三维地下综合管网系统的设计及实现

姜波，金明一

(哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨 150010)

三维地下综合管网系统的设计及实现

姜波∗，金明一

(哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨 150010)

地下管网系统是城市基础设施的重要组成部分，为适应现代城市地下管网建设、管理、发展的需要，本文以哈尔滨三维地下管网系统构建过程为例，讨论了三维地下管网系统构建过程中的数据组织、管线模型制作等关键技术，介绍了哈尔滨地下三维综合管网系统总体设计和系统功能实现情况，并展望了三维地下管网今后的技术难点及发展问题。

：三维GIS；地下综合管网；数字城市

1 引 言

近年来，随着城市化的进程的加快，城市地下管线建设发展非常迅猛，但由于地下管网的管理体制、建设监管、规划设计及日常维护管理等方面的问题，而引发的“马路拉链”、“城市内涝”、“停电停水”等问题对市民生活的影响日趋严重，因此如何管理好城市地下管线，更好地为城市规划、建设和管理服务，成为城市管理者面对和解决的重要课题。

城市地下管线信息是城市空间基础地理信息的重要组成部分，是城市规划、建设和管理的重要基础信息。传统的二维地下管线探测图只能表达管线的平面位置，无法表达管线之间的复杂的空间层次关系，通过运用GIS技术，采用三维模型描述地下管线的空间关系，能真实的反应地下管线的空间分布情况，有效解决城市地下管网在建设管理过程中面临的问题。三维地下综合管网系统建设也是城市信息化建设和“数字城市”建设的重要内容之一，目前已经有多个城市开展建设并取得了良好的应用效果。

2 三维地下综合管网应用的关键技术

2.1 地下三维管线数据组织

城市地下管网分为给水、排水、燃气、热力、工业、电力、电信七大类[1]，每一大类管线还可根据传输或排放物质的差异或其功能的差异分为不同的小类。为便于数据的收集和分层管理，根据数据管理部门及实际应用情况将地下管线分为给水管网层、排水管网层、燃气管网层等7个管网层。管线属性信息是建立管线数据库的基础，是地下三维管线系统中进行空间分析的必要条件，所有的查询、统计、分析都是基于这些属性信息。因此各类管网属性信息的完整与否对地下三维管网系统的模型数据构建、信息数据管理有着至关重要的作用。

地下管线都是由管线和管点所组成，其属性信息结构如表1、2所示。各类管网层的属性信息结构基本相同，但根据管线用途的不同，管线的属性信息结构表略有区别。

管线数据结构表 表1

管点数据结构表 表2

续表1

2.2 地下管网模型制作

地下三维管网空间关系较为复杂，建模过程主要分为管点建模和管线建模。管点建模主要对实体管井、管阀进行建模。管线建模主要是对管道、管块、管沟等进行建模。目前采用3ds Max软件对地下管线进行三维建模较多，其优点是模型表现效果好，模型精细程度高，但制作效率较低，无法满足城市级三维地下管网模型数据建设及后期模型数据维护更新的需要。地下管网模型构建过程中，可采用三维管段自动生成并结合3ds Max精细建模的方式进行模型数据的生产。管段模型以管段起止点坐标、高程、管径等信息为基础自动生成模型数据[2]。管点模型如管井、管阀等其标准统一，型号规格一致，可采用建模软件制作精细的管点模型，构建管点模型符号库，以管点坐标、高程、管点类别信息判别，自动加载各类管点符号模型。管点与管段的空间位置关系，根据管段流向及拓扑关系进行判断，最终在三维场景中对搭建地下管网模型。

2.3 地下管网模型场景构建

通过将地上建筑模型和地下管网模型整合，搭建一个虚拟三维场景，还原空间地物的三维空间位置，其构建流程如图1所示。

图1 地下管网三维场景构建流程

3 三维地下综合管网系统的实现

3.1 三维地下综合管网系统总体设计

哈尔滨三维地下综合管网系统总体结构采用分层式结构，以管线模型库、基础地理信息数据及管线专题数据作为数据层，以CityMaker，ArcGIS平台作为三维展示及空间分析的开发平台，开发面向三维地下管网的专业应用服务系统，其总体框架如图2所示。

图2 三维地下综合管网系统总体框架图

综合考虑目前哈尔滨地下管线的应用需求及城市地下管线管理的发展趋势，结合三维GIS开发平台的技术水平，三维地下综合管网系统采用B/S和C/S混合的体系结构进行开发，应用系统既能满足地下管线的专业应用及管理的需求，又可以实现管线数据发布、共享、维护，通过三维平台将管线信息及空间位置关系展示出来。

3.2 三维地下管网系统功能实现

三维地下管网空间位置关系复杂，同一平面位置上垂直方向会有多种管线重叠，为便于地下管线的日常管理、信息查询、数据维护更新及管理部门的专业应用需求，借助三维GIS平台，从基础功能模块、专业应用模块两方面实现其功能开发。

基础功能模块包括权限管理，管线数据加载、修改、删除、数据的录入更新功能；还包括三维场景浏览、空间量测、管线信息查询定位等功能；此外还包括地下管线统计分析、横断面分析、流向分析、管线相交分析等专业分析功能，为管线管理部门提供直观、准确的地下管线信息，为管线的规划、施工及汇迁管理提供决策依据。提供的管线二三维联动机制，实现了传统二维管线系统与三维管线系统的耦合，可以充分发挥二维管线平台在信息查询，空间分析等方面的长处，又可以借助三维展示技术对查询、分析结果进行立体展示，使得查询及分析结果更利于理解，真实反映规划及施工现场的地下管线情况，如图3所示。横断面分析、爆管分析、流向分析及影响区域分析等功能，在实际管线管理维护方面都有很广泛的实际应用价值，如图4、图5所示。

图3 管线信息查询定位

图4 三维地下综合管网横断面图

图5 管线流向分析图

4 总 结

随着城市的发展，城市地下管网也将越来越复杂，传统的图档式二维管线管理方式已不能适应城市管线发展、更新、管理的需要。本文介绍了哈尔滨三维地下综合管网系统技术流程及功能实现情况，该系统在一定程度上解决了目前哈尔滨城市地下管线在规划、施工管理等方面的实际问题，但目前系统仍存在很多问题、不足，有待进一步解决和完善，如管线模型动态生成技术、模型数据结构存储管理，模型的实体化研究等问题。

[1] CJJ61-2003.城市地下管线探测规程[S].

[2] 李清泉，严勇，杨必胜等.地下管线的三维可视化研究[J].武汉大学学报·信息科学版，2003(3).

[3] 龚建桥.三维地下综合管线管理系统关键技术研究与实现[D].武汉:华中师范大学，2012.

[4] 郑国江，陶迎春，杨伯钢.三维GIS在地下管网管理中的应用研究[J].北京测绘，2012(5).

[5] 肖乐斌，钟耳顺，刘纪远等.三维GIS的基本问题探讨[J].中国图象图形学报，2001(9).

[6] Nich George，Object orientation，GIS and Information Technology[R].GISAsia Pacific，1996，Singapore:30～33.

Research and App lication on 3D Underground Pipeline Network System

Jiang Bo，Jin Mingyi
(Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying，Harbin 150010，China)

Underground pipeline network system is an important part of the urban infrastructure to adapt tomodern urban underground pipe network construction，management and development needs to build in Harbin 3D underground pipeline network system process，for example，discussed the 3D underground pipeline network system build process organization of data，pipelinemodeling and other key technologies，Harbin underground 3D pipeline network system design and system functions，and look forward to the technical difficulties in the future and development of 3D underground pipeline network.

3D-GIS；underground pipeline networks；digital city

1672-8262(2013)04-53-03

P208.2

B

2013—04—26

姜波(1973—)，女，高级工程师；研究方向:GIS研究。