二三維一體化技術在地下綜合管網系統中的應用

2018-10-19 15:48:23 來源:測繪院 作者:楊軍義,孫波中,陳怡潔,周泰,尹盤飛,劉霞

  摘要:地下管網是城市生活正常運行的“生命線”,其具有隱蔽性、復雜性、多樣性等特點,通過GIS技術對地下管網進行管理,實現查詢定位、增刪改查、二維展示、空間分析等操作是目前大多數管線系統具備的基本功能,個別管線系統具有三維管線展示功能,但三維管線是通過手工建模實現,成本高、效率低,而且不能實現二維管線和三維管線的聯動和數據同步更新。本文通過臨潭縣地下綜合管線系統建設,利用ArcGIS Engine[1]平臺實現管線二三維一體化建設,實現管線二三維展示、更新、聯動一體化。
  關鍵詞:地下管網;二三維一體化;ArcGIS Engine
  引言
  近些年臨潭縣城市化進程進展迅速,管網資料越來越多,給管網普查及探測工作帶來了較大的困難,另外管網管理人員頻繁的流動,也造成管網資料不清,已有的資料與現狀差別較大,甚至部分管網鋪設的年代久遠,歷史資料無從查起。以紙質管網地圖的傳統管理模式已不能滿足臨潭縣“合理管理、科學規劃、快速搶險、高效服務”的社會要求。這迫切需要有一套二三維一體化地下管網的系統出現來幫助管理者去管理這些“隱形的”管線網絡。
  1管網系統架構設計
  臨潭縣管網系統采用C/S體系結構進行設計,為地下管網管理提供各類地下管網數據、地形數據、專題數據、影像數據,系統采用ArcGIS Engine10.0為系統的二次開發平臺,采用Personal Geodatabase為空間數據庫,實現管網數據和地形數據的顯示、查詢、統計、分析、更新、服務等功能,為地下管網管理工作提供軟件支撐。系統總體架構由用戶層、功能模塊層、數據庫層以及支持平臺組成,在架構設計的過程中還遵照了各類國家標準規范,如圖1所示為系統總體技術架構圖。
  圖 1 管網系統總體技術架構圖
  2管網系統數據庫設計
  2. 1GeoDatabase[2]空間數據模型
  空間地理數據庫模型設計是任何GIS系統設計的核心工作之一,該模型的設計也是推動GIS系統發展,使其不斷完善提高的關鍵。在本系統中為了方便管網要素以及與其相關的地理要素,系統使用GeoDatabase空間數據模型來統一管理管網數據,GeoDatabase是一種全新的面向對象的空間數據模型,是建立在DBMS之上的統一的、智能的空間數據模型。GeoDatabase支持表達具有不同類型特征的對象,包括簡單的物體、地理要素(具有空間信息的對象)、網絡要素(與其他要素有幾何關系的對象)、拓撲相關要素、注記要素以及其他更專業的特征類型。該模型還允許定義對象之間的關系和規則,從而保持地物對象間相關性和拓撲性的完整。臨潭縣三維地下綜合管網系統利用GeoDatabase空間數據庫模型以層次結構的管網數據對象來組織地理數據,這些數據對象存儲在要素類、對象類和數據集中進行統一管理,這對有效地管理地下綜合管網具有重要的意義[3]。
臨潭縣三維地下綜合管網系統中GeoDatabase的基本體系結構包括網絡數據集、影像數據、管點要素類、管網要素集、對象類、其他要素類等。如圖2所示為系統的GeoDatabase體系結構圖。
  圖 2 Geodatabase體系結構圖
  2.2管網分類代碼與屬性結構
  按管線的功能將臨潭縣探測的管網分為7個大類,每一大類管網根據其傳輸物質、功能和管理部門的不同又分為若干小類,臨潭縣管網共有12個小類,管網大類、小類和顏色對應的種類、代碼、名稱和色號如表1所示。
  表1管網分類及代碼表
管 線 大 類 管線小類 顏色
種類 代碼 種類 代碼 名稱 色號
供水 GS 供水 GS 天藍 4
排水 PS 雨污合流 YW 17
雨水 YS
污水 WS
電力 DL 供電 GD 大紅 1
路燈 LD
燃氣 RQ 天然氣 TR 粉紅 6
通信 TX 電信 DX 94
移動 YD
聯通 LT
廣播電視 GB 廣播電視 GB 淺綠 70
熱力 RL 熱水 RS 橘黃 30
  管線屬性信息是建立管線數據庫的基礎,是地下三維管線系統中進行空間分析的必要條件,所有的查詢、統計、分析都是基于這些屬性信息。因此各類管網、管點要素屬性信息的完整性與正確性與否對三維地下綜合管網系統的數據模型構建、數據信息管理有至關重要的作用。 地下管線都是由管線和管點所組成,其屬性信息結構如表2、 3所示。各類管網層的屬性信息結構基本相同,但根據管線用途的不同,管線的屬性信息結構表略有區別。
  表2 管網屬性結構表
序號 字段名 數據類型 中文意義 序號 字段名 數據類型 中文意義
1 LNO 文本(10) 管線代碼 17 Line_Style 數值(1) 編號
2 S_Point 文本(10) 起點物探號 18 Road 文本(50) 所在道路
3 S_X 數值(12,2) 起點X坐標 19 Pressure 文本(10) 壓力
4 S_Y 數值12,2) 起點Y坐標 20 Voltage 文本(10) 電壓
5 S_H 數值(8,2) 起點高程 21 Cab_Count 文本(10) 電纜條數
6 S_Deep 數值(8,2) 起點埋深 22 Optical_Count 文本(10) 光纜條數
7 E_Point 文本(10) 終點物探號 23 Hole_s 文本(16) 孔徑
8 E_X 數值(12,2) 終點X坐標 24 Hole_Num 文本(10) 總孔數
9 E_Y 數值(12,2) 終點Y坐標 25 Hole_Used 文本(10) 已用孔數
10 E_H 數值(8,2) 終點高程 26 FlowDirect 數值(1) 流向
11 E_Deep 數值(8,2) 終點埋深 27 D_Dia 文本(20) 套管尺寸
12 Material 文本(20) 材質 28 Memo 文本(20) 備注
13 D_Type 數值(1) 埋設方式 29 Link_code 文本(21) 管溝標識碼
14 D_S 文本(16) 管徑(mm) 30 SurveyUnit 文本(50) 勘測單位
15 Mdate 日期型 建設年代 31 SurveyDate 日期型 勘測日期
16 Owner 文本(50) 權屬單位 32 WarehouseDate 日期型 入庫時間
  表 3 管點屬性結構表
序號 字段名 數據類型 中文意義 序號 字段名 數據類型 中文意義
1 Exp_No 文本(10) 物探點號 10 Bottom-H 數值(8,2) 井底高程
2 Map_No 文本(6) 圖上點號 11 Bottom-Deep 數值(8,2) 井底埋深
3 S_Code 文本(4) 點分類代碼 12 Offset 文本(10) 偏心井位
4 Tfh 文本(14) 所在圖幅號 13 Angle 數值(5,1) 旋轉角度
5 X 數值(12,2) X坐標 14 Memo 文本(30) 備注
6 Y 數值(12,2) Y坐標 15 SurveyUnit 文本(50) 勘測單位
7 Surf_H 數值(8,2) 地面高程 16 SurveyDate 日期型 勘測日期
8 Feature 文本(12) 特征 17 WarehouseDate 日期型 入庫時間
9 Subsid 文本(12) 附屬物        
  3二三維一體化技術實現
  3.1二三維展示一體化
  通過ArcGIS Sense自帶的模型樣式對管網線狀要素進行渲染,其本質是對二維管線要素進行符號化,并沒有增加新的地理要素,這樣即可實現二三維展示一體化。具體操作是在樣式選擇編輯器中首先選擇樣式類型為3D Simple Line Symbol(3D簡單線狀模型),選擇所渲染管網對應的標準顏色,然后選擇Style為Tube類型,如圖3所示是對供水管網進行渲染操作和三維展示效果。
  圖 3三維管網渲染與展示
  3.2二三維更新一體化
  本系統二三場景共用一套數據,因此二維和三維場景采用同樣的基于模板的編輯(ArcGIS10.0以上版本新增功能),支持標準GIS數據編輯功能(要素模板增、刪、改,屬性編輯),三維捕捉,三維圖形編輯等,無論在二維場景還是三維場景都可實現數據一次編輯,二三維數據同步更新的結果,以所見即所得的編輯方式同步實現二三數據更新一體化。
  3.3二三維聯動一體化
  系統二三維展示各使用一個窗口界面,二三維數據平面、高程基準一致,兩個窗口界面聯動操作時會自動左右分屏顯示,鼠標點擊拖動任一屏地圖,另一屏二維或三維地圖便會自動聯動,其本質是獲取鼠標點擊時的二維空間坐標、三維相機高度角、方位角等數學要素,再通過程序控制地圖顯示場景,二三維數據通過交互事件觸發機制保持其顯示區域的同步,圖4所示是二三維聯動場景。
  圖 4 管網聯動一體化效果
  4系統其他功能
  系統除具有基本的地圖操作、量測查詢、空間數據管理、制圖表達功能模塊外,空間分析是整個系統功能的核心模塊,包括縱橫斷面分析、凈距分析、爆管分析、管閥分析、緩沖區分析、搶險分析、預警分析等功能,圖5展示了系統若干空間分析功能。
  圖 5 系統功能截圖
  5結語
  二三維一體化技術在地下管網管理系統的建設中充分利用了二維 GIS 強大的空間分析功能和三維GIS展示管理的直觀性,二三維一體化技術的應用為地下管線數字化管理提供了有益借鑒。本系統不足之處主要是系統采用C/S結構進行研究開發,沒有進行B/S結構下WebGIS[4]的應用開發。在功能應用上C/S側重管網的維護管理,B/S側重于管網信息的網絡發布與共享,后續可以在C/S和B/S一體化上進行開發研究。
  參考文獻
  [1] 邱洪鋼,張青蓮,陸紹剛.ArcGIS Engine開發從入門到精通[M].北京:人民郵電出版社,2010.
  [2] 羅智勇,劉湘南. 基于Geodatabase模型的空間數據庫設計方法[J].地球信息科學,2004,04:105-109.
  [3] 楊志剛等.三維城市地下管網信息系統研究與應用[J].成都大學學報,2009,28(4) :346-348.
     [4] M.zurMuehlen,J.V.Nickerson,and K.D.Swenson.DeveloPing Web Service Choreograph Standards—theease of REST VS.SOAP[J].Deeision Support Systems,2005,40(l):9-29.
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