图 1 系统功能结构 （二）数据表设计 管网数据库是系统运行的基础，数据库中存放了管道属性信息、附 属设备信息、用户管理信息等数据。在建立信息数据表时，应全面考虑 信息内容并设置对应字段名称，各信息表内存放的数据如下： 1）管道属性信息表，包括管号、管道长度、管道直径、安装日期、材
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质、类型、壁厚、描述等。如表 1 所示； 表 1 管道信息表
一、引言 “数字城市”的建设是城市空间信息的开发、使用和共享的需要，它 对城市的信息化进程产生了极大的推动作用[1]。作为城市地理空间信 息不可或缺的重要组成部分，综合管网就像人体内的“神经”和“血管”， 日夜担负着传递信息和输送能量等工作，是生产运转的物质基础[2]。目 前世界各国均把交通(如地铁)、通讯(如地下电缆、光缆)、能源(如地下输 油管道)、动力输送(地下输电线路)、给水、排水等地下管线信息视为社 会经济的生命线[3]。在城市建设中，没有详实的管线信息，施工中难免 挖坏地下管线，超过服役期的管道会因外部干扰、腐蚀、管材及施工质 量等因素，导致火灾、爆炸、中毒等安全事故，造成重大的生命财产损失 和环境污染。由此可知，掌握全面准确的管网信息至关重要。 管网信息具有空间位置复杂、分布不均匀、种类繁多、数据量大、更 新速度快等特点。伴随着科技发展和业务量的快速增长，以平面图来 表示管网信息已逐渐暴露出不适应性。以楼房管线为例，在不同墙面 有不同种类的管线被埋设，平面图上以不同颜色的直线来表示这些管 线，就会拥挤不堪，无法清晰显示，若采用分层显示的方法，则又无法表 现管线之间的空间关系。况且，有些管线本身上下起伏，与墙面垂直的 一段管线在平面图上就只能以一个点和相应的文字说明来表示，没有 任何直观的视觉效果。 管理部门需要以真三维虚拟场景的方式直观准确地了解管网的空 间分布和工作状态，对管网系统进行自动化管理。因此，研究一种具有 三维场景漫游、信息查询、动态模拟、自动控制等功能的管网管理系统 具有现势性意义。 二、系统设计 （一）功能结构 经过实际调查分析得知，管理部门对现实中管网的管理具有以下 几方面重点要求： 1）三维场景展示，二维平面图具有众多局限性，用户希望通过管网 的真实感三维场景模型，将隐蔽的管线清晰直观地展现在用户面前，提 高管线管理和营运的效率； 2）图属双向查询，通过图属互查功能快速查询管线的类型、属性、 位置和展布方向，及时了解某一特定管线的结构状况。例如，用鼠标点 击拾取一段管道，选中的管道高亮显示，并弹出相关属性信息窗口； 3）统计报表，通过多条件、多方式查询生成报表，与此同时，还希望 生成柱状、饼状、折线等示意图； 4）分析量算功能，管网管理需要进行多种统计分析和空间分析，如 邻近分析、爆管分析等； 5）模拟功能，在场景中可视化添加或修改管线及设备，动态模拟管 网的工作状态，对紧急事故的处理，如煤气泄露、水管破裂及地震造成 地下管线破坏等进行预演； 6）控制功能，在危险区域或人工很难干预的位置安装传感器，通过 物联网进行远程自动控制，达到智能化管理的目的。 基于以上现实需求，系统的总体功能设计如图 1 所示。
字段名称 GH GDCD GDZJ AZRQ CZ
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字段类型 数值 数值 数值 日期 文本
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备注 管号 管道长度 管道直径 安装日期 材质
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2）管道附属设备信息表，包括代号、名称、直径、长度、壁厚、材质、 类型、描述等；
3）用户管理信息表，用于存储用户名称（USER）密码（PASS-WORD） 和权限（RIGHT）。
三、技术实现
（一）技术流程 系统的建设分五大部分，包括：数据获取、数据处理、数据库设计、 三维建模、功能开发。技术流程如图 2 所示。
图 2 技术流程 1）管线数据采集，借助已有的设计图纸和文档资料快速获取管网 信息数据，对变更区域和缺少图纸的区域要进行外野测量。外野测量 采用雷达探测仪测量地下管网，地上部分采用三维扫描仪进行分段采 集，对于三维扫描仪采集不到或是禁用区域，可使用 RTK、全站仪、激光 测距仪、皮尺等工具进行人工采集； 2）数据处理，将人工采集的数据导入到 CAD 中保存为.dxf 格式，将 雷达探测仪和三维扫描仪采集的数据经过处理后导入 CAD 中和人工 采集的数据进行拼接，在 CAD 中将所有的管线使用线段代替，最后保 存的数据格式为.dxf； 3）场景模型创建，在 ArcScene10 场景中，管道被抽象为其中心线， 只考虑其起点、终点、拐点、变径点和接合点。将这些点的三维坐标保 存下来，在三维场景中真实再现管线的走向、粗细、种类（根据颜色来区 分），并能变换焦点和视角； 4）系统功能开发，系统引入了 GIS 组件技术，以 Visual Studio 2010+. Net Framework 4.0 作为系统开发平台，使用 C#语言，严格按照软件工程 相关规范编写程序。 （二）关键技术 1.三维激光扫描仪采集要点 1）踏勘场地与布设控制网，根据现场情况估计扫描测站应设的测 站数和位置，扫描测站的设置应尽量减少树木遮挡，测站之间应相互弥 补，减少不可视区域，扫描测站距离扫描区域不宜太远。控制点的布设 要确保每个控制点和两相邻控制点通视；控制点处可视区域应尽可能 包含所有欲扫描区域； 2）靶标布设，靶标应在每一站扫描开始前布设，如布设过早，靶标 易被挪动或者丢失，采用的靶标包括：Leica 平面靶标、Faro 球形靶标、 自制靶标； 3）扫描作业，采用不同的分辨率扫描管线和靶标，管线的采集分辨 率设置低一些以加快采集速度，而为了能够准确地提取靶标中心点，对 靶标则应采取较高分辨率单独扫描，一站扫描结束后分别保存区域点 云文件和靶标点云文件。由于扫描仪开始工作 （下转第 209 页）
科技信息
三维数字管网地理信息系统
陈维林 1 王明孝 2 闫浩文 1 （1.兰州交通大学测绘与地理信息学院 2.68029市”的重要组成部分，传统的二维平面图形难以描述管网的复杂空间结构，在三维虚拟场景中对管网 进行可视化管理是当前研究的热点。在参与某数字园区项目的基础上，本文系统地阐述了管网的测量、矢量化、三维建模及编程开 发等技术的实现过程，研究了其中的关键技术，提出了三维数字管网地理信息系统的构建方法，实现了管网的可视化管理。 ［关键词］数字管网 三维建模 GIS 可视化管理