Cesium三維場景支撐下的南水北調地下管線應用

孟曉宇 張 恒（河南省水利勘測有限公司）

0 引言

南水北調受水區供水配套工程是總干渠沿線分水口門到各城市水廠之間的輸水工程，擔負著承上啟下的輸水任務，其安全運行與管理是城市供水的直接保障。因此，配套工程地下管線信息的即時獲取和科學高效的管理受到社會持續關注。配套工程地下管線信息化是充分利用地理信息技術，采集、管理、更新、維護地下管線數據，開發利用地下管線信息資源，促進地下管線信息交流與資源共享，并推動地下管線信息在城市運維中發揮重要作用的過程，它是推動城市現代化建設與管理的重要技術手段之一。

論文利用濮陽段配套管線數據批量生成三維模型，并通過二次開發及算法來實現在WEB平臺上的三維可視化應用。

1 概況與前期準備

濮陽市南水北調配套工程輸水線路全長約41 km，年分配水量1.19 億m3。濮陽35 號三里屯分水口共計3 條輸水線路，分別向濮陽市區、清豐縣的2 座水廠及濮南引黃調節池供水。該輸水線路上分有1 條主管線和2 條支線，且存在著不同種類的閥井閥件，因其管線埋于地下，有的管線段還涉及穿越，管徑大小、坡度均有差別。那么對于建設單位而言，想要精確的掌握空間分布，了解某區域內的具體要素信息并非易事。

當然，利用現代信息技術，融合二三維一體化的GIS平臺，將已經完成的竣工數據、設計文件以及實測數據進行充分的整理，提取有效信息，通過4VQFS. BQ等平臺進一步的處理，制作并疊加覆蓋全區域的管點要素、線要素、閥井要素等專題圖層，繪制配套工程“一張圖”，可以為二三維一體化的GIS平臺提供充足的數據支持。

2 數據處理

圖1 處理流程圖

最終，將包含空間信息的點要素、線要素的專題圖層以及地形圖層等三維場景打包生成s3m 的緩存數據，登錄服務端iServer 將其發布成三維服務，數據集名稱為Result，三維數據類型為OSGB。同時將緩沖區面等發布成數據服務，以便在Web應用中調用。

3 關鍵技術及應用

3.1 二維地圖平臺實現

目前二維地圖制圖的相關功能較為成熟，主流商業軟件均能較好實現，對數據并無特殊要求。在ArcGIS 桌面軟件制作地圖的流程為:根據規程要求定制相應二維符號庫，將管網、點數據添加到地圖中，對不同圖層生成相應專題圖并發布服務疊加到二三維一體化GIS平臺中。為了保證數據的統一性，本文統一將圖層坐標系設置為WGS84坐標系。

3.2 三維場景可視化

FTJVN 是基于+BWB4DSJQU編寫的使用WebGL的地圖引擎，在B/S 框架下可以支持絕大多數的瀏覽器展示3D 效果，基于 FTJVN 并配合已有的API二次開發，實現在三維場景下動態地理空間數據的可視化［10］，實現沿管線走向的模擬開挖，關鍵構件的數據提取等應用。首先在B 端創建標簽元素用來作為三維地球的容器，初始化 FTJVN7 JFXFS實例，通過關鍵代碼疊加不同的圖層服務。

上述公式中：sLi（），dLi（）僅代表實現方法的函數，v 代表初始化視圖WJFX，①式表示加載的三維切片服務，sui代表多個url 服務的數組，另外一個參數代表命名服務名稱的鍵值對。②式代表通過url 形式的服務加載地形，③式則表示直接調用在平臺上發布的接口并返回json格式的數據服務。

疊加完圖層服務之后，開始創建相機視角，將三維場景飛行到濮陽配套工程管線區域上，同時將坐標轉換為笛卡爾分量后定位該區域，因三維管線采用絕對高度，處于地形之下，將地形隱藏之后，即可直觀的看到三維地下管線的展示效果，如圖2所示：

而要想實現對地下管線的走向或查詢要素，要對地形進行模擬開挖，利用數據處理結果中的緩沖區面來對管線上部的帶狀地形沿線開挖，具體算法如下所示：

上述獲取數據接口的函數中得到緩沖區坐標點串，記為QPJOU-JTU，并且在④式中QPJOUT代表含有x，y坐標分量的空間對象。通過⑤式循環將轉換后的空間點位置依次入棧。最終通過調用API方法查詢完成的地形切面并完成開挖。

三維量測的功能可以對帶有高程的三維地下管線進行距離、高程以及面積量測。

圖2 三維地下管線圖

其關鍵技術的解決與優化可以對傳統二維地下管網管理系統進行提升，利用三維GIS 可視化技術，將地下管網以一定比例的三維模型形式直觀、真實地表現出來，用科學的手段使得城市地下管網的管理工作變得簡單易行，解決了人工管理效率低下以及二維系統表現力不強的缺陷。

4 總結

文章構建了配套工程地下管線空間數據模型，利用空間數據庫引擎技術基于4VQFS. BQ中實現了地下管線數據三維建模，提供了二三維一體化GIS 平臺的數據基礎，基于 FTJVN+T技術及4VQFS. BQ3D API 實現了配套工程地下管線的三維可視化，并實現了三維空間查詢、量測、漫游以及開挖分析功能。本文尚處于研究階段，一方面對地下管線三維數據的挖掘與研究應用還不夠全面，這將是接下來平臺研究的重點；另一方面配套工程地下管線專題數據還不夠完整，僅僅初步實現了濮陽地區的地下管線三維可視化，要結合前期的實踐，進一步研究實現整個中線配套工程的三維可視化；最后為了增強整個配套工程地下管線的三維可視化效果，不僅需要地下管線的專題數據，還應該結合基礎地圖數據，包括地面上的配套建筑物模型、道路模型以及高精度的地形數據。