三維地下管網管理系統的設計與實現

肖長偉， 曲國鵬， 劉家興， 邱冬冬

(江蘇建筑職業技術學院， 江蘇徐州 221116)

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三維地下管網管理系統的設計與實現

肖長偉， 曲國鵬， 劉家興， 邱冬冬

(江蘇建筑職業技術學院， 江蘇徐州 221116)

地下管網系統是城市建設和發展的生命線，三維地理信息系統為城市地下管網的數字化管理提供了先進的技術，利用其在三維可視化和空間分析方面的優勢，實現地下管網系統的三維可視化、空間分析等基本功能，有助于管理者的管理、分析和決策。文章以曹妃甸港口三維地下管網管理系統為例，對三維地下管網管理系統的設計與實現進行了探討。

三維地理信息系統； 地下管網； 管理系統； 三維可視化

城市地下管網是一個極其龐大的復雜系統，是城市建設的重要內容和城市發展的生命線。在現實的工作當中，城市地下管網系統種類繁多、層次復雜、變動頻繁，管理非常困難。隨著城市化進程的加快，傳統二維的地下管網管理模式難以對大量的管網信息進行有效的描述和表達，因此，如何管理好城市地下管網系統，更好的分析和決策成為管理者面對和解決的重要課題[1-2]。

隨著三維地理信息系統技術的發展，其在城市三維地下管網管理系統中的應用正成為一種趨勢。三維城市地下管網系統不僅具備空間實體定義能力，而且具備三維可視化、空間查詢和空間分析能力，通過地下管網管理系統可以將地下管網立體的表現出來，從而使其與其相關的屬性信息和圖表關聯起來，并可以對這些數據進行空間查詢、三維可視化、統計分析和管理決策等。同時通過網絡三維地理信息系統可以使得各個部門能夠共享地下管網系統，實現地下管網數據的快速更新[3-4]。

在三維城市地下管網地理信息系統基礎上，加上地上的房屋、道路、橋梁以及其他建筑物等三維模型，形成三維立體場景，可以實現城市地上和地下設施三維可視化，為城市的規劃管理、設計、施工等提供可視化、信息化的管理工具，有助于管理者快速、科學、準確的進行分析和決策。本文以曹妃甸港口三維地下管網管理系統為例，對三維地下管網管理系統的設計與實現進行了探討。

1 系統的總體框架

圖1為曹妃甸三維地下管網管理系統總體架構圖。曹妃甸三維地下管網管理系統總體結構采用分層式結構，以地下管網模型庫、地上建筑物模型、基礎地理信息數據以及管線專題數據作為數據層，以ARCGIS為三維可視化和空間分析的開發平臺，開發三維地下管網應用服務系統。綜合考慮目前曹妃甸港口地下管網的應用需求及城市地下管線管理的發展趨勢，結合三維地理信息系統開發平臺的技術水平，三維地下管網管理系統采用B/S和C/S混合的體系結構進行開發，應用系統既能滿足地下管網專業應用和管理的需求，又可以快速實現管網數據發布、共享和維護[5]。

圖1 曹妃甸三維地下管網管理系統總體架構圖

2 數據庫的組織與設計

數據是地理信息系統的“血液”，數據庫的建設是實現地下管網管理系統的關鍵，該系統采用SQLServer數據庫，主要分為基礎地理信息數據庫、地下管網數據庫、地上建筑物三維模型數據庫等[4]。

2.1 基礎地理信息數據庫

該系統以1:500地形圖為系統背景，直接采用AutoCAD2010的DXF文件格式存儲圖形數據。

2.2 地下管網數據庫

管網的竣工資料和探測的結果大多是二維矢量點和線數據，其屬性主要包括管線的平面坐標、高程、管線材質、管徑、埋深等，該系統根據管線二維數據的平面坐標、埋深、管徑等數據批量生成三維管線模型、關聯屬性數據庫，并且提取管線之間的拓撲關系，自動生成三維管線和彎頭。

2.3 地上建筑物三維模型數據庫

地上建筑物三維模型數據庫主要包括曹妃甸港口區地面建筑物(房屋和碼頭等)、道路、生產設備(皮帶機和裝卸機等)的三維模型數據[4]。

3 三維地下管網管理系統的功能實現

三維地下管網空間錯綜復雜，同一位置上不同深度會有不同類型的管網重疊。為了便于城市地下管線的日常管理、屬性查詢以及管網數據的維護更新等專業應用需求，借助三維地理信息系統平臺，從基礎功能模塊和空間分析應用模塊兩方面實現其功能的開發。

三維地下管網管理系統基礎功能模塊主要包括用戶權限管理，管線數據的加載、修改和刪除，三維管網模型的編輯和維護，坐標和屬性標注，管線長度統計，屬性查詢和區域查詢，簡單條件查詢，區域統計等功能；還包括三維場景瀏覽、空間量測、管線信息查詢定位、閥門和水表信息查詢定位等功能；此外還包括地下管線統計分析、橫斷面分析、流向分析、拓撲分析以及管線相交分析等專業分析功能，為管網管理各部門提供三維直觀、準確的地下管網信息，為管網的規劃、設計和施工提供決策和依據。該系統提供二維管線和三維管線聯動機制，實現了地下二維管線系統與地下三維管線系統的耦合，可以充分發揮二維管線系統在屬性查詢，分析等方面的長處，又可以借助三維可視化技術對查詢、分析結果進行三維展示，使得查詢和分析的結果更便于理解，真實反映規劃和施工現場的地下管線情況。

如圖2管線開挖分析，針對地下管網管理過程中經常出現的地面開挖問題，管網系統提供了任意區域的地面開挖模擬，設置開挖深度和邊界范圍，三維地形自動塌陷，暴露出地下管網的分布情況。圖3拓撲分析，根據指定的兩條管線，分析出連通這兩條管線的所有管線，此外還有爆管分析、流向分析、關閉水表分析及影響區域分析等功能，為管理和施工提供決策支持[4-5]。

4 結束語

地下管網系統作為城市建設和發展的生命線，傳統的圖檔式二維管網管理系統已經不能適應城市管線管理、更新、空間分析和決策的需要。本文開發的曹妃甸港口三維地下管網管理系統在一定程度上解決了目前城市地下管線在規劃、設計和施工管理等方面的實際問題，極大的提高了管理

圖2 曹妃甸三維地下管網管理系統開挖分析效果圖

圖3 曹妃甸三維地下管網管理系統連通性分析效果圖

部門的工作效率。

[1] 路玲玲.城市地下管網信息管理問題研究[J].地域研究與開發，2008,27(2)：47-50.

[2] 孟浩東.濱海高新區綜合管網規劃管理系統的研究與實現[J].城市勘測，2012(3):12-15.

[3] 肖樂斌，鐘耳順，劉紀遠，等.三維GIS的基本問題探討[J].中國圖形圖像學報，2001,24(9)：842-848.

[4] 吳健男，張占民，肖長偉.基于三維GIS的港口地下管網管理系統設計與實現[J].價值工程，2013(19):198-201.

[5] 姜波.三維地下綜合管網系統的設計與實現[J].城市勘測，2013，26(4):53-54.

肖長偉(1986～)，男，碩士研究生，教師，研究方向為GNSS數據處理與GNSS導航星座精密軌道確定。

TU990.3

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[定稿日期]2016-06-30