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城市管网信息管理系统是近几年我国大多数城市紧随世界大潮流进行“数字城市”建设的一部分,是现代城市实现管理数字化的重要一步,更是预防管网事故、减少突发管网事故带来的经济损失的一个重要手段。在传统的管网管理模式中,一般都以图表、文字记录的形式记录管网信息,容易出现数据遗漏的问题,查询也不方便;后来出现的二维管网信息系统利用计算机记录信息,可以及时更新,也方便快速查询,但是这种系统以二维图形的方式表示管线,不能清楚展示管线的空间位置,管线与管线、管线与其他设施之间的关系,不具备直观性。在计算机技术高速发展、信息越来越重要的现在,这类管理系统已经远远达不到人们的要求,用三维方式对管网进行管理成了大趋势。
目前市场上也有一些三维管网信息管理系统,能够对管网进行三维建模,用一种更直观的方式向人们展示城市的管网基础设施,但是这些系统尚存在一些不足,例如对不同管段的连接处的处理很粗糙,建立的模型不能达到三维系统的要求,对诸如三通管模型、四通管模型等特殊性的管道模型的建立没有很好研究,这既不利于图形效果的展示,也不利用进行管网系统的分析工作。同时已有的三维管线系统管网分析功能相对简单,仅仅是进行一些查询统计分析,降低了管网系统的实用性。
本文以GIS技术为依托,充分利用了中国地质大学(武汉)国土资源信息系统研究所自主研发的基于组件式开发的GIS平台Quanty View 3D,采用可视化软件开发工具Visual Studio.NET 2005,利用计算机图形学和差值拟合方法对管网数据进行处理,结合OpenGL函数库进行城市管网基础设施三位建模模块开发,实现对直管,弯曲管网、三通管、四通管等典型管网基础设施的三维建模。为市政管网的日常管理、规划决策、设计施工等提供了可行的、科学的依据。
本文首先简述了课题的研究背景、目的及意义,分析了三维城市管网基础设施建模的国内外研究现状,总结了当前管网基础设施管理方面存在的问题和当前已有几种建模方法的特点,并据此提出了本文的主要研究目标;接着分析了城市管网基础设施的数据结构,根据总结的几种管网类型,利用计算机图形学和插值拟合的方法分别对这几种不同类型的管网的数据做不同处理,在此基础上基于武汉地大坤迪科技有限公司QuantyView3D平台调用OpenGL提供的函数进行管网基础设施的三维模型建立,并以天津市滨海高新区的给水管线数据为依据展现建模效果;最后介绍了三维城市管网基础设施建模在日常市政管理、工程建设中的应用,成功验证了课题的合理性和实用性。
本次研究的主要工作和得到的研究成果可归纳为以下几点:
(1)对管线数据结构进行分析,根据不同管线建模要求,利用计算机图形学和数学插值理论知识有针对性地对管线空间数据信息和属性信息分别进行了相应处理。
(2)利用OpenGL提供的函数库实现管网系统的断面建模和管体曲面建模,使得管网的三维模型具有更逼真的显示效果,同时也大大简化了程序。
(3)结合管网信息管理系统的特点,提出了管线辅助开挖分析的功能的设想并给出了具体实现,给城市规划部门更好地规划城市,减少不必要的损失提供了帮助,增加了管网分析功能,为市政部门管理管线提供了方便。
文章的最后介绍了论文的研究成果和存在的不足,展望了未来进一步研究和探索的方向。