基于三维GIS的燃气管道线路辅助设计系统研究与实现

兰芳

摘 要：在长输管道线路设计过程中，线路的选择至关重要，线路选择是否合理直接关系到整个工程的建设质量。目前线路路由的设计大都还停留在定性的水平，需要大量的外业踏勘工作，并且很大程度上依靠设计者的经验。基于三维GIS技术的线路辅助设计软件，能够提高管道线路设计工作的数字化程度，推动空间数据管理与分析技术在线路设计中的应用，在贴近真实空间环境、提高可视化程度上有了更进一步的应用。

关键词：燃气管道 辅助设计 业务分析

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0042-02

1 燃气管道线路设计业务分析

传统燃气管道线路设计的勘察与数据采集工作主要依靠人工完成，会耗费大量的人力、财力和物力，工程效率较低，而且线路的设计工作主要依靠设计人员的主观经验和技术水平，选出来的线路缺乏客观性，不够科学合理。因此，需要一种新的技术方法来完善或者替代传统的燃气管道选线方法。

在长输燃气管道线路设计过程中，GIS技术可以将管道沿线的地面设施、地理环境、人文景观、交通、水利、工程地质和自然灾害等影响管道安全的因素和基础数据纳入数据库，而基于三维GIS技术，所展现的场景与真实环境更加贴切，能够实现真正意义上的空间虚拟可视化。

2 平台总体架构

基于GIS的线路设计平台，主要由数据层、应用层和功能层这3个部分组成，在数据层上建立多尺度、多内容、多格式的空间和属性数据库；在应用层采用“基础框架+插件”的方式设计；在功能层则面向不同用户提供定制化的客戶端界面程序。

3 管道线路设计三维应用

基于GIS的线路设计平台，以辅助燃气管道线路工程设计为目标，将线划图、扫描地形图、数字高程模型、遥感影像图、环境专题数据以及管道专业数据为主要内容的多尺度、多来源的综合共享数据库作为基础，实现了三维环境下的管道路线设计等功能。

3.1 基础功能

基础功能模块包括导航漫游、空间查询、三维飞行、飞行录制、空间量测、空间分析等三维GIS基础功能。

3.2 管道线路规划

在三维地形地貌展示基础上，可以根据需要叠加基础地理矢量数据、现状管网数据、途经地区地形地貌、河流、公路、铁路等多处障碍设施，以三维可视化的方式直观显示线路走廊内的各类型综合图形信息，辅助大范围的线路路径初步规划。结合DEM数据，系统实现了二维、三维同步的设计场景。

该规划为管线设计师们提供了绘制新管线，分割、合并、延伸、删除、比较选择较优管线等管线走向设计功能，也提供了进行管道沿线设施如站场、阀室、防腐、弯管等对象的布置工具业务流程和操作规范，遵循了管道设计人员原有的设计经验和操作习惯，在保证业务规范的基础上尽可能地提供自动化工具，以提高设计人员的工作效率和数据精度。

3.3 管线纵断面分析

在燃气管道选线中，坡度与地面起伏是影响线路走向的重要因素。平台在数字高程模型DEM基础上，依照管线中心线能够动态地生成纵断面图，并且在沿线设施对象布置过程中，实现了三维场景和纵断面图下的视觉联动。

管线纵断面数据的获取主要是依照一定的空间长度获取管线节点的坐标、地面高程等信息，先是根据管线段首尾节点、纵断面线起止节点的坐标分别确定各管线段方向和纵断面线方向，然后确定各管线段与纵断面线的夹角，再将各管线段的长度换算成在纵断面线上的投影长度。根据实际的应用需求，可以采用数据抽稀算法对获得高程点的密集程度进行筛选。

3.4 线路方案比选

支持采用空间分析技术来对已经完成的管道线路设计方案进行自动的工程量计算。系统能够根据以上数据进行管道穿跨越统计，地形地貌类型解析，管材计算，土石方计算，征地统计，敏感地物统计等管道线路工程量统计计算，并能够将统计结果按照标准工程量表进行输出。

工程师通过工程量对比结果，在系统中进行分割、合并、生成推荐管线等操作。

4 结论

在遵照燃气管道线路设计规范要求的基础上，建设了基于三维GIS的燃气管道线路辅助设计平台，利用三维GIS的空间表达与空间分析技术，为燃气管道线路设计提供支撑。总的来说，三维GIS的燃气管道线路辅助设计系统的应用，主要有以下优点。

4.1 基础数据更新及时

利用GIS技术和遥感摄影测量相结合，从原始资料、中间成果以及最后产品都是以数字形式存储和表达，并且可生产出丰富的多元化数字产品，为燃气管道线路设计提供具有时效性的基础数据。

4.2 线路信息直观明了

设计人员可以从电子地图上得到线路周边的详细信息，包括地形、地貌、地质和水文等，对沿线地表信息具有直观认识，并且能够从宏观上权衡线路周边其他信息，做出宏观角度的总体规划和设计。

4.3 提高设计工作效率

采用GIS技术方法，可使大部分设计工作转到了室内，不受天气环境的影响，能够减轻劳动强度，缩短勘测设计周期，提高勘测质量，加快工程进度。

4.4 提高线路设计工作的科学性、合理性

利用GIS技术进行燃气管道设计工作，能够为设计人员提供直观的二维、三维选线场景，方便设计出多种线路方案，供决策支持者进行择优选择，而且可以综合考虑所有的自然因素和社会因素，对于增强线路走向设计的合理性、科学性，具有重要的意义。

参考文献

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