城市三维地下管线管理信息系统建设方案

城市三维地下管线管理信息系统建设方案1.项目背景1.1问题和背景城市重点区域地下管线规模庞大、种类繁多、覆盖面广并且有部分人防工程。

尽管地下管线基础信息管理一直在进行整体建设和发展，但是现有地下管线信息化水平，一时还难以满足综合协调管理的需求；基础数据不全、不准，基础管理薄弱，直接影响地下管线规划、建设、运行和保护等各个环节，制约了地下管线管理水平的提高。

随着城市建设快速发展，道路建设和地下管线铺设等挖掘工程作业日益增多，由于部分挖掘工程建设施工单位缺乏与地下管线权属单位间的配合，盲目施工作业，造成施工破坏地下管线的事故时有发生，对地下管线运行安全带来严重威胁，影响城市正常运行。

针对目前地下管线基础数据不全、不准，基础管理薄弱和挖掘工程建设单位与地下管线权属单位间信息沟通不畅、缺乏有效协调配合等问题，拟建设“城市地下管线管理信息系统”，加强重点区域地下管线基础数据建设，提升地下管线精细化管理水平；为挖掘工程建设单位、地下管线权属单位提供管线防护信息沟通平台，为政府部门提供监管方法和手段；实现重点路段市政设施管理。

1.2意义城市地下管线管理信息系统目的为了使市领导能够直观的了解城市重点区域道路的地下管线的分布情况，管线的详细信息，同时在事故发生时，能够起到直观展示及辅助决策功能，方便做出决策。

借助三维管线管理信息系统，可以使客户更清楚、直观、形象的浏览地下管线的位置、分布，查询市政设施的相关属性。

事故发生时，可以定位事故位置，使领导在办公室里形象的了解事故的实际环境，及事故地点管线的粗细、材质、分布等信息。

结合三维地理信息系统，可以给领导提供更多的辅助决策信息。

2.可行性分析2.1社会可行性城市地下管网的管理是一个复杂的管理项目，随着城市的发展，地下管网建设也在不断的扩张，传统的手工管理模式和管理手段已无法满足“合理规划，科学管理、优质服务”的要求。

同时，对于城市管线突发事故的应变要求城市管理部门应在最快的时间内解决问题。

这些都需要通过借助于地理信息技术的管理来实现。

2.2经济可行性地下管网包含着不同种类的管线——供水，供暖，排污，燃气等，这些管线是城市运行的血管，运送着城市所需的能量。

对于地下管网的有效管理，有利于协调不同部分之间的工作，节省不必要的人力以及财力资源的浪费；对管网突发事件的快速应急处理，也有利于节省城市能源的流失。

2.3技术可行性系统的开发依托于自身研发的三维平台，以及稳定可靠的三维数据建模，空间数据库工程技术、.Net技术，软件测试与维护技术等信息技术以及其开发平台，目前来看，这些技术都比较成熟稳定，并且安全可靠，能够完成地下管线管理项目的管理需求与建设。

3.系统建设概述3.1三维场景的建立3.1.1三维基础地形的建立三维工程搭建的第一步是创建三维地形，即用航空影像等纹理数据，叠加DEM数据，合成具有实际大地坐标的、带有地形起伏的三维仿真地形。

在该过程中，充分运用了金字塔数据引擎、四叉树数据索引算法、快速LOD算法、小波快速压缩等先进的空间数据处理、存储和检索方法及三维可视化技术，构建具有高度可信度和可用性的数字化三维仿真地形。

数据准备获取地区DEM数据和原始的地表纹理图像数据（主要是不同分辨率的正射卫星影像或航空影像）。

DEM的制作采用利用地形图进行等高线矢量化的方法，而原始的遥感卫星影像图则要通过调色，正射校正等步骤的处理，才能进行地表纹理的叠加。

具体的数据准备流程图如下：图3.1数据准备流程图生成DEM和地表纹理的分辨率金字塔模型随着制作范围的增加和卫星航片精度的提高，三维数据的容量会变得越来越巨大。

所以可以对DEM和地表纹理生成多分辨率金字塔模型，能够实现多种不同分辨率、不同大小数据的融合。

可以对其进行行之有效管理和检索。

仿真地形的可视化生成将各种原始数据经过上述步骤的组织和处理，由地形生成模块完成对数据的叠加和融合，采用小波等压缩算法，最终形成就有高度真实感的三维仿真地形。

DEM纹理影像矢量数据……数据准备数据组织地形生成模块三维地形图3.2三维仿真地形生成流程图3.1.2地物模型的建立城市建筑物是一个城市最直观的外貌展现，同样，地物模型的外观也是三维场景展示中尤为重要的一个部分。

并且根据建筑物来确定空间位置，也符合人们对空间信息进行处理时的习惯。

数据采集数据采集包括两部分：已有城市空间数据的收集整理，如城市规划矢量地图等；城市重要地物的信息采集，如标志性建筑的纹理，实体采集拍摄等。

采用三维建模软件（如3DS MAX），按照建筑物的真实尺寸和形状，在保证建筑基本特征的前提下，以尽可能少的三角形面片数量构造建筑物的三维模型，并粘贴编辑好的纹理贴面。

为方便模型管理和今后的更新维护，每个单体建筑物都作为一个独立的模型文件进行保存和管理，并给定一个6位的顺序码。

场景整合为模型附加空间属性信息，并与三维仿真地形数据集成，从而形成系统三维展示所需要的基础场景数据。

3.1.3地下管线模型的建立数据采集●管线空间信息的采集。

收集城市中地下管线分布的地图资料信息，如管线的规划施工图等；●管线属性信息的采集。

收集整理当前已有的地下管线的属性数据，尤其是管线所属权属单位、高程、管径、材质、埋藏时间等信息；●对各种管线进行纹理、实体采集拍摄及录制。

模型制作对于重点地图的三维管线（水、电、气、热、通讯等）及其主要附属设施（检查井、阀门等），采用三维建模软件（如3DS MAX），按照各类管线及管点数据的真实尺寸和形状，在保证建筑基本特征的前提下，以尽可能少的三角形面片数量构造建筑物的三维模型，并粘贴编辑好的纹理贴面。

为方便模型管理和今后的更新维护，每个单体都作为一个独立的模型文件进行保存和管理，并给定一个6位的顺序码。

为管线模型附加空间位置信息，并与基础场景数据整合调试，最终形成城市地下管线管理系统所需要的三维场景数据源。

3.2系统开发3.2.1系统总体架构图3.3系统总体架构图系统的目标是对城市中的地下管线进行展示，存储和操作管线数据（空间数据和属性数据），帮助市政部门了解城市地下管线的运行状况，方便管线的管理工作。

系统结构总体分为三层：应用层，中间层，数据层。

应用层为系统与用户的交互层。

应用层向用户展示系统所具有的功能，并接收用户的输入，通过一系列的操作获取所需要的结果，最终将结果展现给用户。

系统的功能设计主要包括六部分：三维浏览，系统维护，统计查询，空间分析，管线管理，输入输出。

中间层是应用层和数据层的连接层，应用层对数据的查看和操作都需要经过中间层的空间数据引擎来完成。

数据层存储了系统运行分析所需的管线数据以及场景数据。

根据系统设计的目的，系统数据库所存储的数据包括：地图数据库，管线属性库，档案资料库以及存储系统所需的其他信息的数据库，如用户信息等。

3.2.2系统功能结构系统的主要功能模块可分为六部分：三维浏览，系统维护，统计查询，空间分析，管线管理，输入输出。

图3.4系统功能结构图数据载入：加载不同类型的模型或者管线数据文件，构造三维场景。

浏览定位：针对三维场景，提供快捷的菜单选项，控制三维场景的展现方式，方便三维场景内的浏览操作。

如：地表透明，立体展示等功能。

同时，系统提供快速定位功能，方便用户快速的查找和定位感兴趣管线。

统计查询：该功能模块实现对场景内所有建筑模型和管线模型的空间和属性信息的查询。

为了满足不同的查询需求，该模块还可以根据用户自定义的查询条件以及系统提供的快捷查询窗口进行查询操作。

对于查询的结果，模块可进行相应的统计计算，形成相应的结果报表。

专题分析：为地下管线网络提供分析功能，为管理和决策提供相应的依据。

城市地下管线是一个复杂的网络，该功能模块提供了对该网络的分析功能，包括水平净距分析，垂直净距分析，剖面分析，爆管分析，流向分析，关阀分析，阀门影响范围分析，挖方分析，地形断面分析，管点连通分析，最短路径分析，管线预警分析，现势性分析。

管线编辑：为了方便对管线数据的修改和扩展，提供了对城市地下管线进行编辑的功能，包括添加，删除和移动管点或者管线，以及打断管线和合并管线等功能。

工程档案：城市地下管线建设施工过程中的项目信息也是一项重要的资料，该模块提供对管线工程设计施工信息的查看和管理，帮助管理者掌握管线工程在其生命周期内的各种信息。

辅助规划：帮助管理者在设计规划地下管线时提供相应的决策，包括：市政管线选线，相互影响分析，建筑物对比分析，管线方案对比。

空洞探测：结合城市地下空洞探测项目，将探测结果显示在三维场景中，并对空洞数据进行管理，查询和统计分析等功能。

系统维护：控制和设置系统用户登录以及系统操作的工作目录等系统运行信息。

利用该功能模块系统管理员可以对系统登录用户进行管理和操作，系统的实际用户则可以根据自身使用习惯对软件进行定制。

3.2.3数据载入系统可以加载多种数据，从而形成丰富的场景。

系统加载的数据内容包括地下管线数据，建筑物数据，地质环境数据等。

同时系统也支持多种类型的数据，如模型数据，矢量数据，栅格影像数据。

支持的三维模型包括：3ds模型，dwg模型，obj模型等。

图3.5模型数据和栅格数据的载入3.2.4浏览定位图3.6三维场景界面三维场景是系统最主要的展现窗口。

场景的操作方式主要有平移，旋转和缩放。

通过鼠标左键的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对场景任意方向的平移。

通过鼠标右键的点按动作，根据鼠标移动的方向，以场景中心点为终点，实现对场景任意方向的软转。

通过鼠标的滚轮滑动，实现当前场景的放大和缩小的操作。

另外为了便于场景的操作，系统还提供了以下快捷的操作，便于对管线和场景的浏览。

具体功能包括：场景控制操作器切换：为了便于浏览，三维场景具有两种操作模式，地球操作器和第一人称视角操作器。

地球操作器适用于大尺度区域的浏览操作，第一人称视角操作器则适用于小区域的浏览操作。

全屏功能：隐藏工具栏和边栏，使三维场景充满屏幕，利于以更大的视角操作浏览三维场景，通过Esc键返回正常状态。

立体展示：将当前场景进行重新渲染，以红蓝立体效果进行显示。

配合红蓝立体眼镜，则可以观看场景的三维立体显示效果。

图3.7经过红蓝偏移的立体展示效果图场景复位：转换场景的视角为初始视角，方便不熟练的用户在误操作的情况下，无法返回场景的初始视角。

视图操作地表透明：设置地表影像的透明度，以显示地下管线信息。

图3.8地表透明视图高程模式：利用该功能可实现城区范围内底图，高清影像图和栅格地形图的切换显示。

空间量测系统提供了简单的量算功能，用来计算两点之间的距离或多边形区域范围内的面积。

主要包括如下功能：⏹距离量测：测量场景中两点之间的距离，测量的类型包括：地表两点距离，模型间距离，模型地表距离；地表两点距离：测量地表上两点之间的距离。

模型间距离量算：测量场景中模型上点与点之间的距离。