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）

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)計工作。傳統(tǒng)的設(shè)計技術(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)計基礎(chǔ)，將錯綜復(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)計圖紙的全面性和施工的順利。本文即是對Skyline程序下城市地下三維管線建立進行研究，探討了該技術(shù)的概念，并對其具體的建模方法進行闡述，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)，實現(xiàn)了對地下管道數(shù)據(jù)的儲備，當(dāng)管道發(fā)生故障或需要更換時就可以利用這一數(shù)據(jù)庫對工作進行有效的指導(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)進行記錄，無法更好地了解管道之間的空間關(guān)系，而實際上城市地下管網(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)計程序，并兼有數(shù)據(jù)查詢、存儲和分析功能，這一系統(tǒng)的實施改變了以往管網(wǎng)數(shù)據(jù)準確率低、核算困難的局面。

Skyline本身是一款三維平臺設(shè)計軟件，基于先進的三維數(shù)據(jù)技術(shù)，并且能夠與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相連接，在計算機當(dāng)中搭建一個基于真實環(huán)境下的三維虛擬設(shè)計場景。在開展設(shè)計時系統(tǒng)會利用與衛(wèi)星遙感設(shè)備的連接，從而獲得設(shè)計區(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)計算

三維管道設(shè)計就是基于二維管道數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對每條管線的二維數(shù)據(jù)起始點進行提取，然后對獨立的三維管道進行生成。在Skyline程序當(dāng)中，三維管道是否符合實際標準，在模型建立后是否符合實際情況的主要影響因素就是各環(huán)節(jié)的參數(shù)準確性。

首先需要對管道的起始點坐標參數(shù)進行確定，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（x1，y1），同時也包含了終止位點（x2，y2）。而三維模型下管線則處起始位點數(shù)據(jù)外還包括了管道的管線高程值，需要利用程序?qū)υ甲鴺藚?shù)進行確定。這一長度的確定不是單純計算其二維長度值，而是對三維空間距離進行確定，如果設(shè)起始點為P1、終止點為P2，則管道的空間長度值計算公式如下：

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

其次，還需要對管線本身的外徑和內(nèi)徑進行確定，目前國內(nèi)各城市應(yīng)用Skyline程序時均采用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處管線高度與管道管徑之和進行表示[2]。

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

該計算公式主要是根據(jù)管線在橫軸投影長度（Xdist）、縱軸投影長度（Ydist）進行估計。傾斜角主要指的是人體視覺興趣點的俯仰角度，其角度范圍在-90°到90°之間，其中水平方向為0°，以Vdist表示管線的高程差，則可以利用以下公式評估管線的傾斜角：

旋轉(zhuǎn)角主要指的是人體視覺興趣點的旋轉(zhuǎn)角度，也是指視覺點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。由于在實際設(shè)計當(dāng)中城市地下管道均采用的是圓形管道，其不會受到旋轉(zhuǎn)角的影響，因此該值可直接設(shè)為0[3]。

2.2 管網(wǎng)模型符號設(shè)計

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，在制作模型符號時必須遵照我國管線設(shè)備符號規(guī)定開展，同時需要借助Skyline程序當(dāng)中的符號庫數(shù)據(jù)，利用3D MAX技術(shù)對各類模型進行保存，然后以Skyline系統(tǒng)中本身攜帶的符號轉(zhuǎn)換功能將其直接記錄在符號庫內(nèi)。在設(shè)計管網(wǎng)時就可以根據(jù)實際需求直接查找相應(yīng)的符號數(shù)據(jù)，進而提升設(shè)計效率。

2.3 管道模型設(shè)計

在實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)計管道模型時可以利用系統(tǒng)當(dāng)中的BOX和Cylinder功能進行設(shè)計。其中方形的管道是利用BOX功能進行設(shè)計，其可以直接對方形管道的橫截面、長度等進行選取，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)分為多個切面，而所建立的切面數(shù)量越多，則該管道模型的準確率也就越高，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]。在實際設(shè)計當(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切面，因此操作時的難度更大。在建立管道模型時，所有的參數(shù)均需要利用上文當(dāng)中提供的公式進行計算，待確認無誤后方可導(dǎo)入，同時需要注意要對每個管道進行單獨命名，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，進一步保證管道空間關(guān)系的準確性，在管道維修或更換時才能發(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，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——以石家莊市某實驗區(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，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].測繪通報，2010（05）：10-12.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-319-1