年來(lái),各大、中、小城市都在城市管理、市政基礎(chǔ)設(shè)施管理、城市安全管理等日常事務(wù)下,越來(lái)越重視地下綜合管網(wǎng)的排查、治理[2]。隨著云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、導(dǎo)航、遙感技術(shù)的飛速發(fā)展,地理信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。人工智能、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)端等新興技術(shù)亦廣泛應(yīng)用在城市地下綜合管網(wǎng)的生產(chǎn)、更新、管理和應(yīng)用中,極大地推動(dòng)智慧地下管網(wǎng)的落地和實(shí)現(xiàn),管線(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入了智慧管網(wǎng)時(shí)代[2]。

在這樣的背景下,“市政管線(xiàn)三維數(shù)字管理平臺(tái)”應(yīng)運(yùn)而生,該平臺(tái)集成了地面實(shí)景三維、地下管線(xiàn)三維、管線(xiàn)缺陷標(biāo)識(shí)等功能,地面實(shí)景三維數(shù)據(jù)是通過(guò)無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),采集并制作三維成果,形成符合人眼視覺(jué)的真實(shí)直觀世界,一比一還原現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,實(shí)景三維模型不僅可以形象生動(dòng)的展示周邊環(huán)境,也為三維場(chǎng)景內(nèi)其他數(shù)據(jù)提供依附信息,更直觀、準(zhǔn)確的管理、展示市政管線(xiàn)排查工作的成果。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。本平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)采用了標(biāo)準(zhǔn)三層結(jié)構(gòu),由數(shù)據(jù)層、邏輯層和表現(xiàn)層組成,如圖1所示。

1)數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層是平臺(tái)的數(shù)據(jù)支撐,用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理。該平臺(tái)數(shù)據(jù)層由空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成,為平臺(tái)提供空間數(shù)據(jù)以及元數(shù)據(jù)服務(wù)。本平臺(tái)采用Mysql關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各類(lèi)元數(shù)據(jù)、地形、管線(xiàn)等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。

2)邏輯層：該層也稱(chēng)為應(yīng)用組件層,是數(shù)據(jù)層和服務(wù)層之間的連接,通過(guò)構(gòu)建與系統(tǒng)各功能相關(guān)服務(wù),對(duì)平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行處理,為應(yīng)用層提供服務(wù)支撐。平臺(tái)采用Skyline接口,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯,如管線(xiàn)模型管理、存儲(chǔ)、讀取、修改、更新等等。

3)應(yīng)用層：該層作為平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)層,面向用戶(hù)需求,提供管線(xiàn)模型管理、管線(xiàn)缺陷管理等應(yīng)用模塊。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。本文將平臺(tái)按照功能模塊化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)和劃分,并根據(jù)用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求,將平臺(tái)功能劃分為5個(gè)模塊,如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

三、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1、三維建模技術(shù)。三維建模技術(shù)能夠直觀展現(xiàn)三維空間的具體信息,在數(shù)字城市建模中發(fā)揮著重要作用[3]。首先,構(gòu)建物體的三維模型,可以直觀、平面、真實(shí)、清晰地反映數(shù)字城市的具體情況;其次,能夠基于二維數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu),將三維視場(chǎng)完美地融入到城市的地理信息建設(shè)中;并且,該技術(shù)能夠有效提高數(shù)字城市的數(shù)據(jù)維護(hù)效率,加強(qiáng)用戶(hù)的體驗(yàn)感,為城市的發(fā)展提供便利[4]。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維建模主要是通過(guò)傾斜攝影獲取的多角度的影像數(shù)據(jù),通過(guò)自動(dòng)化建模軟件,生產(chǎn)三維模型。其整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 實(shí)景三維建模流程圖

2、Web GIS技術(shù)。Web GIS,即Web瀏覽器上的GIS系統(tǒng),支持用戶(hù)在瀏覽器上進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)處理操作、數(shù)據(jù)檢索、空間分析、可視化展示等[5]。Web GIS使得以前在GIS軟件中才能實(shí)現(xiàn)的功能可以在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)。

Web GIS體系采用B/S架構(gòu),如圖4所示,該體系主要由空間數(shù)據(jù)庫(kù)、Web GIS服務(wù)器和客戶(hù)端組成。該體系運(yùn)行過(guò)程如下：用戶(hù)首先通過(guò)界面操作向服務(wù)端發(fā)起請(qǐng)求,該請(qǐng)求通過(guò)HTTP協(xié)議被轉(zhuǎn)移到Web GIS服務(wù)器,并在服務(wù)器中分析該操作請(qǐng)求,并執(zhí)行請(qǐng)求,執(zhí)行請(qǐng)求時(shí)根據(jù)需求訪(fǎng)問(wèn)相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。最后,服務(wù)器將分析結(jié)果通過(guò)HTTP響應(yīng)返回到客戶(hù)端[6]。相較于C/S端的GIS軟件,基于Web GIS的平臺(tái)無(wú)需安裝任何軟件,具有分布性強(qiáng)、維護(hù)方便、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單且共享性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此本平臺(tái)采用B/S框架進(jìn)行平臺(tái)搭建。

圖4 Web GIS體系架構(gòu)

3、Skyline。Skyline系列軟件是基于地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維可視化地理信息系統(tǒng)。Skyline能夠利用矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)、3D模型和非空間屬性數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)源,創(chuàng)建可視化、交互式的三維場(chǎng)景[8];能夠快速地創(chuàng)建、瀏覽、處理、編輯和分析真實(shí)的大范圍的地表三維景觀,支持大型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取存儲(chǔ)和管理,內(nèi)嵌了實(shí)時(shí)信息通訊技術(shù),面對(duì)海量數(shù)據(jù)仍可保持高速流暢的操作。

Skyline Globe6的框架圖如圖5所示：

圖5 Skyline Globe框架圖

Skyline軟件開(kāi)發(fā)采用的是面向?qū)ο缶幊谭椒?使用的是基于COM 組件的開(kāi)發(fā)技術(shù)。使用的編程環(huán)境.NET,以及本語(yǔ)言Java Script和Vbscript包含于HTML中,共同實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)功能。Skyline的二次開(kāi)發(fā)文檔提供了許多的API接口,這便于編程人員很方便地使用其接口實(shí)現(xiàn)所需的功能,而不必知道接口函數(shù)封裝實(shí)現(xiàn)功能的過(guò)程。利用這些接口的組合就足以滿(mǎn)足普通功能的實(shí)現(xiàn)。

四、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本文的研究區(qū)域?yàn)榘不帐∈徍?蕪湖市位于安徽省東南部,地處長(zhǎng)江中下游,城市污水系統(tǒng)以長(zhǎng)江為界,分為江北和江南片區(qū),其中江南片區(qū)包括朱家橋污水處理系統(tǒng)等7個(gè)污水系統(tǒng),江北片區(qū)包括沈巷污水系統(tǒng)等3個(gè)污水系統(tǒng),共計(jì)10個(gè)污水處理系統(tǒng),以及10座污水處理廠和若干提成泵站。

“地下管線(xiàn)三維展示與查詢(xún)”模塊主要面對(duì)城市級(jí)的海量管道數(shù)據(jù),平臺(tái)提供了成果統(tǒng)一展示與管理,同時(shí)也提供了豐富的查詢(xún)模式,大幅提升數(shù)據(jù)交互的便利性,平臺(tái)支持點(diǎn)擊查詢(xún),所見(jiàn)即所得,可以設(shè)定條件查詢(xún),按用戶(hù)要求提供成果,可以按任意區(qū)域查詢(xún),滿(mǎn)足范圍數(shù)據(jù)摸底,也可以提供各類(lèi)剖面、開(kāi)挖查詢(xún),為工程施工提供輔助。

圖6 地面實(shí)景三維

“管線(xiàn)缺陷標(biāo)識(shí)”模塊主要提供了管線(xiàn)檢測(cè)的缺陷標(biāo)識(shí)功能,實(shí)現(xiàn)了缺陷統(tǒng)計(jì)、缺陷分類(lèi)、缺陷現(xiàn)場(chǎng)照片以及視頻查看。截至目前,蕪湖市共完成1728.1公里檢測(cè),發(fā)現(xiàn)了1371個(gè)混接點(diǎn),31058處缺陷,不僅體檢與清掃了蕪湖市血管系統(tǒng),更是創(chuàng)建了排水系統(tǒng)的缺陷庫(kù),實(shí)現(xiàn)了缺陷與管段的地理位置的準(zhǔn)確匹配 數(shù)據(jù)的共享與訪(fǎng)問(wèn),依托信息化平臺(tái),用戶(hù)可以隨時(shí)隨地調(diào)取、查閱相關(guān)信息,為后續(xù)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維提供了輔助決策。

圖7 地下三維管線(xiàn)模型

圖8 缺陷統(tǒng)計(jì)與查看界面

五、結(jié)語(yǔ)

在城市數(shù)字化穩(wěn)健發(fā)展的今天,對(duì)市政排水管網(wǎng)的排查工作進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的管理與發(fā)布是城市數(shù)字化、科學(xué)化的必然趨勢(shì)。本文基于B/S架構(gòu),采用三維GIS技術(shù),實(shí)現(xiàn)了市政排水管線(xiàn)的信息化管理。采用Skyline作為基礎(chǔ)平臺(tái),開(kāi)發(fā)了一套功能使用的管線(xiàn)三維數(shù)據(jù)管理平臺(tái),為管線(xiàn)排查、規(guī)劃等工作提供了可靠的技術(shù)支撐。