天津市城市地下空间建(构)筑物三维数据编绘系统的设计与实现

谭新宇，胡勤军

(天津市测绘院有限公司，天津 300382)

1 引 言

传统地下空间管理，侧重于地下管线的管理，往往忽视了建(构)筑物要素的管理。随着城市的发展，城市地下空间建(构)筑物日趋增多，对其科学管理越来越重要，相应数据的采集编绘的要求也越来越高[6]。

目前，天津市现有的地理信息采编软件在采集编绘地下空间建(构)筑物数据方面存在一些困难[3]：一是地下空间建(构)筑物较为隐蔽，且常常分层错位，原有二维采编系统难以直观编辑[4]。二是地下空间建(构)筑物信息挂载的最大外围轮廓线，在CAD平台中难以直接获取。三是原有采编系统难以综合处理地下空间建(构)筑物的空间数据和复杂的属性信息。

为此，作者结合天津市城市地下空间建(构)筑物数据字典项目，设计开发天津市地下空间建(构)筑物三维数据编辑系统，以期实现地下空间建(构)筑物数据的标准编绘，满足地下空间调查项目的实际需求。

2 数据编绘流程

数据编绘流程规定了系统各功能模块之间的逻辑关系，是系统开发设计的基础。依据数据字典对地下空间建(构)筑物数据的分类、编码、几何特征、空间关系和属性表等要求[2]，结合天津市基础地理信息采编系统绘制常规地物的习惯特点和某区域的地下管线(空间调查)普查项目成果要求，设计数据编绘流程如图1所示。

图1 地下空间建(构)筑物数据编绘流程图

3 系统的实现

系统实现按照目标导向，先将数据字典进行紧凑严密化配置，再依据数据编绘流程拆解实现各模块功能，最后封装成一套完整的输入输出系统，主要可分为数据字典的配置、编辑功能的实现、三维可视化的实现和工程项目管理的封装等步骤。

3.1 数据字典的配置

数据字典作为一个文档成果，定义了大量的要素分类编码表、地下空间数据分层表、注记分类表、字体一览表以及属性表等等，内容繁多，结构松散。要实现要素的标准绘制，需要对数据字典进行详细解读，并提炼出一个结构紧密逻辑严谨的配置文件。XML是可扩展标记语言(eXtensible Markup Language)的缩写，它是一种数据表示格式，可以描述非常复杂的数据结构，常用于传输和存储数据。因此，本系统采用XML来配置数据字典中的要素信息和属性表等信息，并存储临时项目信息，便于数据中断续编，并能满足敏捷开发、自定义属性和最终成果检查等需要。

3.2 编辑功能的实现

编辑功能是系统的核心部分，是地下空间建(构)筑物数据编绘流程和工程项目化管理的具体实现[7，8]。系统采用天津市基础地理信息采编系统相同的二次开发平台-AutoCAD Map3D 2016，逐一实现分层轮廓线绘制模块、出入口标绘模块和最大外围轮廓线绘制模块(如图2所示)，并按照编绘流程，将其集成为一键绘制功能。通常情况下，点击“地下空间建构筑物一键绘制”并逐步操作，即可编绘出完整的地下空间建(构)筑物要素对象。

图2 地下空间建(构)筑物数据编辑功能结构图

数据编绘以选择需要绘制的地下空间建(构)筑物的类型[5]开始，设定好总层数和当前绘制层数，交互绘制出当前层的分层轮廓线，并逐一录入分层、设施、当前高程点信息后，再叠加融合所有层的分层轮廓线，得到最大外围轮廓线，并挂接主体属性信息。地下空间建(构)筑物的最大外围轮廓线的提取，是实现属性信息挂接和成果输出的关键[9]。系统综合采用Shapelib和DotSpatial等开源库，来实现空间信息的输出、分析、最大外围轮廓线提取、属性挂接和空间检查等功能。Shapelib是一款基于C语言编写的开源的库文件，它支持对Esri公司的Shapefiles文件进行快速的读写操作，效率较高。DotSpatial是一个基于.Net Framework 4.0版本编写的一个开源地理信息系统(GIS)库，它可帮助开发人员把空间数据、空间分析的功能加入他们的应用程序中。图3为编辑功能效果示意图。

图3 编辑功能效果示意图

3.3 三维可视化的实现

AutoCAD Map 3D具有强大的二三维可视化编辑功能，通过内置的编程接口，能够快速将二维视图中的图元转换为三维实体，并且可以通过“二三维快速切换”按钮，一键切换到三维视图进行浏览和编辑，从而实现地下建(构)筑物数据的二三维度的快速切换编辑。

本文系统设计开发了三维辅助类3DOrbitClass，设计二维地下空间建(构)筑物分层轮廓线的输入接口，利用轮廓线中的图层、颜色、地层高程、地层层高、净空高、地层面积等信息，利用Map3D自带的Solid3d.CreateFrom()函数，直接将地下空间建(构)筑物的分层轮廓线转换为三维实体，进而实现数据的三维检视和编辑功能。图4为三维效果示意图。

图4 三维效果示意图

3.4 工程项目化管理的实现

传统的基础地理信息采编软件将地理要素整体绘制，但是在编辑的时候，没有提供一个整体编辑的接口，如需修改要素中的某部分信息，只能在图形中直接修改，容易造成前后台信息不一致，破坏整体结构。系统充分吸纳实际编绘工作经验，将地下空间建(构)筑物当作一个工程项目整体，从创建工程项目实例开始，到编绘工程项目要素内容，到修改工程项目要素信息，再到工程项目成果数据管理，始终将其当作一个整体。作为天津市基础地理信息采编系统的拓展部分，基础地理要素信息工程项目化的编绘方式一方面使得地下空间建(构)筑物能够轻易从复杂的底图信息中区别开来，另一方面也进一步保障了地下空间建(构)筑物数据编绘的效率和质量。

4 系统主要功能

系统功能分为四大模块：项目准备、图面整理、地下空间和成果管理，如图5所示。

图5 系统界面

其中项目准备模块设置地下空间编绘环境加载、展绘外业坐标点等功能；图面整理模块设置图元标准化、三维检视和关联相关等功能；地下空间模块设置地下空间建构筑物一键绘制以及分层轮廓线、高程点注记、性质注记、项目名称注记、出入口注记以及提取最大外围轮廓线等独立功能，这是编绘系统的核心部分；成果管理模块设置数据成果检查和数据成果输出等功能。

5 实际应用

天津某开发区新型智慧城市基础设施建设数字化底座建设项目，针对地下空间部分要求开展地下空间工作底图制作、空间信息采集和属性信息调查等工作并按要求输出二维数据成果和三维示意图。利用本文系统，编绘制作了某地铁站的地下三层建构筑物成果图，输出了满足甲方要求的数据成果(如图6所示)，取得了一定的经济效益，为天津市在地下空间建(构)筑物数据编绘和成果输出方面探索出了成功经验[10]。

图6 地铁站项目应用成果图、三维检视图和效果图

6 结 论

通过研究分析天津市地下空间建(构)筑物的数量和形态特征，归纳形成天津市地下空间建(构)筑物数据字典并据此开发设计的地下空间建(构)筑物数据编绘系统，弥补了天津市原有采编软件在地下空间要素编绘方面的不足，满足了天津市地下空间和地下管网普查项目的实际需要，实现了天津市地下空间建(构)筑物数据和编绘的规范和统一。利用该系统，可以系统、规范、便捷的编辑和利用地下空间建(构)筑物的数据，具有一定的实际生产利用价值。