可擴展的三維地下管線平臺研制進展

◎ 廈門精圖信息技術股份有限公司業務支持中心總經理 徐敬仙

一、概述

2011年精圖信息申報國家工信部電子信息產業發展基金項目，其目標是面向城市管網（比如燃氣、自來水管網）的管理，定位作為引擎，并面向產業化服務，能適用于將來的技術推廣。平臺支持大數據量、大場景瀏覽、查詢、分析，集成數據采集、三維數據模型、模型展示、數據質量分析，注重功能實用性，并在日常管理之上，設有預警、應急處置方案、模擬演練疏散方案等功能。

1、管網信息化GIS應用的現狀：多數大中城市已經建設或者正在準備建設二維管網信息系統，一般是基于GIS基礎平臺二次開發，包括大比例尺地形圖數據作為基礎空間數據來源基礎，利用管線探測成果，導入生成管網數據，以矢量數據表達基礎地形和管網專題。

現有二維管網GIS存在以下短板：多類信息難以表達，垂直管道、管線共同溝、多孔管道等表達不清晰，井與設備的空間關系難以描述，一井多蓋以及地下構筑物都難以表達，為什么呢？因為，平面地形符號表達真實世界存在著客體體量、方位、立體視覺信息等盲區或丟失問題，所以，三維方式才能更真實反應其空間位置之間的關系。

2、三維管線平臺概述：三維管線平臺，滿足管線設施的空間化、網格化、智能化和可視化，以此為基礎，可進一步實現管網設計、管網運行、管網維修、管網分析、管網決策、自動化科學；集成地下構筑物、樁基、地質信息等全面的地下空間信息，成為政府決策、城市規劃、建設和管理的輔助工具。

二、總體設計

在系統架構方面：基于面向服務框架設計，實現一站式服務管理，形成了空間數據共享和互操作機制，實現了分布式環境下數據、功能與應用的服務；系統體系結構設計，C/S+B/S模式混合三層體系結構；三維數據組織管理方法設計，對三維數據的分層、分塊和LOD模型組織，實現軟件開放性設計。系統由下至上共五層，以網絡、軟件硬件為基礎設施，以數據和中間件應用為支撐，在業務系統上搭建管線綜合管理子系統和網上發布子系統，通過子系統可以實現管網數據管理。

在技術方法方面，包括海量空間與非空間數據一體化，還有二維三維數據一體化管理等技術，海量管線數據及屬性數據的聯合管理；三維管線快速自動建模技術，由管線探測成果表自動生成三維管線圖，并快速顯示；數據庫版本控制技術，可避免多用戶同時操作的沖突，并對歷史數據進行管理；數據監理查錯技術，較好地處理管線之間橫向和縱向的關系，保證數據質量；多尺度三維地圖顯示技術，實現清晰的顯示效果，三維場景的動態模擬。

在數據存儲方面，采用集中式存儲的方式，以Oracle、SQLServer等主流數據庫管理軟件作為數據庫基礎平臺，采用ESRI的ArcSDE和KingMap平臺作為空間數據引擎，二維數據庫可以控制AreSDE驅動。

在數據處理方面，對地下管線數據進行檢查、處理、入庫，形成統一格式、統一空間參照、樣式、圖例。數據入庫過程，主要是把管線二維基礎平臺工具將經過處理的管線成果數據和基礎地形數據導入到Oracle數據庫中，包括幾個主要步驟：一個是建立數據庫、數據導入、數據檢查，建立網絡拓撲、注冊版本。在數據入庫之后，將數據驅動符號化，將空間數據表現為符號，從抽象二維點線符號，表達為接近客觀世界的三維符號，三維符號種類繁多，數據驅動，基于數據表格自動生成，尺寸、連接、空間關系自動處理，現有探測規程滿足絕大部分需要，但在一井多蓋、管廊、構筑物等數據表示方面待完善，連接點處三維符號顯示效果可手工改善。

三、功能介紹

基本功能：首先三維管線自動生成，在調整顯示效果方面，處理地面、建筑、地下的顯示層級與主次關系。

數據管理：三維管線數據編輯、監理檢查、數據入庫、數據庫更新。

查詢統計：按屬性條件查詢、按道路查詢等查詢統計功能，在顯示效果上，讓建筑物和地表都處于突出顯示管線狀態。

空間分析：水平凈距和垂直凈距；通視分析，開掘分析，淹沒分析，橫斷面分析，和二維系統橫斷面分析很相似，縱斷面分析。

平臺的擴展性方面，可實現地下構筑物信息管理，創建三維構筑物信息查詢，常見的是三下三維停車場的場景，還有地下構筑物三維軸側圖查詢，甚至三維相鄰分析，三維立體間距分析，在線模擬應用，可對地下商場、地下停車場、地鐵等進行室內、室外瀏覽，地下建筑物設施進行查詢，模擬人或車在地下建筑物中行走，加載設計的地下建筑物模型分析是否與周邊建筑物管線發生碰撞。

體系結構圖

平臺特點：

特點1：無論是否具有二維管線系統基礎，均可方便地實現從二維到三維的建設，原來有二維管線GIS應用系統，可以快速借助二維ArcSDE引擎整理數據入庫，尚未未建立二維管線系統，平臺提供自帶引擎，無需單獨購買平臺，可以實現二三維系統同步建設；

特點2：現有的很多三維GIS不是基于數據庫的，本三維管線平臺基于數據庫設計，并與原有二維管線基礎數據關聯，程序驅動三維顯示，三維模型單獨存儲。

四、下一步探索

第一，強化地下顯示效果，強化泥土效果，地下環境真實感還原。

第二，三維數據動態更新，支持三維數據編輯更新。

第三，支持應用領域業務化，假設地鐵50米緩沖的安保區、沿線管線、地鐵本體，在需要三維顯示時候能夠跟地鐵修建、日常管理、未來業務即時關聯起來。