三维管线数据处理方法

三维管线数据处理方法

李娟四川永鸿测绘有限公司

【摘要】：随着城市的快速发展，城市轨道交通以及各类输油、输汽等相关大工程的规划实施。城市中各种管线破裂引发的事故也日趋频繁。城市土地的稀缺性也愈发严重。以后的城市建设将会有更多的项目进入地下。地下空间是一个不通视的空间。地下项目的管理就变得更加的困难。而三维模型及管理系统将能够全面的解决这个问题。传统的比如GPS测量、近景摄影测量、激光雷达扫描等高新测绘技术手段也在地下空间失灵。所以、怎样简单的、快速的、高质量的构建地下数据将会是当前需要迫切解决的。

1.概述

2014年6月国务院办公厅印发了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，部署加强城市地下管线建设管理。《意见》提出，要在2015年底前，完成城市地下管线普查，建立综合管理信息系统，编制完成地下管线综合规划。力争用5年时间，完成城市地下老旧管网改造，将管网漏失率控制在国家标准以内，显著降低管网事故率，避免重大事故发生。用10年左右时间，建成较为完善的城市地下管线体系，使地下管线建设管理水平能够适应经济社会发展需要，应急防灾能力大幅提升。而不管是怎么样，地下管线数据是必不可少的东西，是一切分析决策的源头及基础。直观的，科学的、准确的地下管线数据才能够进行完善的数据分析及应用。地下管线主要包括城市地下管线、具体项目地下管线。

1.1城市地下管线

城市地下管线是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施。

1.2输油、汽管线

输油、输气管线大部分在地面之上，为的是检修及故障的排除。而部分地区因为地形原因，管道还是在不可见的地面之下。

2.三维管线数据现状

三维GIS的快速发展已经为我们的管线数据进行三维处理、三维立体建模、三维分析、三维的决策分析提供了技术支持和表达手段。比如：ESRI提供的ARC SCENS、CITY ENGINE、法国LANDS提供的LAND3D等相关的软件已经全面的普及。

三维GIS主要分为实景的三维GIS以及虚拟的三维GIS。管线数据分布在不可见的地下空间。我们不可能采用实景的三维GIS进行处理。我们只能采用虚拟的三维GIS数据表达地下不可见的管线数据。也就是采用传统的测量技术手段以及专业的地下管线探测工具进行传统二维数据的获取。然后根据地下管线数据的材质、埋深、碰撞情况进行三维数据建模。

3.三维管线数据处理方法

3.1原始数据获取

三维管线数据的生产不是无中生有的。三维管线数据处理之前需要获取原始数据。一般现有的原始数据会有城市大比例尺地形图、高分辨率的航空摄影相片等。而这些资料都只能提供和地面相通的地下管线连接点。比如，检修井井盖，管线入地的口等。

为了获取准确的数据，我们需要用传统的测量方法及手段外加管线探测仪器进行测量。获取管线的位置、走向、埋深、材质、管径、类型、转点、阀门以及各类附属设施的各项规格。比如：阀门的最大承压、管线的使用年限、已用年限等非常详细的一手资料。对于特殊管线应该特殊的进行处理。例如：管套管的情况。PVC管做外壳、电信线在里面包着。强电、弱电、煤气管、等管线之间的间距。离排水最高水位的距离等。

传统的测绘手段主要测量管线的长度、走向、以及地面控制和地面高程。采用专业的管线探测仪器进行管线属性数据的收集及调查。

3.2属性数据处理

从决策及管线管理方面来说。管线管理主要管理的是属性以及管线规划。管线的规划可以由三维管线管理系统来实现。而管线属性数据管理则必须有一个统一的规范。

属性数据处理中首先应该根据管线测量的相关规范及行业标准来制定其属性数据模版。属性数据之间应该有严格对应管线。符合数据库管理的相关要求。属性数据字段设置应该具有灵活性、可移植性、扩展性等。

属性数据应该规范化。各种属性数据之间应该有编码规则。尽量把属性数据处理成为三维建模需要的那种数据类型。比如：管线的材质，应该建立一个数据编码规则，1代表金属的、2代表塑料的、3代表其他的或者说是能够简明易懂

的代码。

属性数据应该单独建立数据库或者是数据表。也就是说除了空间图形自带的属性之外，应该剥离一份属性数据出来。并和空间数据建立一一对应的关系。这个主要是解决以后的数据管理以及属性统计的高效化。并且要避免多值属性、隐藏属性的出现。

3.3初步建模

在所有的数据处理完成的时候。首先要进行数据的初步建模。根据管线的埋深、材质、管径生成三维模型。并建立三维模型的基础。

地表三维模型的建立。利用收集到的或者是实测的项目区范围内的等高线或者DEM数据生成地表三维模型。经检查合格后作为三维数据的地面基础部分。

地下空间范围确定。根据地下管线的最大埋深。生成地下的三维空间。地表三维和地下三维空间的融合。这样就形成了项目区的三维模型。如果有相关的地质数据还可以把地下空间分层处理。地下的三维空间部分可以采用立方体的形式呈现。毕竟城市地下管线图的比例尺都比较大。

对生成融合后的三维空间模型进行整饰镶嵌。美化处理后作为三维管线数据的承载基础。

3.4碰撞测试

碰撞测试来源于工业设施的设计。在三维管线数据里进行碰撞测试的主要目的是检验管线数据的属性数据是否合理以及为三维管线数据以后的管理及规划提供更好的决策支持。

首先：管线模型和地表模型的碰撞测试。作为城市底线管线。除了进入地下的口以及城市外部的出口之外。所有的管道及地下管线应该都是在地表以下的。也就是说所有的管辖部分应该都处于地下的三维空间所属的那个立方体里面而不会和地表模型发生碰撞。

第二：管道和管道之间、管线和管线之间。特别是强电、弱电、煤气等管道之间是肯定有一定间距的。他们之间也是不会发生碰撞的。

第三：许多的管线附属设施，比如固定管线的钢架，固定管线的各类支架。它和管线是肯定有相互关系的。他一定适合管线碰撞的。而且附属设施也应该是有属性的。不可能电信线的附属设施去和电力线碰撞。

3.5接头及转角圆滑处理

所有的管线因为规格的原因，走向的原因，管道的原因等而有许多的转角。而大部分三维数据处理软件都还没有支持转角处的圆滑处理。这些地方需要人工进行干预。对于有转角设备的地方，采用符号化的方法进行圆滑，也就是把转角做成一个符号。在符号上面附加该转角所具有的所有属性信息。对于没有转角设施的转角。比如：电力线因为材质的不一致导致一条电力线分成了两段。两段之间的连接圆滑处理一般采用手工的方法进行。

3.6数据检查及汇交

数据处理完成之后进行必要的数据质量检查。严格按照测绘产品质量检查规定进行数据检查。主要包括，图形数据拓扑检查、属性数据精确度检查、属性数据二义性检查、属性数据规范化检查等。

严格执行测绘产品质量检查的规定进行两级检查、一级验收制度。

数据汇交主要包括：技术设计书、原始数据、三维基础模型、三维管线数据、元数据、属性数据统计报表、仪器鉴定检验证书、总结报告等相关的数据及文档资料。

4.结论

三维管线数据是三维管线系统的命脉。要实现好的三维管线管理系统、决策系统、预警系统等相关的方案。必须具有一套完整的数据处理方案。

在目前的技术手段及硬件设备条件下，要实现真正的三维管线数据。一般都是居于二维数据来进行数据处理。在这个数据处理过程中。地下管线数据的属性尤为重要。属性如果不准确将会导致各类管线可能出现模型和现状出现层次交换位置的情况。准确的地下管线属性数据、精确的管线走向及转点将会决定三维数据的精确性。