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插件式三維地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

2023-03-15 08:46朱雨芯
關(guān)鍵詞:插件管網(wǎng)管線

王 華 朱雨芯

(鄭州輕工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 河南 鄭州 450002)

0 引 言

地下管線是保障城鎮(zhèn)生產(chǎn)、生活等活動(dòng)的重要“生命線”,隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn),管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大至整個(gè)建成區(qū)范圍,給相關(guān)主管部門(mén)的管理工作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。近些年燃?xì)夤艿佬孤?、熱力管道爆炸、路面塌陷等安全?zāi)害事故頻發(fā)[1],嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全及城市生產(chǎn)生活秩序。因此國(guó)務(wù)院辦公廳在2014年下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》,將管線普查、信息系統(tǒng)建設(shè)列為地方政府和主管單位的工作重點(diǎn)。隨著3S與IT技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外學(xué)者從地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、可視化技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)建、空間決策分析等幾個(gè)方面開(kāi)展地下管網(wǎng)信息化建設(shè)研究[2-8]。傳統(tǒng)的地下管網(wǎng)系統(tǒng)借助二維GIS技術(shù)進(jìn)行管線數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理,利用空間量算、網(wǎng)絡(luò)分析等方法構(gòu)建面向?qū)I(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的決策分析模型,從而輔助城市管線的管理維護(hù)工作。三維GIS既可以在虛擬環(huán)境下對(duì)地下管網(wǎng)縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、走向等空間關(guān)系進(jìn)行逼真地展示,又能夠借助三維數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)的三維管網(wǎng)空間分析功能,同時(shí)還可以借助地面參照物如建筑、道路等實(shí)體進(jìn)行管線的精準(zhǔn)定位,因此地上地下三維一體化技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于三維地下管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)中[9-10]。

現(xiàn)有的系統(tǒng)研究雖然極大地提高了地下管網(wǎng)的信息化建設(shè)與管理水平,但在海量二三維空間數(shù)據(jù)的一體化管理、可視化、部門(mén)共享方面仍然存在一定不足[11-13]:(1) 缺少集成的數(shù)據(jù)質(zhì)檢功能,導(dǎo)致海量數(shù)據(jù)反復(fù)導(dǎo)入不同質(zhì)檢平臺(tái),數(shù)據(jù)入庫(kù)及更新效率低下;(2) 大型三維場(chǎng)景建模技術(shù)流程復(fù)雜且成本高,現(xiàn)有三維引擎對(duì)管網(wǎng)加載和顯示效率欠佳效果不佳;(3) 現(xiàn)有管網(wǎng)管理系統(tǒng)多為緊耦合結(jié)構(gòu),不宜進(jìn)行空間決策分析功能擴(kuò)展;(4) 缺少數(shù)據(jù)共享服務(wù),多部門(mén)數(shù)據(jù)重復(fù)采集導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余且不一致。針對(duì)上述問(wèn)題,本研究構(gòu)建基于傾斜攝影的地上地下三維場(chǎng)景模型,設(shè)計(jì)基于規(guī)則庫(kù)的管線數(shù)據(jù)質(zhì)檢方法,規(guī)范多部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享接口,在數(shù)據(jù)管理與空間決策分析模型緊密結(jié)合的要求下設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)與功能結(jié)構(gòu),在插件式開(kāi)發(fā)框架下實(shí)現(xiàn)了松散耦合式的通用性較強(qiáng)的三維地下綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng),并以河南省西平縣為例展示系統(tǒng)部分應(yīng)用成果。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本目標(biāo)在于為相關(guān)管理部門(mén)、不同數(shù)據(jù)使用部門(mén)提供一個(gè)相對(duì)開(kāi)放、可擴(kuò)展的軟件平臺(tái),以提高智慧城市建設(shè)背景下的“生命管道”信息化管理水平。為滿(mǎn)足上述不同類(lèi)型用戶(hù)的多層次需求,本研究在“數(shù)據(jù)層—業(yè)務(wù)層—應(yīng)用層”三層框架基礎(chǔ)之上采用“宿主-插件” 模式進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì),可以劃分為數(shù)據(jù)引擎、支撐類(lèi)庫(kù)、功能插件庫(kù)、空間分析算子庫(kù)、宿主程序、應(yīng)用層6個(gè)構(gòu)件(圖1)。① 數(shù)據(jù)引擎:利用二維空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎ArcSDE、三維引擎Skyline和屬性數(shù)據(jù)引擎ADO.NET來(lái)實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)、遙感影像、地上實(shí)物的海量空間、屬性數(shù)據(jù)的一體化存儲(chǔ)、管理和訪問(wèn)。② 支撐類(lèi)庫(kù):包括系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所必需的核心組件庫(kù)如.net framework、ArcEngine,以及為插件擴(kuò)展開(kāi)發(fā)所定義的基本工具接口、算子接口、數(shù)據(jù)服務(wù)接口等。③ 功能插件庫(kù):基于應(yīng)用接口開(kāi)發(fā)的一系列數(shù)據(jù)管理功能插件,主要實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的質(zhì)檢、入庫(kù)、更新、查詢(xún)、瀏覽等功能。④ 空間分析算子庫(kù):由相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用人員或研究人員基于基本算子接口開(kāi)發(fā)的一系列的管網(wǎng)排爆、拓?fù)洹⑴鲎卜治龅人阕?,用于輔助面向不同種類(lèi)管線的應(yīng)急分析決策。⑤ 宿主平臺(tái):在插件式框架中,宿主平臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的exe程序,作為系統(tǒng)框架的運(yùn)行入口,在本系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)識(shí)別、裝載、銷(xiāo)毀插件容器中的各類(lèi)應(yīng)用插件對(duì)象,給系統(tǒng)功能擴(kuò)展提供開(kāi)放式的基礎(chǔ)功能接口,并利用多種可視化技術(shù)為用戶(hù)提供主要的分析結(jié)果顯示界面。⑥ 應(yīng)用層:也即系統(tǒng)面向用戶(hù)提供不同功能的人機(jī)交互UI。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在圖1所示架構(gòu)下在系統(tǒng)應(yīng)用層主要給用戶(hù)提供如地下管網(wǎng)三維場(chǎng)景瀏覽、管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、空間決策分析、管線數(shù)據(jù)共享服務(wù)等功能。

(1) 數(shù)據(jù)可視化:主要實(shí)現(xiàn)不同的地上、地下二三維場(chǎng)景展示方式。

(2) 數(shù)據(jù)查詢(xún)統(tǒng)計(jì):包含管線信息的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、量算與標(biāo)注等功能。

(3) 空間分析決策:該模塊主要實(shí)現(xiàn)斷面分析、拓?fù)浞治?、爆管分析、碰撞分析、開(kāi)挖分析等管線空間分析功能。

(4) 數(shù)據(jù)接入:主要實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的質(zhì)檢、動(dòng)態(tài)入庫(kù)、更新等功能。

(5) 數(shù)據(jù)共享:主要實(shí)現(xiàn)多部門(mén)之間管線數(shù)據(jù)的封裝、發(fā)布、安全認(rèn)證、共享等功能。

(6) 系統(tǒng)功能:主要包括系統(tǒng)用戶(hù)管理、系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)在線幫助等功能。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

基于本文二三維一體化綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)功能需求,將本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)劃分為以下幾個(gè)子庫(kù):(1) 基礎(chǔ)管線數(shù)據(jù)子庫(kù),本系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù),主要包括給水、排水、燃?xì)狻崃?、電力、電信、廣播電視、工業(yè)8類(lèi)管線的普查信息,利用Featureclass實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型管線空間數(shù)據(jù)的編碼分層管理,管線屬性信息可以按照管線段、管線點(diǎn)、管溝邊線段端點(diǎn)等進(jìn)行分表存儲(chǔ),主要通過(guò)管線子類(lèi)碼、物探點(diǎn)號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同空間、屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)。(2) 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)子庫(kù),該子庫(kù)主要包括管線普查區(qū)的行政區(qū)劃、道路、水系、企業(yè)、醫(yī)院、機(jī)關(guān)單位等數(shù)據(jù),均按照《基礎(chǔ)地理信息要素與代碼》規(guī)范進(jìn)行要素編碼。(3) 附屬構(gòu)筑物數(shù)據(jù)子庫(kù),該庫(kù)主要存儲(chǔ)與管線緊密相關(guān)的地上地下構(gòu)筑物信息,包括管道井蓋、消防栓、電線桿、路燈、變電站等各類(lèi)實(shí)物的空間位置、尺寸、材質(zhì)、主管部門(mén)等相關(guān)數(shù)據(jù)。(4) 柵格影像數(shù)據(jù)子庫(kù),主要包括區(qū)域傾斜攝影遙感數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、地形地貌影像數(shù)據(jù),主要用于輔助區(qū)域三維場(chǎng)景模型構(gòu)建及展示。(5) 三維場(chǎng)景模型數(shù)據(jù)子庫(kù),主要包括普查區(qū)全域傾斜攝影三維場(chǎng)景數(shù)據(jù),以及管線、管點(diǎn)、附屬設(shè)施、地上建筑物等需要進(jìn)行三維展示的實(shí)體要素符號(hào)模型、顏色、紋理等信息。(6) 空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)子庫(kù),用于存儲(chǔ)不同部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)、安全認(rèn)證信息以及地圖數(shù)據(jù)服務(wù)元數(shù)據(jù)等。(7) 系統(tǒng)管理子庫(kù),包括用戶(hù)角色、權(quán)限、角色-菜單映射關(guān)系以及數(shù)據(jù)更新、交互、共享業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 基于規(guī)則庫(kù)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)檢

本系統(tǒng)采用基于規(guī)則庫(kù)的質(zhì)檢模型來(lái)對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)入庫(kù)管線數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、精度、邏輯關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系的檢查[14],以確保管線數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性與一致性,該模型的核心部件是質(zhì)檢規(guī)則的XML表達(dá)模型。XML是指一種結(jié)構(gòu)化的可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言,利用XML構(gòu)建規(guī)則模板,定義三級(jí)標(biāo)簽:RuleClass、RuleContent,以及RuleDetails,其中RuleClass主要用于標(biāo)記質(zhì)檢規(guī)則所屬類(lèi)別,如拓?fù)湟?guī)則、邏輯規(guī)則、數(shù)據(jù)精度規(guī)則等;RuleContent用于標(biāo)記質(zhì)檢規(guī)則的檢查內(nèi)容,比如空數(shù)據(jù)檢查、管線疊置分析、要素命名等;RuleDetails則為更精細(xì)化的質(zhì)檢規(guī)則指標(biāo),可直接控制到字段級(jí)別,如管線表的連接方向、埋設(shè)類(lèi)型是否滿(mǎn)足字典表要求,并建立精細(xì)規(guī)則與執(zhí)行算子的映射關(guān)系。

在該規(guī)則模型支持下,設(shè)計(jì)了如圖2所示的質(zhì)檢規(guī)則引擎執(zhí)行流程:(1) 質(zhì)檢數(shù)據(jù)首先以Geodatabase模板形式輸入到質(zhì)檢模塊,同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型提供相應(yīng)的規(guī)則模板。(2) 系統(tǒng)利用模板解析接口解析模板當(dāng)中所涉及的具體規(guī)則模型。(3) 利用規(guī)則解析接口對(duì)XML模型進(jìn)行分解并提取精細(xì)化規(guī)則,根據(jù)映射關(guān)系調(diào)用相關(guān)運(yùn)行算子接口,進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性檢驗(yàn)。(4) 將質(zhì)檢結(jié)果生成報(bào)告,系統(tǒng)判斷如果數(shù)據(jù)合法則由相關(guān)算子執(zhí)行入庫(kù)操作,否則返回給用戶(hù),根據(jù)質(zhì)檢報(bào)告進(jìn)行修改,重新提交。

圖2 管線數(shù)據(jù)質(zhì)檢規(guī)則引擎執(zhí)行流程

2.2 基于傾斜攝影的地下管網(wǎng)集成三維場(chǎng)景構(gòu)建

基于傾斜攝影的三維場(chǎng)景模型既能夠?yàn)槿S管線展示提供較為真實(shí)的可視化城市場(chǎng)景,又能夠提供基本的空間量測(cè)功能[15]。本研究通過(guò)以下技術(shù)流程建立地上地下管線三維集成展示場(chǎng)景(圖3):(1) 對(duì)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)多視角影像的幾何校正、聯(lián)合平差等處理流程,可運(yùn)算生成基于影像的超高密度點(diǎn)云,進(jìn)而構(gòu)建 TIN 模型,并以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型。(2) 地下管網(wǎng)建模將管井、閥門(mén)、連通等附屬設(shè)施歸類(lèi)為固定模型,利用3DS Max構(gòu)建對(duì)應(yīng)的三維模型,線狀類(lèi)的管線、管道作為動(dòng)態(tài)模型,根據(jù)普查數(shù)據(jù)獲取其長(zhǎng)度、埋深、紋理等信息,并基于要素顏色對(duì)照表、要素紋理對(duì)照表,利用顧及多細(xì)節(jié)層次(LOD)的實(shí)時(shí)可視化算法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)三維渲染。(3) 將與地下管線管理相關(guān)的主要道路、建筑物、附屬設(shè)施進(jìn)行分類(lèi)精細(xì)建模,基于相關(guān)的物矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行形狀參數(shù)采集,并進(jìn)行多角度紋理采集,以3D Max為建模平臺(tái),實(shí)現(xiàn)具體地物精細(xì)模型的構(gòu)建與紋理貼圖,并采用分組分類(lèi)存儲(chǔ)管理。上述3種三維模型在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)下,基于模型自身的相關(guān)地形信息、位置信息,形成了面向綜合管網(wǎng)管理的地上地下一體化三維場(chǎng)景。

圖3 地上地下管網(wǎng)三維集成建模流程

2.3 基于插件的管網(wǎng)空間分析模型擴(kuò)展架構(gòu)

地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)的核心空間分析決策模塊面向不同應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)該是可開(kāi)放的、易擴(kuò)展的,本系統(tǒng)在Visual studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)中利用.net框架的程序集反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)拓?fù)浞治?、爆管分析、碰撞分析等各功能插件的識(shí)別、初始化、裝載、執(zhí)行,通過(guò)插件形式在統(tǒng)一契約框架下與宿主程序交互(見(jiàn)圖1)。

本系統(tǒng)的管網(wǎng)空間分析插件主要通過(guò)實(shí)現(xiàn)宿主程序公開(kāi)的IPlugin、IDisplay、ILogic和IData 4類(lèi)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)插件信息解析、結(jié)果可視化、邏輯計(jì)算、數(shù)據(jù)接口等功能,具體結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖4。IPlugin接口包括插件名稱(chēng)、插件ID號(hào)、插件版本、插件功能描述等信息,宿主基于上述信息對(duì)插件進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝載;功能插件被宿主程序正確識(shí)別后調(diào)用IDisplay接口來(lái)實(shí)現(xiàn)插件窗體UI布局等信息的配置與可視化;IData接口可以用于檢查數(shù)據(jù)對(duì)象完整性、精確性的檢查,并從指定數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集合提供給插件對(duì)象;最后利用ILogic接口調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)處理分析算子,實(shí)現(xiàn)本插件的空間分析功能,并繼續(xù)調(diào)用IDisplay接口的相關(guān)方法結(jié)合宿主程序展示分析結(jié)果?;谠摻Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的空間分析插件是公開(kāi)可繼承的,不同部門(mén)業(yè)務(wù)需求者可通過(guò)公開(kāi)接口的繼承來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能插件的開(kāi)發(fā),從而滿(mǎn)足了地下管網(wǎng)空間分析模型的靈活擴(kuò)展需求[16]。

圖4 空間分析插件模型

2.4 基于Web Service的管網(wǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)共享結(jié)構(gòu)

地下管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)及其相關(guān)輔助數(shù)據(jù)獲取成本高、更新快,不同部門(mén)之間可通過(guò)GIS Web Service來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)共享,解決海量數(shù)據(jù)無(wú)法復(fù)用、冗余度大等問(wèn)題[17]。設(shè)置中心數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)以及一般數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),分別用于存儲(chǔ)管理地下管網(wǎng)主要數(shù)據(jù)以及一般的專(zhuān)業(yè)管線數(shù)據(jù),本文設(shè)計(jì)了圖5所示的共享技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合管線與專(zhuān)業(yè)管線數(shù)據(jù)的分布式共享交換。

圖5 管網(wǎng)數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)共享的前提是將各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的主要管網(wǎng)數(shù)據(jù)等按照統(tǒng)一的坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(《管線信息系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》、CH/T 1036—2015《管線要素分類(lèi)代碼與符號(hào)表達(dá)》)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并遵循統(tǒng)一的GML數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。其次根據(jù)共享用戶(hù)需求以及數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景在OGC框架下分別制定數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布的策略,例如:針對(duì)管線矢量數(shù)據(jù)一般可利用ArcGIS Server發(fā)布為地圖要素服務(wù)(WFS)、地圖處理服務(wù)(WPS),為其他用戶(hù)提供管網(wǎng)數(shù)據(jù)編輯、更新以及空間量算分析等專(zhuān)題應(yīng)用;高清影像和地形等柵格數(shù)據(jù)采用ArcGIS Server發(fā)布為地圖覆蓋服務(wù)(WCS),可提供區(qū)域插值分析和空間建模等空間分析服務(wù),如果發(fā)布為Web Map Service(WMS)服務(wù),還可以為其他部門(mén)用戶(hù)提供專(zhuān)題圖的基礎(chǔ)地底圖服務(wù);傾斜攝影三維城市模型、管網(wǎng)三維模型等數(shù)據(jù)一般只用于瀏覽、展示,因此利用Terra Gate將其封裝發(fā)布為一般地圖服務(wù),其他用戶(hù)可直接通過(guò)Rest接口調(diào)用;管線的基本屬性數(shù)據(jù)也可以被發(fā)布為普通的Web Service 服務(wù),為其他部門(mén)用戶(hù)提供管線數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用。在管線數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布、共享過(guò)程中,對(duì)各種類(lèi)型的地圖服務(wù)采用成熟的Token加密機(jī)制以及角色權(quán)限控制模型RBAC來(lái)保證管線數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題;數(shù)據(jù)使用部門(mén)用戶(hù)通過(guò)三維地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)向GIS分布式服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求,在通過(guò)安全認(rèn)證機(jī)制驗(yàn)證后可實(shí)現(xiàn)多類(lèi)管線數(shù)據(jù)的安全共享使用。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

本研究以Visual studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為本系統(tǒng)的插件式框架開(kāi)發(fā)平臺(tái),使用了C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。首先利用VS平臺(tái)的AppDomain定義宿主程序,借助RemoteLoader類(lèi)實(shí)現(xiàn)不同功能插件通信的跨域訪問(wèn)器;其次定義標(biāo)準(zhǔn)插件接口Iplugin,各類(lèi)功能插件基于ArcGIS Engine和Skyline的二次開(kāi)發(fā)組件實(shí)現(xiàn)該接口,并生成對(duì)應(yīng)的DLL,按功能類(lèi)型存放至不同的插件目錄;最后主程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)接口名利用反射對(duì)插件目錄的DLL進(jìn)行加載,使用插件接口定義的方法。再通過(guò)對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),最終實(shí)現(xiàn)了本文的二三維地下綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)。

以河南省西平縣為應(yīng)用案例,檢驗(yàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的合理性和先進(jìn)性。西平縣于2017年開(kāi)始開(kāi)展地下管線普查工作,普查面積15平方千米,針對(duì)城區(qū)給水、排水、燃?xì)?、電力、通信等各?lèi)管線,探測(cè)綜合管網(wǎng)長(zhǎng)度1 252.139余千米,管線點(diǎn)數(shù)55 374個(gè),基于傾斜攝影影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了西平縣三維模型,總數(shù)據(jù)大小約為6.8 GB。通過(guò)本系統(tǒng)集成的管網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)檢模塊完成對(duì)西平縣數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢驗(yàn),構(gòu)建全縣二三維一體化地下綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù),系統(tǒng)的主要功能實(shí)現(xiàn)界面如圖6-圖11所示。

圖6 地上傾斜攝影三維場(chǎng)景

圖7 地下三維管線場(chǎng)景

圖8 點(diǎn)性質(zhì)查詢(xún)

圖9 管線材質(zhì)查詢(xún)

圖10 3D面積的測(cè)量

圖11 管徑分段統(tǒng)計(jì)

圖6顯示的是西平縣城市三維場(chǎng)景模型,用戶(hù)可通過(guò)地上地下瀏覽模型切換,查看地下三維管線場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)地上地下三維場(chǎng)景一體化展示,在不同比例尺下平均響應(yīng)速度低于1.5秒(圖7)。系統(tǒng)為用戶(hù)不僅提供通用的空間、屬性查詢(xún)方法,還提供針對(duì)管點(diǎn)、管徑、材質(zhì)、地址等專(zhuān)題信息的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)手段。圖8為管線點(diǎn)屬性查詢(xún),用戶(hù)可通過(guò)指定管點(diǎn)性質(zhì)與空間范圍查詢(xún)符合條件的管點(diǎn)信息。圖9為管線材質(zhì)查詢(xún)功能,根據(jù)材質(zhì)類(lèi)型與空間范圍查找特定管線信息。系統(tǒng)提供二三維的空間量算功能,包括水平測(cè)量、空間測(cè)量、高度測(cè)量、面積測(cè)量、3D面積測(cè)量等,圖10顯示的是基于三維場(chǎng)景的空間3D面積量算功能。系統(tǒng)提供豐富的分段和分類(lèi)統(tǒng)計(jì)功能,如管徑分段統(tǒng)計(jì)、埋深分段統(tǒng)計(jì)、點(diǎn)性質(zhì)分類(lèi)匯總、管徑分類(lèi)匯總、材質(zhì)分類(lèi)匯總等,圖11展示的是根據(jù)管線類(lèi)型、空間屬性范圍進(jìn)行選定管線的匯總信息統(tǒng)計(jì)。

系統(tǒng)在三維場(chǎng)景可視化支持下提供強(qiáng)大的管網(wǎng)空間分析應(yīng)用,包括凈距分析、斷面分析、區(qū)域分析、拓?fù)浞治鲆约伴_(kāi)挖分析等功能,圖12-圖15分別為管網(wǎng)碰撞分析、緩沖分析、爆管分析、自定義開(kāi)挖分析功能的實(shí)現(xiàn)界面。

圖12 碰撞分析

圖13 緩沖分析

圖14 爆管分析

圖15 自定義開(kāi)挖分析

4 結(jié) 語(yǔ)

本文借助3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)整合研究了集成管網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)檢、管理、可視化、分析、共享等功能為一體的三維地下綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)。集成了基于規(guī)則庫(kù)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)檢引擎,能夠在統(tǒng)一平臺(tái)下把嚴(yán)格監(jiān)控管網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量,基于傾斜攝影的地下管網(wǎng)集成三維場(chǎng)景構(gòu)建方案為用戶(hù)決策分析提供了更為直觀和高效的可視化視圖,并且在插件式管網(wǎng)空間分析模型擴(kuò)展架構(gòu)支持下,系統(tǒng)為其他用戶(hù)提供了更為開(kāi)放的可定制決策分析平臺(tái),最后通過(guò)基于Web GIS Service的管網(wǎng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)共享結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多部門(mén)之間管網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全共享,降低了數(shù)據(jù)重復(fù)采集所導(dǎo)致的資源浪費(fèi)、冗余度高等問(wèn)題。本系統(tǒng)成功地應(yīng)用于河南省西平縣管網(wǎng)信息化管理工作當(dāng)中,能夠?yàn)槌鞘邪踩芾硪约肮芫€突發(fā)應(yīng)急事件提供科學(xué)的輔助決策,顯著提高智慧城市建設(shè)水平。后續(xù)研究將繼續(xù)基于分布式用戶(hù)的多情景業(yè)務(wù)需求進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)研究,提高系統(tǒng)及數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用的廣泛性。

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