实现城市地下管网的“运筹帷幄”？用二三维一体化GIS技术很容易

近年来，随着全国大规模的城市建设如火如荼地进行，水、气、电等城市基础设施的敷设数量、密度在不断增加，管网长期深埋在地下，形成庞大而错综复杂的地下工程，对综合管网的质量、安全以及管理也提出了更高的要求，部分城市由地下管网问题引发的城市内涝、道路塌陷、管线爆裂等事故也呈高发态势。

在当前信息化技术飞速发展的环境下，应用物联网、云计算、5G网络、大数据等技术，积极推进地下管线系统智能化改造，建立安全可靠、智能高效二三维一体化数字城市管网，成为城市治理者提高运行管理水平、实现区域经济发展提速的必需手段。

面向城市综合管网管理单位要求，中地数码打造二三维一体化综合管网信息系统。针对综合管网的实际业务需求，基于GIS、数据库、数据中心、通信等先进技术，以基础地形图和综合管网数据为基础，注重综合管网管理业务移动化、综合信息集成化、运营管理服务化，实现综合管网空间、属性数据和业务数据统一动态管理，为综合管网的规划、设计、施工、运营、评估提供可靠的依据和服务，提高综合管网业务管理水平和流转效率，地下管线不再藏于“地下”，任何安全问题都一目了然，从而实现综合管网系统科学、合理的运作，进而塑造综合管网相关企事业单位的良好形象，提高社会经济效益。

体系架构

采用面向服务的体系架构（Service Oriented Architecture，简称SOA架构）进行建设。系统各个综合管网业务功能以“服务”形式提供给不同的业务应用，各功能之间是相互独立的，以一种“松耦合”的协议机制来组合。基于综合管网信息服务建立的丰富的综合业务应用功能模块，可以提供应用搭建和业务协同机制，支持用户对应用模型进行定义，并灵活配置、扩展系统，实现数据与功能共享，以适应不断变化的客户与市场需求，使综合管网管理单位的信息化管理工作步入持续快速的发展轨道。

为扩大二三维一体化综合管网信息系统建设的影响力，在与企业内网进行充分融合的基础上，在C/S模式基础上构建面向管理人员应用的B/S模式。同时，在各GIS系统进行门户集成的基础上，外网用户可以通过权限控制实现对系统的访问。

采用层次化体系结构进行建设，系统体系结构如下图所示:

图 体系架构

管线数据集成管理

01.数据建库

采用“先制定规范，后实施建库”、“先设计，后实施”、“空间与属性数据有机结合”的技术路线，利用专业GIS应用软件与Auto CAD、MS Access等应用软件相结合，对原始数据进行检查、编辑、修改等处理。根据系统数据需求进行数据库设计，并按照设计要求进行数据处理、属性提取、拓扑关系建立等一系列工作，最终建成集管线数据与基础地形数据、空间数据和非空间数据为一体的共享型数据库。基本地形图数据如果包含足够多的属性信息，则可以根据地形图数据快速生成道路、绿地、水系、建筑物等简要模型，为地下管线提供丰富的环境要素。

数据处理流程如下图：

图 综合管网数据处理流程

02．三维管网建模

管网数据三维建模：城市综合管线涉及电力、电信、给水、排水、燃气、热力、工业等领域，不同的管线类型对应的设备设施分类各不相同，导致各种不同类型的管网数据源的表结构存在差异。

在管线模型三维建立过程中，为了达到各类管线生成操作统一的效果，对综合管线的管网数据表进行了抽象，规定了各类综合管线所必须具备的字段，以及这些字段的命名要求。符合本规范表结构的管线数据，均可通过MapGIS 10三维管线建模工具，将二维管线转化为三维模型。

图 管网建模

外部景观模型数据导入：景观模型一般采用3dsMax等专业建模软件进行建模，再导入到MapGIS 10平台中；MapGIS 10也支持BIM模型、倾斜摄影等多种类型的三维建模软件数据导入。

目前支持*.3ds、*.obj、*. dae、*. Osgb、*.fbx和*.xml六种类型数据。

矢量地形三维景观建模：基本地形图数据如果包含足够多的属性信息，则可以根据地形图数据快速生成道路、绿地、水系、建筑物等简要模型，为地下管线提供丰富的环境要素。

03. 地形图数据处理

基础地形图管理具有灵活的图库管理功能，各种地形图要素可分类、分层管理；可对地形图数据进行正确性检查，根据用户的要求及图幅的质量，实现图幅配准、图幅校正和图幅接边，形成无缝地图库。

提供带状地形图更新工具。完美支持CAD数据，能够自动进行图层对照和接边。

图 地形图更新

04.管网管理

提供视图浏览、定位、量算、查询、统计、打印、输出等功能模块。系统可实现图属的联动查询，快速查询其属性信息、参数信息和多媒体信息，按照自定义区域范围和任意条件浏览查询设备属性，查询出来的数据，用户可以根据自己的需要，选择任意范围或任意形状的图形进行数据导出。

图 附属数据查询

图 输出

Web三维

相比于二维线条，三维立体实物图形所展现给人们的效果更具说服力。Web三维提供二维和三维的展示及功能模块，支持联动显示、三维查询、三维统计、三维量算。

01.全景影像

系统接入全景影像数据，可以方便地查看全景数据。

图 三维全景

02. 三维统计

结合用户的需要，系统提供管线统计和管点统计功能，支持用户自定义统计范围和统计字段，实现管线长度和设备数量的统计。

图 管点统计

03. 三维量算

提供丰富的量算功能，可以测量两点之间的水平、垂直以及直线距离。用户还可根据需要选择相应的计量单位。

图 三维量算

04．三维漫游

系统支持三维场景漫游，提供“既定路线漫游”和“自主操控漫游”两种漫游方式。可根据选定管线或自定义路径在地下管线模拟仿真场景中进行路径漫游浏览；同时提供仿真模拟场景快照及视频录制功能，用户可将对地下管线仿真模拟场景的整个浏览过程进行记录并输出，便于今后进行详细分析。

图 路径漫游

图 自主操控漫游

05.二三维视图联动

二三维跳转功能可实现二三维之间的自由、流畅跳转。系统通过实现二维视图与三维视图的联动显示，可对地图进行缩放及视角调整，通过按钮控制地面模型的展示便于比对。

图 二三维视图联动

管网数据综合分析

管网分析功能模块主要用于深层次地挖掘综合管网的信息数据，为管线规划、抢修等决策分析提供合理性的建议数据。

01.流向分析

对于能够明确管道流向的管线如依靠重力或者有压管线，系统可以分析并以箭头方向来动态显示管道内介质的流向。

图 流向分析

02. 路线规划

为事故维修人员规划合理的进入管廊的路线，并可以区分地上路线和地下路线的路径颜色，起到指引作用。

图 路线规划

03. 开挖分析

可以三维形式模拟显示某一区域开挖后的管线分布情况，可选择矩形开挖、沿线开挖、多边形开挖等多种开挖方式，支持用户设置开挖深度等参数。

图 开挖分析

04. 隧道分析

可模拟生成地下隧道，并查看隧道内的管线信息，支持用户设置隧道的宽度、高度和深度等参数。

图 隧道分析

05. 爆管分析

爆管故障发生后，通过用户在供水/燃气管网上选择的爆管位置进行关阀搜索，显示分析后应关闭的阀门和受影响的用户信息，若当前阀门失效，可扩大搜索范围，为爆管后的事故抢修及应急处置提供处置参考意见，提升处置效率。

图 爆管分析

系统亮点

（1）采用具有自主知识产权的MapGIS三维平台，该平台实现了涵盖地上、地表、地下全空间真三维建模，多样化的模型可视化表达，专业的动静态三维GIS分析应用，支持连续变化的属性体数据模型的集成管理与融合分析，具备方便、高效的二次开发方式，为用户提供一个功能更全面、模拟更真实、操作更方便的真三维地理信息系统开发平台。

（2）系统可批量将二维管线生成三维管线模型，无需单独建模，省去数据制作成本且维护简单。

（3）实现了地上地下一体化展示，将地表DEM模型、三维景观模型、全景影像、地理底图及地下三维综合管线模型进行集成显示，构建多层次立体三维模型，为综合管线建设、管理提供真正的三维可视化平台。

（4）采用了HTML5和无需插件的WebGL技术进行三维功能开发，跨浏览器使用，无需任何浏览器插件支持；可直接调用GPU资源进行图形渲染，在Web三维应用中可以更流畅地展示3D场景和模型。

（5）三维场景漫游结合三维游戏操作方式，使三维场景体验更加出色。

地下管网是城市赖以生存和发展的基础，对提升城市建设管理水平、解决城市空间局限、环境资源容量等问题都有着不可替代的重要作用。中地数码将始终以MapGIS全国产化平台为依托，积极发挥产品方案和技术服务优势，以信息化技术不断完善地下管线三维应用建设，推动综合管网信息化建设的可持续发展，用科技的力量守护城市“生命线”，为建设“智慧城市”提供强有力的支持。