基于二维地下管线数据快速建立地下管网三维场景

２０１４年第２期　・北京测绘・　８１　基于二维地下管线数据快速建立地下管网三维场景　张　军　（１．北京市测绘设计研究院，北京１０００３８；２．城市空间信息工程北京市重点实验室，北京１０００３８）　［摘　要］　随着地下空间应用的不断深入，二维信息不能准确表达管线之间的空间关系，三维空间信息　系统更加适合地下空间数据的表达。本文主要论述了二维地下管线数据向地下管网三维场景的快速建立，以　及在建立过程中出现的各种问题，经反复实验解决问题，最终实现了地下管网三维场景的快速构建、三维管线　浏览、信息查询等功能。　［关键词］　地下管线　三维建模　三维模型　三维地下管线数据　［中图分类号］Ｐ２０８　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］　１００７—３０００（２０１４）０２—５　城市地下管网是城市社会经济活动的动脉，　随着城市化进程的加速推进，作为城市基础设施　重要组成部分的地下管线系统也越来越复杂，地　成的一套表示地下管线空间位置、用途、属性、权　属关系等的描述参数。　本文论述了二维地下管线数据向地下管网　下管线的普查与信息化建设将成为城市管理的　一三维场景的快速转换建立。其中包括二维地下　管线数据的数据结构，三维管网建立的流程；以　项重点工作。目前，大多数单位通过二维地下　空间信息系统进行地下空间数据的管理、分析。　但是随着地下空间应用的不断深入，二维信息不　能准确表达管线之间的三维关系，二维系统在地　下空间应用的不足日益凸显。地下管线的最大　特点是隐蔽性大，空间位置信息的获取较困难，　且精度较低；各类管线间的空间关系较为复杂。　及在转换建立过程中发现问题，经反复实验解决　问题，最终实现了三维管网快速构建、三维管线　浏览、信息查询等功能。　１三维管网快速建模　１．１　二维地下管线数据介绍　对于这个纵横交错的巨大网络，我们仅依靠现有　的资料及图表，在实际应用中还是有资料精度不　目前我们建立的地下管线管理系统是基于　ＡｒｃＧＩＳ，其只能表达二维信息。本次我们使用的　地下管线数据是ｓｈａｐｅｆｉｌｅ格式，包括七大类管线　分别为：电力、燃气、热力、上水、通讯、雨污、工　业。各类管线数据按空间特征又分为管线点、管　线连接、小室图层　ｊ。　高或与现状不符等情况发生，给工作带来困难　］。　如二维图形无法表现管线之间的空间关系，有些管　线上下起伏，与地面垂直的一段管线在平面图上只　能以一个点与相应注记来表示，视觉效果不直观，　所以地下空间信息必然需要用三维方式进行表达，　三维技术的成熟进一步推动地下空间信息产业发　展。由此可见，三维空间信息系统更加适合地下空　１．管线中管点数据的数据结构如表１。　表１管点数据结构表　间数据的表达。而三维空间信息系统在数据获取、　数据模型、数据存储方式、三维可视化表达等方面　的成熟技术，可以更好的解决地下空间信息系统应　用的实际问题，从而进一步推动地下空间信息系统　市场的发展　Ｊ。　地下管线数据是以ＣＪＪ　６１—２００３《城市地下　管线探测技术规程》口］、《北京市地下管线探测技　术规程｝ＤＢ１１／Ｔ　３１６—２００５为主要标准　］，结合　ＧＪＪ　８—９９｛城市测量规范》的相关标准和内容形　［收稿日期］２０１３　０８　１２　［作者简介］张军（１　９７２一），女，汉族，北京人，工程师，主要从事测绘产品的质量检验工作。　８２　・北京测绘・　２ｏ１４年第２期　２．管线中两管点间的连线数据结构如表２。　表２管点数据结构表　１．３三维管网快速建立　三维管网快速建立的平台是采用三维管段　自动生成和管点设施精细建模的方式构建三维　管网场景。三维地下管线数据采用三维场景格　式＊．ｓｃｄ。每类管线包括管段、管点设施和小室　三个图层。管段三维模型基于已整理好的、规范　的二维管线矢量数据构建，转换程序根据矢量数　据中提供属性信息如工程件号、管径、起止高程　等信息自动生成三维管线场景。管线段是靠管　点设置连接的，管点设施（如阀门、三通、井室等）　具有相对的统一性，可以使用３ｄｓ　Ｍａｘ等专业建　模工具根据市政管线设施设计规范，对各类管点　设施进行精细建模，作为统一的三维符号，根据　管点的位置、角度构建三维场景，使之与管线段　匹配完好。然后通过场景整合工具整合到三维　管线模型场景ｓｃｄ文件中；小室根据二维数据中　３．管线的小室数据只记录小室的空间位置，　是管线档案中提供的。　数据转换之前，要先将这几类管线数据按程　序所要求的格式整理好，比如文件的命名等。每　类管线数据都按照点、连接、小室命名。如雨污　记录的坐标、高程信息由程序自动构建。　空间参考系：地形管线数据为了实现在三维　系统展示并且与地上三维场景叠加，其平面坐标　系统采用Ｂｅｉｊｉｎｇ　１９５４／３　ｄｅｇｒｅｅ　ＧａＵＳＳ—　Ｋｒｕｇｅｒ　ＣＭ　１１７Ｅ，高程系统采用统一的、符合国　家规定的高程系统。　管线的各层命名：雨污点、雨污连接、雨污小室。　１．２运行环境　在运行数据转换程序之前应建立ＳＱＩ　数据　库和ｍｄｂ格式数据库。然后开始运行程序进行　数据转换。三维管网快速建立流程图见图１：　为确保系统正常运行，系统中应安装ＡｒｃＧＩＳ　软件、ＣｉｔｙＭａｋｅｒ＋Ｅｘｐｌｏｒｅｒ插件和Ａｃｃｅｓｓ、ＳＱＩ　Ｓｅｒｖｅｒ数据库软件。　ｓｈｐ文件格式的　管点管线数据　字　—　垂　算警　字嚣　ｌ　简　要模　＞　一［　ｉ●　』　将标准化过　ｑｌｑ、　＾＇　数据入库　二垂　］　墨　库中　面甄　一—　—Ｊ　标准管线数据库　　。Ｉ　，　．．．．．．．．．．　一三维管线场景生成　模型大小凋整　ｌ赞帧型的缩　放比和旋转角　度便于动态显　根槲管线数扣　成ｓｃｄ文件　图１　三维管网快速建立流程图　８４　・北京测绘・　２Ｏ１４年第２期　点的高程为地面高程等。（２）在三维建模过程中　是先做路网的模型，路网模型的高程是按照ｃａｄ　图提供的高程制作的。然后再做地面模型和建　筑模型，地面建模时是按路网将地面填充进去，　３结论　地下管网三维场景的快速构建实现了对地　下管线、地下构筑物的可视化展示。三维场景的　建立对管线的设计、施工及城市规划、管理中各　种地下空间数据的管理和分析提供了数据支撑　和依据。因此，地下管网三维场景的建立具有广　阔的应用前景，研究工作还有待进一步深入。　参考文献　Ｅｌｉ　ＣＪＪ　６１－２００３．城市地下管线探测技术规程［ｓ］．北京：　中国建筑工业出版社，２００３．　［２］ＤＢＩ１／Ｔ　３１６—２００５．北京市地下管线探测技术规程　Ｉｓ］．北京：北京市质量技术监督局，２００５．　地面的底高是人为挑选的，底高的挑选一般是以　道路来划分，要求挑选的每块块内高差为０．５米，　块与块之间高差为０．５米，如块内高差大于０．５　米，可将此块再进行划分，直到满足要求为止。　如遇起伏较大的地区，高差较大，怎么都不能满　足要求，则需根据照片实际制作。现在还有部分　地面问题没得到更好的解决，因为它必定是虚拟　现实的场景。　４．个别管线密集地段，管线敷设情况复杂，　相互之间有并行、交叉、上下分层等多种情况，如　同一个超大规模的地下迷宫。由于现有探测设　备和探测技术的缺陷，不能有效的弄清楚管线的　走向和连接关系，因此没有完整、准确的竣工数　据，以至造成管线数据也不能很准确。解决方法　待再次测量后再将数据入库。　Ｅ３］杨伯刚，龙家恒，刘志祥．北京市综合管网信息系统　的建立ＥＪ］．北京测绘，２００４（２）：４－７．　［４］任海军，文俊浩，徐玲．一种三维数字城市的构建和　实现方法ＥＪ］．重庆大学学报，２００６，２９（３）：１０１—１０４．　［５］陈靓，赵冬玲．三维可视化地理信息系统在校园地　下管线管理中的应用综述［Ｊ］．．北京测绘，２００６（１）：　４２—４６　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｐｉｐｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｆ　３　Ｄ　Ｓｃｅｎｅ　Ｑｕｉｃｋｌｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　２　Ｄ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｄａｔａ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ　（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｅ：　ｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｓｐａｃｅ，ｔｈｅ　２Ｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃａｎ’ｔ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｓｐａ　ｔｉａｌ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｌ　ｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　。ｌｉｎｅ，ｔｈｅ　３Ｄ　ｓｐａｃｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｓｐａｃｅ　ｄａｔａ　ｅｘｐｒｅｓ—　ｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　２Ｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｄａｔａ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｆ　３Ｄ　ｓｃｅｎｅ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ｂｕｉｌｔ，ａｎｄ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｐｒｏｔ　ｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｓｏｌｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｐｅａｔｅｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｆｉｎａｌｌｙ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｕｎ—　ｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｆ　３Ｄ　ｓｃｅｎｅ　ｔＯ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ｂｕｉｌｄ，３Ｄ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｂｒｏｗｓｉｎｇ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｑｕｅｒｙ，ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ；３Ｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ；３Ｄ　ｍｏｄｅｌ；３Ｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｄａｔａ　（上接第７４页）　［３］李征航，黄劲松．ＧＰＳ测量与数据处理［Ｍ］．湖北武　汉：武汉大学出版社，２０１０．　［４］施一民．现代大地控制测量［Ｍ］．北京：测绘出版　社，２００８．　［５］民用机场勘测规范［ｓ］．，ＭＨ／Ｔ　５０２５—２０１１．中国　民用航空总局发布．　Ｅｘｐｌｏｒｅ　ｔｈｅ　Ｔｒｕｅ　Ｎｏｒｔｈ　Ｒｕｎｗａｙ　Ｆｉｅｌｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ＬＩｕ　Ｓｈｕｎ—ｙａｎ　（Ｆｕｊｉａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｌａｎｄ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｘｉａｍｅｎ　Ｆｕｊｉａｎ　３６１０１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ＧＰＳ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ａ　ｈｉｇｈ—ｔｅｃｈ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅ—　ｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔＯ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｕｎｗａｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｕｎｗａｙ　ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔＯ　ｔｒｕｅ　ｎｏｒｔｈ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｔＯ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｍｅｒｉｄｉａｎ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｔｒｕｅ　ｎｏｒｔｈ　ａｚｉｍｕｔｈ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：ｔｒｕｅ　ｎｏｒｔｈ；ＧＰＳ；ｒｕｎｗａｙ　ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ