Skyline支撐三維地下管線系統(tǒng)建設(shè)

1、Skyline支撐三維地下管線系統(tǒng)建設(shè)地理信息系統(tǒng)部（北京東方道邇信息技術(shù)有限責(zé)任公司）1 引言隨著數(shù)字城市在管理和應(yīng)用中的不斷發(fā)展，城市三維管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)也逐漸在國(guó)內(nèi)大中城市中應(yīng)用起來(lái)。由于管網(wǎng)遍及地下、空中、水下，其用途的特殊性和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的管網(wǎng)資料又以圖紙、圖表形式保存，采用人工管理，容易造成各種圖檔資料不全，精度不高，信息滯后，更新不及時(shí)，管理時(shí)難以獲取有效管網(wǎng)信息，從而給管網(wǎng)管理工作造成諸多不便。城市三維管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)采用空間信息技術(shù)，有效地解決了上述難題。它通過(guò)三維的方式真實(shí)反映管網(wǎng)的空間位置關(guān)系，從而構(gòu)建起來(lái)的一個(gè)集管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、管理分析于一體的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，為企業(yè)的生產(chǎn)

2、運(yùn)營(yíng)、規(guī)劃、決策、服務(wù)等方面工作起到重要的參考作用，被廣泛應(yīng)用在城市規(guī)劃建設(shè)、市政、供排水、燃?xì)?、通訊、園林綠化、重點(diǎn)設(shè)施建設(shè)等，為城市建設(shè)的規(guī)范化、科學(xué)化、數(shù)字化、智能化及其信息管理、信息共享建設(shè)等提供了有效的科學(xué)化管理手段。2 基于Skyline的三維管網(wǎng)系統(tǒng)基于Skyline的城市三維管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，可以直觀的展示出各種管線在城市管網(wǎng)系統(tǒng)中空間位置，對(duì)突發(fā)事件能進(jìn)行三維可視化展示，并能及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)進(jìn)行中的事態(tài)發(fā)展做出預(yù)測(cè)演示，為決策者果斷地采取有效控制措施提供三維空間展示功能，使損失降到最低，為我國(guó)城市管網(wǎng)建設(shè)與管理發(fā)揮積極作用。2.1 Skyline技術(shù)流程Sky

3、line系列軟件是一套基于網(wǎng)絡(luò)的三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)。用戶可以利用航空和衛(wèi)星影像、地形高程數(shù)據(jù)和其他的二、三維地理空間和屬性數(shù)據(jù)，創(chuàng)建自定義的虛擬現(xiàn)實(shí)三維可視化場(chǎng)景，進(jìn)行瀏覽、查詢、分析和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，并開(kāi)放所有的API，不論是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境還是單機(jī)應(yīng)用，用戶能夠根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求開(kāi)發(fā)定制功能，建立個(gè)性化的三維地理信息系統(tǒng)。SkylineGlobe系列軟件通過(guò)TerraBuilder、TerraExplorer和TerraGate三個(gè)系列產(chǎn)品各司其職，簡(jiǎn)便而有序的實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景創(chuàng)建、展示和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。Skyline技術(shù)流程（如下圖所示）：TerraBuilder創(chuàng)建的三維地形數(shù)據(jù)庫(kù)（MPT）通過(guò)Te

4、rraGate發(fā)布直接MPT，或者結(jié)合Direct Connect直連模塊發(fā)布原始影像數(shù)據(jù)；本地矢量數(shù)據(jù)以及WFS和WMS通過(guò)SFS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，最后在TerraExpolore Pro平臺(tái)上加載，配置三維場(chǎng)景制作成FLY文件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)用戶基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)與應(yīng)用，或者直接調(diào)用API接口開(kāi)發(fā)單機(jī)版的應(yīng)用。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用B/S和C/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，充分利用這兩種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和已有資源為各應(yīng)急相關(guān)單位服務(wù)，體現(xiàn)了兩種體系的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于需要處理大量圖形數(shù)據(jù)的應(yīng)用，為了提高運(yùn)行效率將充分應(yīng)用比較成熟的C/S結(jié)構(gòu)采用數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、客戶層三層

5、模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)；對(duì)于數(shù)據(jù)查詢和瀏覽應(yīng)用將盡可能地應(yīng)用B/S技術(shù)，通過(guò)Internet/Intranet發(fā)布空間和非空間信息。C/S結(jié)構(gòu)與B/S混合體系結(jié)構(gòu)，集成數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)、WebGIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等，采用功能控制流和數(shù)據(jù)流交叉的方式，實(shí)現(xiàn)與地下管網(wǎng)相關(guān)的空間與非空間信息的管理、分析、決策等功能。2.2.2 系統(tǒng)集成接口為了提高系統(tǒng)的開(kāi)放性和集成能力，系統(tǒng)預(yù)留集成接口，可方便的與SCADA系統(tǒng)（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、客戶服務(wù)系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)和功能集成，滿足管網(wǎng)輸配綜合調(diào)度決策需求。2.3 系統(tǒng)功能三維管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)具體功能如下圖所示：2

6、.3.1 地下管網(wǎng)瀏覽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在地下模式對(duì)三維管網(wǎng)進(jìn)行瀏覽漫游。系統(tǒng)可以通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、操縱桿、控制面板或者任意組合方式來(lái)控制飛行的速度、高度視角，使得用戶可以靈活、便捷的在三維場(chǎng)景中瀏覽地下管網(wǎng)信息，操作簡(jiǎn)單，易于使用。隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)顯示到達(dá)的地域名稱、狀態(tài)欄坐標(biāo)切換顯示。2.3.2 管網(wǎng)信息查詢（1）按條件查詢系統(tǒng)可以按管網(wǎng)的材質(zhì)、竣工日期、接口方式等條件進(jìn)行查詢，并定位到目標(biāo)管網(wǎng)；（2）按區(qū)域查詢系統(tǒng)可以按區(qū)域進(jìn)行查詢，并定位到目標(biāo)管網(wǎng)；（3）按屬性查詢系統(tǒng)可以查詢?nèi)我夤芫€對(duì)象的屬性信息，實(shí)現(xiàn)圖屬互查，可以查詢目標(biāo)管網(wǎng)材質(zhì)、管徑、埋深等屬性信息。2.3.3 管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理（1）三維管線的創(chuàng)

7、建系統(tǒng)能進(jìn)行三維管線的創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理。選定管線連接位置的轉(zhuǎn)接頭，設(shè)定其X、Y坐標(biāo)位置及其埋深，以及轉(zhuǎn)接頭的朝向，系統(tǒng)可以自動(dòng)創(chuàng)建各類(lèi)管線，用戶可以自行設(shè)置管線類(lèi)型、顏色、樣式等等。（2）管網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入和加載系統(tǒng)可對(duì)管網(wǎng)數(shù)據(jù)中的管線及附屬設(shè)施的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯修改、打印等操作；系統(tǒng)可以加載管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并按圖層進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和圖層控制； （3）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的輸出分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)形成的統(tǒng)計(jì)圖表（如計(jì)算管線的長(zhǎng)度、統(tǒng)計(jì)指定范圍內(nèi)的閥門(mén)數(shù)量等）可輸出為Word、Excel或其它通用的報(bào)表形式，并可打印輸出；2.3.4 二三維聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)和原有的二維GIS地理信息系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。既可以同時(shí)打開(kāi)二維系統(tǒng)和

8、三維系統(tǒng)，進(jìn)行并列聯(lián)動(dòng)操作，也可以分別打開(kāi)二維系統(tǒng)和三維系統(tǒng)進(jìn)行疊加聯(lián)動(dòng)操作；2.3.5 管網(wǎng)空間分析（1）量算分析系統(tǒng)能在地下模式對(duì)三維管線進(jìn)行水平距離、垂直距離、空間距離等的量算分析；（2）緩沖區(qū)分析以點(diǎn)、線、面實(shí)體為基礎(chǔ)，自動(dòng)建立其周?chē)欢▽挾确秶鷥?nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后建立該圖層與目標(biāo)圖層的疊加，進(jìn)行分析而得到所需結(jié)果。（3）管線路徑分析對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行一定程度的模擬仿真分析，顯示當(dāng)前管網(wǎng)的連接情況和工作狀態(tài)，可以選定管網(wǎng)中任意兩節(jié)點(diǎn)并計(jì)算出兩節(jié)點(diǎn)是否可以連通。此工具用于分析與目標(biāo)管線向連通的所有管線、管井及閥門(mén)等信息。依據(jù)相關(guān)信息，分析出管線的最短路徑，實(shí)現(xiàn)按生成路徑三維漫游；（4）管線

9、剖面分析通過(guò)鼠標(biāo)畫(huà)任意剖面線，形成管線橫剖面圖，分析管線在地下的埋深情況；通過(guò)選取多條管線，形成管線縱剖面圖，分析管線在地下的坡度情況；（5）爆管分析爆管是對(duì)給水、燃?xì)?、熱力管網(wǎng)危害極大的一種管網(wǎng)故障，一旦發(fā)生爆管，將會(huì)造成巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，并會(huì)影響到人們的生產(chǎn)生活。因此需要對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行及時(shí)、有效的爆管分析，找到確切的爆管位置以及查找出需要關(guān)閉的閥門(mén)，盡快地對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行維修。對(duì)于管網(wǎng)壓力異常的位置應(yīng)及時(shí)檢測(cè)，防止和減少爆管的發(fā)生。對(duì)于爆管分析結(jié)果，系統(tǒng)將在地圖上自動(dòng)把所有需要關(guān)閉的閥門(mén)作以特殊顏色標(biāo)記，比如閥門(mén)顏色變紅，表明是需要關(guān)閉的；不變色的，表明是不需要關(guān)閉的；變綠色的，表明閥門(mén)已

10、廢或者設(shè)備狀態(tài)不正常。管爆分析需要與監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行集成應(yīng)用，因此爆管分析對(duì)于維護(hù)管網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、減少管網(wǎng)故障帶來(lái)的能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。（6）管網(wǎng)模擬施工分析對(duì)三維管網(wǎng)的施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析。2.3.6 漫游路徑用戶可以自己定義一條瀏覽的路徑，然后系統(tǒng)沿著這條路徑漫游。提供多種漫游的運(yùn)動(dòng)模式，如行走、飛翔、駕駛，模擬人在城市三維景觀中的各種動(dòng)作，從而可以很直觀地獲得城市三維管網(wǎng)在各種運(yùn)動(dòng)情況下的效果。自定義路徑漫游分為兩個(gè)部分：自定義路徑、按路徑瀏覽。自定義路徑是指用戶自定義瀏覽路徑，生成瀏覽的關(guān)鍵幀。即用戶在瀏覽窗口中按先后順序選擇瀏覽的視點(diǎn)，模塊自動(dòng)生成運(yùn)動(dòng)的軌跡。

11、按路徑瀏覽是指用戶選擇一條生成的路徑，開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行瀏覽。2.3.7 輸出功能系統(tǒng)能根據(jù)用戶要求轉(zhuǎn)換成多種數(shù)據(jù)格式，支持圖像和視頻輸出。3 展望隨著計(jì)算機(jī)和三維GlS技術(shù)發(fā)展以及需求的不斷深入，地下三維管網(wǎng)GIS也將不斷發(fā)展。以下幾個(gè)方向正日益受到關(guān)注：（1）面向?qū)ο蟮膽?yīng)用可以使地下三維管網(wǎng)GIS具有更豐富的語(yǔ)義表達(dá)能力，并具有模擬和操縱復(fù)雜地處理對(duì)象的能力。（2）與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下管網(wǎng)GIS可有效拓展工作站點(diǎn)的分布區(qū)域，使Internet用戶可以從任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上瀏覽GIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、專題圖、以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，使GIS真正成為信息社會(huì)的空間信息傳媒和分析決策工具。（3）與日常辦公更緊密結(jié)合地下管網(wǎng)GIS需更緊密地集成辦公環(huán)境下的各類(lèi)數(shù)據(jù)，將工作流的概念引入綜合管網(wǎng)管理，使得與綜合管網(wǎng)相關(guān)的所有辦公環(huán)節(jié)