可扩展的三维地下管线平台研制进展

◎ 厦门精图信息技术股份有限公司业务支持中心总经理 徐敬仙

一、概述

2011年精图信息申报国家工信部电子信息产业发展基金项目，其目标是面向城市管网（比如燃气、自来水管网）的管理，定位作为引擎，并面向产业化服务，能适用于将来的技术推广。平台支持大数据量、大场景浏览、查询、分析，集成数据采集、三维数据模型、模型展示、数据质量分析，注重功能实用性，并在日常管理之上，设有预警、应急处置方案、模拟演练疏散方案等功能。

1、管网信息化GIS应用的现状：多数大中城市已经建设或者正在准备建设二维管网信息系统，一般是基于GIS基础平台二次开发，包括大比例尺地形图数据作为基础空间数据来源基础，利用管线探测成果，导入生成管网数据，以矢量数据表达基础地形和管网专题。

现有二维管网GIS存在以下短板：多类信息难以表达，垂直管道、管线共同沟、多孔管道等表达不清晰，井与设备的空间关系难以描述，一井多盖以及地下构筑物都难以表达，为什么呢？因为，平面地形符号表达真实世界存在着客体体量、方位、立体视觉信息等盲区或丢失问题，所以，三维方式才能更真实反应其空间位置之间的关系。

2、三维管线平台概述：三维管线平台，满足管线设施的空间化、网格化、智能化和可视化，以此为基础，可进一步实现管网设计、管网运行、管网维修、管网分析、管网决策、自动化科学；集成地下构筑物、桩基、地质信息等全面的地下空间信息，成为政府决策、城市规划、建设和管理的辅助工具。

二、总体设计

在系统架构方面：基于面向服务框架设计，实现一站式服务管理，形成了空间数据共享和互操作机制，实现了分布式环境下数据、功能与应用的服务；系统体系结构设计，C/S+B/S模式混合三层体系结构；三维数据组织管理方法设计，对三维数据的分层、分块和LOD模型组织，实现软件开放性设计。系统由下至上共五层，以网络、软件硬件为基础设施，以数据和中间件应用为支撑，在业务系统上搭建管线综合管理子系统和网上发布子系统，通过子系统可以实现管网数据管理。

在技术方法方面，包括海量空间与非空间数据一体化，还有二维三维数据一体化管理等技术，海量管线数据及属性数据的联合管理；三维管线快速自动建模技术，由管线探测成果表自动生成三维管线图，并快速显示；数据库版本控制技术，可避免多用户同时操作的冲突，并对历史数据进行管理；数据监理查错技术，较好地处理管线之间横向和纵向的关系，保证数据质量；多尺度三维地图显示技术，实现清晰的显示效果，三维场景的动态模拟。

在数据存储方面，采用集中式存储的方式，以Oracle、SQLServer等主流数据库管理软件作为数据库基础平台，采用ESRI的ArcSDE和KingMap平台作为空间数据引擎，二维数据库可以控制AreSDE驱动。

在数据处理方面，对地下管线数据进行检查、处理、入库，形成统一格式、统一空间参照、样式、图例。数据入库过程，主要是把管线二维基础平台工具将经过处理的管线成果数据和基础地形数据导入到Oracle数据库中，包括几个主要步骤：一个是建立数据库、数据导入、数据检查，建立网络拓扑、注册版本。在数据入库之后，将数据驱动符号化，将空间数据表现为符号，从抽象二维点线符号，表达为接近客观世界的三维符号，三维符号种类繁多，数据驱动，基于数据表格自动生成，尺寸、连接、空间关系自动处理，现有探测规程满足绝大部分需要，但在一井多盖、管廊、构筑物等数据表示方面待完善，连接点处三维符号显示效果可手工改善。

三、功能介绍

基本功能：首先三维管线自动生成，在调整显示效果方面，处理地面、建筑、地下的显示层级与主次关系。

数据管理：三维管线数据编辑、监理检查、数据入库、数据库更新。

查询统计：按属性条件查询、按道路查询等查询统计功能，在显示效果上，让建筑物和地表都处于突出显示管线状态。

空间分析：水平净距和垂直净距；通视分析，开掘分析，淹没分析，横断面分析，和二维系统横断面分析很相似，纵断面分析。

平台的扩展性方面，可实现地下构筑物信息管理，创建三维构筑物信息查询，常见的是三下三维停车场的场景，还有地下构筑物三维轴侧图查询，甚至三维相邻分析，三维立体间距分析，在线模拟应用，可对地下商场、地下停车场、地铁等进行室内、室外浏览，地下建筑物设施进行查询，模拟人或车在地下建筑物中行走，加载设计的地下建筑物模型分析是否与周边建筑物管线发生碰撞。

体系结构图

平台特点：

特点1：无论是否具有二维管线系统基础，均可方便地实现从二维到三维的建设，原来有二维管线GIS应用系统，可以快速借助二维ArcSDE引擎整理数据入库，尚未未建立二维管线系统，平台提供自带引擎，无需单独购买平台，可以实现二三维系统同步建设；

特点2：现有的很多三维GIS不是基于数据库的，本三维管线平台基于数据库设计，并与原有二维管线基础数据关联，程序驱动三维显示，三维模型单独存储。

四、下一步探索

第一，强化地下显示效果，强化泥土效果，地下环境真实感还原。

第二，三维数据动态更新，支持三维数据编辑更新。

第三，支持应用领域业务化，假设地铁50米缓冲的安保区、沿线管线、地铁本体，在需要三维显示时候能够跟地铁修建、日常管理、未来业务即时关联起来。