地下管網時空信息集成與管理技術創新

程勉志，侯 岳，張 鍵，方樂道

(河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003)

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地下管網時空信息集成與管理技術創新

程勉志，侯 岳，張 鍵，方樂道

(河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003)

提出了建立管網信息普查及信息錄入系統，以及完善管網信息關系數據庫、綜合管網圖制作、管網信息空間數據庫、三維管網部件模型庫等各項工作，通過調用不同數據庫的空間信息與屬性信息，實現了三維管網模型的快速構建。采用MD5建立了管網模型與屬性信息自動關聯技術，疊加了原有的地表建(構)筑物模型，引入了統一的時空基準，開發了地上下建(構)筑物管理平臺，具有三維模式下現有二維地圖無法實現的空間分析等功能，實現了各類三維數據的綜合可視化和融合分析，可為城市地下管網管理提供更直觀的輔助決策支持。

地下管網；空間數據庫；屬性關聯；統一基準

城市地下管線是城市基礎設施的重要組成部分,是城市賴以生存和發展的物質基礎,被稱為城市的生命線。隨著經濟與社會的發展，對地下空間的開發逐漸增大，地下管線與地上建(構)筑物的空間位置關系的重要性日益突出[1-4]?，F有的地下管線主要是利用二維圖形方式表示管線的位置和結構，是真實空間在二維平面的符號化表示，存在數據簡單、信息含量少、缺乏關聯性等不足，僅能體現管線在圖上的位置及周邊地形地物分布，空間表現和分析能力存在局限，無法直觀地獲取地上、地下建(構)筑物在立體上的感官效果，難以對管線信息進行有效的管理和利用[5-6]。因此，研究基于管網數據快速構建地下管線三維模型方法，并在虛擬世界中建立“真實的三維場景”，直觀展示周邊真實環境狀況，對三維地下管網的精細化管理具有重要意義和實際價值。

針對地下管網信息管理從平面向立體化發展的需求，本文研發了管網信息普查及信息錄入系統，建立完善管網信息關系數據庫、綜合管網圖制作、管網信息空間數據庫、綜合管網三維空間信息管理系統等各項工作，充分利用現有的地上建(構)筑物模型成果，通過引入統一的時空基準，建立了面向地上、地表、地下統一表達的三維建(構)筑物時空數據管理平臺，綜合運用三維GIS的分析功能，實現各類三維數據的綜合可視化和融合分析等，突破了空間信息在二維平面中單調展示的束縛，為信息判讀和空間分析提供更好的技術途徑。

1 顧及拓撲關系的地下管網快速建模技術

本文提出將維度建模與主題域實體關系建模相結合，采用3NF實體關系理論對數據抽象、整合，建立了分級分層多要素時空編碼映射體系及企業級數據倉庫，實現了地下管網圖形和屬性信息的一體化管理[7-8]。

根據地下管網屬性、空間形態、表現特征及埋深、管徑、材質等信息，建立城市管網屬性錄入系統，包括管線屬性關系數據庫、管線屬性空間數據庫、二維綜合管網圖、三維管網部件模型庫等。利用Delphi對數據庫很強的管理功能，結合AutoCAD二次開發功能實現二維綜合管網圖參數化制作、三維綜合管網參數化建模。通過抽象、簡化并確立精細管線三維數據模型基本組成元素，以及通過調用數據庫的屬性信息數據庫、管網部件模型數據庫，實現地下三維管網的快速建模(如圖1所示)。

圖1 地下管網屬性錄入及自動建模

2 三維數據與房產登記信息的自動關聯

為實現管網三維模型單元與屬性信息的關聯，本文在模型數據加工過程中賦予每個模型一個唯一標識ID，即對管網模型進行“身份認證”。根據模型的ID可將建(構)筑物模型與不動產權屬信息進行關聯，以便在程序中方便調用，具體技術流程如圖2所示。

圖2 模型屬性關聯技術流程

鑒于管網模型數據量大，為保證每個模型具有唯一的ID，需要根據每個模型的地理坐標和管網類別等屬性信息確定其ID。由于這些數據生成的字符串長度差別大、格式混亂，不利于管理和查詢，而MD5算法可保持信息傳輸的完整性和一致性，具有計算簡便、抗修改性及強抗碰撞性等特點，因此利用MD5算法生成長度固定且唯一的字符串作為ID[9-11]。在確定合適字符串長度的同時保證了每個模型ID的唯一性。本文基于3ds Max平臺研發了提取模型坐標信息、轉化為字符串的程序，并利用MD5算法將坐標字符串轉化為固定長度且唯一的字符串作為模型對象的ID，記錄在數據表中，通過關系表達實現與屬性信息關聯(如圖3所示)。

圖3 管網模型與屬性信息關聯

3 地上下不動產數據集成與一體化表達技術

本文引入統一的時空基準，提出基于空間對象層次結構的地理空間特征與業務語義管理行為一體化模型的統一時空表達方法，建立了面向多主題的地上、地表、地下統一表達的三維建(構)筑物時空數據模型，具有二維電子地圖和三維虛擬場景的切換和聯動分析、基于時間序列模型的統一管理等功能[12-14]。

針對目前基于二維地理信息數據的地上下對照圖，無法直觀表達管網的高程信息等問題，通過研究地上、地下建(構)筑物的空間拓撲關系、垂直對照關系，分析地上、地層、地下時空表達方法，完成了地上下統一管理程序平臺；開發的三維可視化綜合管理信息化平臺(如圖4所示)，以C/S或B/S架構進行三維應用和發布，實現地面開挖分析(如圖5所示)、地下管網斷面分析(如圖6所示)、管網查詢分析等功能，搭建了地上下建(構)筑物的統一管理平臺。

圖4 地上下建(構)筑物統一管理平臺

圖5 地下管網開挖分析

圖6 地下管網斷面圖分析

4 結 語

本文通過產學研長期密切合作，建立了城市地下管網管理信息系統，實現了管網信息普查及信息錄入，建立完善了管網信息關系數據庫、綜合管網圖制作、管網信息空間數據庫(GIS)、綜合管網三維空間信息管理系統等各項工作。在快速建模方面，基于AutoCAD 2010二次開發，根據參數化制圖獲取各類參數，能夠自動生成二維、三維管線圖，實現城市地下綜合管網二維、三維展示。

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Technology Innovation for Integration and Management Underground Pipe Network Spatial Information

CHENG Mianzhi,HOU Yue,ZHANG Jian,FANG Ledao

(Surveying & Mapping Engineering Institute of Henan Province, Zhengzhou 450003, China)

This paper proposes to build a system about pipe network information census and information entry, establish and improve the network information relational database, comprehensive pipe network drawing, pipe network information space database, three-dimensional pipe network parts model library and other work. By calling the spatial information and attribute information from different databases, this paper rapidly build three-dimensional network model.Using the technology of MD5 related with the real pipe model and property rights, superimpos on the original surface building (structure) building model, this paper introduces the same space-time reference,develops the ground to build (structure) building management platform, and implements the comprehensive of all kinds of 3D data visualization and dissolve analysis. The system can provide more intuitive decision support in urban underground pipe network management.

underground pipe network; spatial database; relating property rights; unified benchmark

程勉志，侯岳，張鍵，等.地下管網時空信息集成與管理技術創新[J].測繪通報，2017(7)：117-119.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0236.

2016-10-17

2016年國家重點研發計劃(2016YFC0803103)

程勉志(1965—)，男，副高級工程師，主要研究方向為測繪工程。E-mail：13783715300@139.com 通信作者： 侯 岳

P208

A

0494-0911(2017)07-0117-03