三维数字管网地理信息系统
地理信息系统
空间信息系统
01 历史发展
03 实现方法 05 GIS
目录
02 产品分类 04 建模系统 06 开源软件
07 开发工具
09 普适品牌 011 社会应用
目录
08 发展空间 010 语义学 012 专业设置
地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地 学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地 球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
GIS之父：罗杰·汤姆林森60年代早期，在核武器研究的推动下，计算机硬件的发展导致通用计算机“绘图” 的应用。
1967年，世界上第一个真正投入应用的地理信息系统由联邦林业和农村发展部在加拿大安大略省的渥太华研 发。罗杰·汤姆林森博士开发的这个系统被称为加拿大地理信息系统（CGIS ），用于存储，分析和利用加拿大 土地统计局（ CLI，使用的1:50,000比例尺，利用关于土壤、农业、休闲，野生动物、水禽、林业和土地利用的 地理信息，以确定加拿大农村的土地能力。）收集的数据，并增设了等级分类因素来进行分析。
20世纪初期将图片分成层的“照片石印术”得以发展。它允许地图被分成各图层，例如一个层表示植被和另 一层表示水。这技术特别用于印刷轮廓-绘制，这是一个劳力集中的任务，但他们有一个单独的图层意味着他们可 以不被其他图层上的工作混淆。这项工作最初是玻璃板上绘制，后来，塑料薄膜被引入，具有更轻，使用较少的 存储空间，柔韧等等的优势。当所有的图层完成，再由一个巨型处理摄像机结合成一个图像。彩色印刷引进后， 层的概念也被用于创建每种颜色单独的印版。尽管后来层的使用成为当代地理信息系统的主要典型特征之一，刚 才所描述的摄影过程本身并不被认为是一个地理信息系统 -因为这个地图只有图像而没有附加的属性数据库。
城市地下三维管线信息系统思考和实践
城市地下三维管线信息系统思考和实践随着城市化进程的加速，城市地下管线网络日益复杂，而这些管线通常被埋在地下数米深处，很难直接观测和管理。
管线事故频发、施工质量难以保障、信息共享不畅等问题日益凸显，为了有效解决这些问题，建设城市地下三维管线信息系统是一个刻不容缓的任务。
一、三维管线信息系统的概念城市地下三维管线信息系统是利用现代信息技术对城市地下管线进行准确、全面的地理信息数据采集、整理、管理和查询的一种工具，其核心是将实际的地下管线与数字地图进行整合，并通过空间关系的处理和数据的智能化管理来实现对各类管线信息的一元化管理和智能化应用。
城市地下三维管线信息系统的建立不仅仅是对城市地下管线信息的汇总和整理，更是对城市地下空间的立体化管理和利用。
它旨在实现城市地下空间资源的精细化管理和智能化利用，为城市规划、市政建设、管线维护等提供有效的科学数据支持和决策依据。
1. 提升城市地下管线管理水平2. 实现城市地下空间资源的科学开发利用城市地下空间资源是城市发展和建设的重要组成部分，而地下管线又是城市地下空间资源的重要组成部分。
建设城市地下三维管线信息系统有利于对城市地下空间资源进行科学管理和开发利用，从而更好地满足城市发展对土地资源的需求。
3. 提高城市规划和市政建设的科学性和精准性4. 促进信息共享和智能化管理建设城市地下三维管线信息系统有利于促进各类管线信息的共享和应用，有助于实现城市地下管线信息的智能化管理和应用，为城市管理部门、施工单位、维护单位等提供智能化管理和服务，有助于提高城市管理的科学性和效益性。
1. 加强数据采集和整理2. 建立空间关系数据库城市地下管线信息的管理离不开数据库技术的支持，尤其是空间关系数据库技术。
这需要借助现代数据库技术，建立城市地下管线信息的空间关系数据库，实现对管线信息的三维空间关系的存储、管理和查询。
3. 实现管线信息的精准化定位城市地下管线信息的管理需要实现对管线信息的精准化定位，这需要利用现代测绘技术、地理信息系统技术等手段对城市地下管线进行准确的定位，确保管线信息的准确性和完整性。
管道三维数字信息系统建设的探索和实践
管道三维数字信息系统建设的探索和实践1 项目背景随着信息化管道规模的不断扩大，手工的管理模式和管理手段已无法满足成品油管道“合理规划、科学管理、优质服务”的要求。
对于突发事故的应变能力和处理效率难以适应企业集团高速发展的需求。
浙江诸暨——桐庐成品油管道建设和运行管理单位需要一种更为方便、及时的方式，来管理地下资源——地下管道，要求科学管理管道资源及相关的管道信息，实现整个管道线路的安全和可控。
1.1 浙江诸暨——桐庐成品油管道发展现状由于浙江诸暨——桐庐成品油管道工程埋设方式不同，施工时间也有先后，形成的管线纵横交错，在建设中与原有的其他单位地上和地下的矛盾越来越突出，施工中一不小心就会出现挖断和损坏原有的地下管线，造成地下通讯中断、燃气泄漏、供水、供电停止、污水乱流等常有的事故，给人民生活和国家财产造成威胁和损失。
这种情况主要是由于缺乏直观的地下管道线路资料和三维仿真管道系统的分析，对建设项目监管失效，从而导致建设单位盲目施工造成以上种种情况。
1.2 目前管道存在的主要问题管道档案管理分散、档案材料收集困难，基本上处于传统的纸质的文档及文件，管理分散，使资源无法共享，缺乏科学管理和有效监管。
在建设中，长期以来受历史和现实等多种因素的影响，存在重地上、轻地下、重审批、轻监管、重建设、轻养护的问题，实施过程中临时变更设计，新老管线叠加，潜在诸多安全事故隐患。
1.3 数字管道线路建设需要此次浙江诸暨——桐庐成品油管道工程将着重以建立管线数字化管理系统为目标，以地理信息平台为基础，通过各管线所属企业提供的资料，结合探测普查进行核对的方式，建立“三维数字管线信息系统”。
采用物理探测、现代测绘、计算机与网络技术以及地理信息系统技术，建立信息管理系统。
2 项目分析2.1 项目定位目前，大多数的管线所属单位通过二维地下空间信息系统进行地下空间数据的管理、分析。
但随着地下空间应用的不断深入，二维地下空间系统无法表达三维实体的空间形态与实体间的三维空间拓扑关系，难以取得令人满意的效果，因而，二维系统的地下空间应用的不足日益突显。
3D-GIS地理信息系统的研究现状和发展趋势
3D-GIS地理信息系统的研究现状和发展趋势一、背景及意义（一）背景地理信息系统（GeographyInformationSystem）是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影，反映了人们赖以生存的现实世界，是在计算机软件和硬件支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统。
GIS作为计算机和空间数据分析方法作用于许多相关学科后发展起来的一门边缘学科，由于能及时地抓住当今世界计算机技术飞速发展，各国政府对地理、资源和环境信息日益重视这一时代特点，加上许多相关技术(如GPS、DPS、RS 等)为它提供了强有力的地理空间信息获取手段，使得GIS己经成为各国政府部门、商业公司、科研机构和高等院校极为关注的热点领域。
特别是进入20世纪90年代以来，GIS己在全球范围内形成产业规模，并将进一步深入到各行业乃至人们的日常生活之中。
二维地理信息系统始于二十世纪六十年代的机助制图，今天己深入到社会的各行各业中，但二维地理信息系统存在着自身难以克服的缺限，它本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的三维真实感受。
三维地理信息系统是在二维平面的基础上模拟并处理现实世界上所遇到的三维现象和问题。
地理信息三维可视化系统是对具有三维地理参考坐标的空间信息进行输入、存储、编辑、查询、空间分析和模拟的计算机系统。
二维地理信息系统与三维地理信息系统的本质区别在于数据的分布范围，在于高程是被看成空间数据还是属性数据。
三维GIS 的根本目标是多维时空现象的三维表示。
相对于二维GIS而言，三维GIS具有三个显著的特点：1、直观性：直观性是三维GIS的最显著的特点，通过三维可视化技术，用户将得到更好的人机交互接口，更少的训练时间，以及更多的空间信息。
2、巨大的数据量：三维GIS应用通常具有海量数据(可达数百G)，这种巨大的数据量使得三维GIS需要得到数据库的有效管理，具有高效的数据存取性能。
3、复杂的数据结构：三维GIS不是对二维GIS的简单扩展，三维空间中增加了许多新的数据类型，空间关系变得更加复杂。
城市地下三维管线信息系统思考和实践
城市地下三维管线信息系统思考和实践【摘要】城市地下三维管线信息系统是城市基础设施管理的重要工具，本文首先分析了目前城市地下管线信息系统存在的问题，包括信息不全、重复建设和安全隐患等。
随后介绍了城市地下三维管线信息系统建设的必要性，指出其可以提高管线信息管理的效率和精准度。
接着详细讨论了技术方案设计和实践案例，展示了系统在实际应用中的优势和效果。
系统应用与效果评估部分分析了系统在城市管理中的具体应用和产生的影响。
结合系统优化与发展方向，强调了城市地下三维管线信息系统的重要性，并展望了其未来发展趋势。
城市地下三维管线信息系统不仅是提升城市管理水平的关键工具，也是未来城市发展的重要方向。
【关键词】城市地下三维管线信息系统、现状分析、问题提出、必要性、技术方案设计、实践案例、系统应用、效果评估、优化、发展方向、重要性、发展趋势、展望。
1. 引言1.1 城市地下三维管线信息系统思考和实践城市地下三维管线信息系统是一种集成地下管线信息的系统，通过建立地下管线的数字模型，实现对城市地下管线信息的整合、管理和共享。
这一系统的建设不仅可以提升城市管理的智能化水平，还可以有效避免因管线维护不及时、数据不准确等问题所带来的安全隐患。
在城市发展过程中，管线混乱、信息不对称等问题是普遍存在的。
传统的管线信息管理方式主要以纸质图纸、Excel表格等形式存储，存在信息更新不及时、共享困难等问题。
而城市地下三维管线信息系统的建设可以有效解决这些问题，实现对地下管线信息的数字化管理和智能化分析。
通过对城市地下三维管线信息系统的思考和实践，我们可以更好地了解城市地下管线的空间布局、材质、规格等信息，从而提高管线维护管理的效率和可靠性。
也可以为城市的规划建设提供科学依据，减少因为管线冲突、重复建设等问题带来的投资浪费。
建设城市地下三维管线信息系统是提升城市管理水平、确保城市安全运行的重要途径，也是城市数字化转型的重要内容。
我们有必要深入思考这一系统的建设意义和实践路径，不断优化完善，为城市的可持续发展贡献力量。
城市地下管网三维建模技术
城市地下管网三维建模技术一、城市地下管网三维建模技术概述城市地下管网是现代城市基础设施的重要组成部分，包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信等多种管线。
随着城市化进程的加快，地下管网的规模和复杂性日益增加，传统的二维平面管理方式已经难以满足现代城市管理的需求。
因此，城市地下管网三维建模技术应运而生，它能够为地下管网提供更为直观、精确的管理和维护手段。
1.1 城市地下管网三维建模技术的定义城市地下管网三维建模技术是指利用计算机辅助设计（CAD）、地理信息系统（GIS）和三维建模软件等工具，将城市地下管网的物理形态和属性信息转化为三维数字模型的技术。
这种技术能够实现对地下管网空间结构、属性信息和运行状态的全面可视化和动态模拟。
1.2 城市地下管网三维建模技术的应用价值城市地下管网三维建模技术的应用价值主要体现在以下几个方面：- 提高地下管网管理的效率和准确性，减少因信息不明确导致的施工事故。
- 优化地下管网的规划和设计，实现资源的合理分配和利用。
- 支持应急响应和灾害管理，快速定位问题管网，制定有效的应对措施。
- 促进城市可持续发展，通过精确的管网信息支持绿色建设和节能减排。
二、城市地下管网三维建模技术的关键技术2.1 三维数据采集技术三维数据采集是城市地下管网三维建模的基础。
它包括地面测量、地下探测和属性信息收集等多个环节。
地面测量主要通过卫星遥感、无人机航拍等技术获取地形地貌数据；地下探测则利用地质雷达、声纳探测等手段探测地下管线的位置和深度；属性信息收集则涉及管线材质、直径、使用年限等数据的收集。
2.2 三维建模软件三维建模软件是实现城市地下管网三维建模的关键工具。
这些软件具备强大的数据处理和图形渲染能力，能够将采集到的数据转化为三维模型。
常见的三维建模软件包括Autodesk 3ds Max、Maya、Revit等，它们支持多种数据格式，可以与GIS系统无缝对接。
2.3 地理信息系统（GIS）GIS在城市地下管网三维建模中扮演着核心角色。
管网行业大数据三维可视应用系统建议书
管网行业大数据三维可视应用系统建议书目录1 项目概述 (1)2 现状分析 (1)3 建设目标及意义 (3)4 方案设计 (4)4.1 建设内容 (4)4.2 技术路线 (5)4.3 系统架构 (5)4.4 系统技术特点和项目创新设计 (6)4.5 系统功能 (6)4.5.1 三维场景视频融合 (6)4.5.2 视频全景实时融合 (7)4.5.3 巡检路线规划调度 (7)4.5.4 视频融合还原回放 (7)4.5.5 三维场景球机联动 (7)4.5.6 二三维联动定位浏览 (8)4.5.7 定位场景融合 (8)4.5.8 物联报警数据融合 (8)1项目概述随着高新技术的不断发展，多种虚拟现实技术产品已经改变了人们的体验和使用方式。
人类历史已经从机器轰鸣的工业流水线上，全面迈入了虚拟与现实融合的数据信息时代。
针对管网行业业务应用需求，采用融入空间信息的实时感知高新技术和大数据分析方法，提出了监控视频实时感知管控和信息决策分层耦合的系统新模式，推出了自主研发的多源时空大数据三维可视应用系统及解决方案，实现以三维地理信息为基础的虚拟场景与现实视频融合，360度全方位有效直观管理海量离散视频，实时动态掌控重点区域场景管网状态，做到有序管控和指挥调度。
实现真实区域三维场景操作和重点区域虚拟漫游，实时动态显示管网的全景画面，服务于管网情况分析，报警处置与应急管理，提高指挥调度能力、现场处置能力和综合监管能力。
颠覆传统监控视频的展现和使用方式，提升安防视频监控平台价值，有效促进管网行业智慧化建设，引领管网行业三维信息化应用发展。
2现状分析随着石化行业上中下游各产业的的迅猛发展，凸显出管网行业信息化建设的重要性，需要融入高新技术，实现直观有效的监控和管理、管网状态全景掌控和分析、事件全景回溯研判等功能，提高视频监控系统价值。
需要解决的监控信息化问题如下：（1）传统视频监控画面相互割裂，不能形成宏观整体观察。
浏览的视频，只是基于单个摄像机的独立视频画面，无法反应和还原真实场景信息。
城市地下三维管线信息系统思考和实践
城市地下三维管线信息系统思考和实践城市地下三维管线信息系统是指利用现代科技手段，将城市地下各种管线的信息进行数字化处理和集成化管理，以实现对城市地下管线系统的综合、全面和动态管理。
随着城市化的不断加快和城市基础设施的日益复杂，城市地下管线系统在城市建设和运行中发挥着越来越重要的作用。
而采用三维管线信息系统则可以更清晰地展现管线的位置、属性和状态，提高城市管线的运行效率和安全性。
在城市基础设施中，城市地下管线系统是至关重要的一部分。
它们包括供水管网、排水管网、燃气管网、通信管网等各种管线，它们构成了城市的生命线和血脉，对城市的正常运行和居民的生活起着至关重要的作用。
城市地下管线系统通常隐藏在城市地下深处，位置隐蔽、交叉纠缠、覆盖范围广阔，对于管理和维护都带来了巨大的挑战。
传统的城市地下管线管理方式主要依靠纸质化的图纸和人工勘测，管理效率低、容易出错，而且无法实现对管线的实时监测和动态管理。
而三维管线信息系统则能够有效地解决这些问题，实现对城市地下管线系统的全面管理和动态监测。
三维管线信息系统的建设和实践需要从多个方面进行思考和实践，以下将就其系统和数据构建、技术手段、管理机制、安全保障等方面进行详细的阐述和展望。
一、系统和数据构建建设三维管线信息系统首先需要进行系统和数据的构建。
系统构建需要考虑到数据采集、存储、处理和展现等多个环节，要保证系统的可靠性、完整性和稳定性。
数据构建则需要对城市地下管线系统的各种信息进行采集、整理和建模，要确保数据的准确性和完整性。
数据的采集可以利用现代科技手段，如激光扫描、地理信息系统、遥感技术、无人机测绘等技术，对城市地下管线系统进行全面的勘测和采集，获取各种管线的位置、属性和状态等信息。
数据的存储和处理可以利用云计算、大数据等技术，进行数据的存储和处理，实现对数据的快速和高效的管理。
数据的展现则可以利用虚拟现实、增强现实等技术，将数据以三维的方式展现出来，更加清晰地呈现管线的位置和属性。
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质、类型、壁厚、描述等。如表 1 所示； 表 1 管道信息表
一、引言 “数字城市”的建设是城市空间信息的开发、使用和共享的需要，它 对城市的信息化进程产生了极大的推动作用[1]。作为城市地理空间信 息不可或缺的重要组成部分，综合管网就像人体内的“神经”和“血管”， 日夜担负着传递信息和输送能量等工作，是生产运转的物质基础[2]。目 前世界各国均把交通(如地铁)、通讯(如地下电缆、光缆)、能源(如地下输 油管道)、动力输送(地下输电线路)、给水、排水等地下管线信息视为社 会经济的生命线[3]。在城市建设中，没有详实的管线信息，施工中难免 挖坏地下管线，超过服役期的管道会因外部干扰、腐蚀、管材及施工质 量等因素，导致火灾、爆炸、中毒等安全事故，造成重大的生命财产损失 和环境污染。由此可知，掌握全面准确的管网信息至关重要。 管网信息具有空间位置复杂、分布不均匀、种类繁多、数据量大、更 新速度快等特点。伴随着科技发展和业务量的快速增长，以平面图来 表示管网信息已逐渐暴露出不适应性。以楼房管线为例，在不同墙面 有不同种类的管线被埋设，平面图上以不同颜色的直线来表示这些管 线，就会拥挤不堪，无法清晰显示，若采用分层显示的方法，则又无法表 现管线之间的空间关系。况且，有些管线本身上下起伏，与墙面垂直的 一段管线在平面图上就只能以一个点和相应的文字说明来表示，没有 任何直观的视觉效果。 管理部门需要以真三维虚拟场景的方式直观准确地了解管网的空 间分布和工作状态，对管网系统进行自动化管理。因此，研究一种具有 三维场景漫游、信息查询、动态模拟、自动控制等功能的管网管理系统 具有现势性意义。 二、系统设计 （一）功能结构 经过实际调查分析得知，管理部门对现实中管网的管理具有以下 几方面重点要求： 1）三维场景展示，二维平面图具有众多局限性，用户希望通过管网 的真实感三维场景模型，将隐蔽的管线清晰直观地展现在用户面前，提 高管线管理和营运的效率； 2）图属双向查询，通过图属互查功能快速查询管线的类型、属性、 位置和展布方向，及时了解某一特定管线的结构状况。例如，用鼠标点 击拾取一段管道，选中的管道高亮显示，并弹出相关属性信息窗口； 3）统计报表，通过多条件、多方式查询生成报表，与此同时，还希望 生成柱状、饼状、折线等示意图； 4）分析量算功能，管网管理需要进行多种统计分析和空间分析，如 邻近分析、爆管分析等； 5）模拟功能，在场景中可视化添加或修改管线及设备，动态模拟管 网的工作状态，对紧急事故的处理，如煤气泄露、水管破裂及地震造成 地下管线破坏等进行预演； 6）控制功能，在危险区域或人工很难干预的位置安装传感器，通过 物联网进行远程自动控制，达到智能化管理的目的。 基于以上现实需求，系统的总体功能设计如图 1 所示。
字段名称 GH GDCD GDZJ AZRQ CZ
…
字段类型 数值 数值 数值 日期 文本
…
备注 管号 管道长度 管道直径 安装日期 材质
…
2）管道附属设备信息表，包括代号、名称、直径、长度、壁厚、材质、 类型、描述等；
3）用户管理信息表，用于存储用户名称（USER）密码（PASS-WORD） 和权限（RIGHT）。
三、技术实现
（一）技术流程 系统的建设分五大部分，包括：数据获取、数据处理、数据库设计、 三维建模、功能开发。技术流程如图 2 所示。
图 2 技术流程 1）管线数据采集，借助已有的设计图纸和文档资料快速获取管网 信息数据，对变更区域和缺少图纸的区域要进行外野测量。外野测量 采用雷达探测仪测量地下管网，地上部分采用三维扫描仪进行分段采 集，对于三维扫描仪采集不到或是禁用区域，可使用 RTK、全站仪、激光 测距仪、皮尺等工具进行人工采集； 2）数据处理，将人工采集的数据导入到 CAD 中保存为.dxf 格式，将 雷达探测仪和三维扫描仪采集的数据经过处理后导入 CAD 中和人工 采集的数据进行拼接，在 CAD 中将所有的管线使用线段代替，最后保 存的数据格式为.dxf； 3）场景模型创建，在 ArcScene10 场景中，管道被抽象为其中心线， 只考虑其起点、终点、拐点、变径点和接合点。将这些点的三维坐标保 存下来，在三维场景中真实再现管线的走向、粗细、种类（根据颜色来区 分），并能变换焦点和视角； 4）系统功能开发，系统引入了 GIS 组件技术，以 Visual Studio 2010+. Net Framework 4.0 作为系统开发平台，使用 C#语言，严格按照软件工程 相关规范编写程序。 （二）关键技术 1.三维激光扫描仪采集要点 1）踏勘场地与布设控制网，根据现场情况估计扫描测站应设的测 站数和位置，扫描测站的设置应尽量减少树木遮挡，测站之间应相互弥 补，减少不可视区域，扫描测站距离扫描区域不宜太远。控制点的布设 要确保每个控制点和两相邻控制点通视；控制点处可视区域应尽可能 包含所有欲扫描区域； 2）靶标布设，靶标应在每一站扫描开始前布设，如布设过早，靶标 易被挪动或者丢失，采用的靶标包括：Leica 平面靶标、Faro 球形靶标、 自制靶标； 3）扫描作业，采用不同的分辨率扫描管线和靶标，管线的采集分辨 率设置低一些以加快采集速度，而为了能够准确地提取靶标中心点，对 靶标则应采取较高分辨率单独扫描，一站扫描结束后分别保存区域点 云文件和靶标点云文件。由于扫描仪开始工作 （下转第 209 页）
科技信息
三维数字管网地理信息系统
陈维林 1 王明孝 2 闫浩文 1 （1.兰州交通大学测绘与地理信息学院 2.68029市”的重要组成部分，传统的二维平面图形难以描述管网的复杂空间结构，在三维虚拟场景中对管网 进行可视化管理是当前研究的热点。在参与某数字园区项目的基础上，本文系统地阐述了管网的测量、矢量化、三维建模及编程开 发等技术的实现过程，研究了其中的关键技术，提出了三维数字管网地理信息系统的构建方法，实现了管网的可视化管理。 ［关键词］数字管网 三维建模 GIS 可视化管理