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【摘 要】地下管网系统是城市基础设施的重要组成部分，是城市的生命线，是保障当前经济社会快速发展和百姓正常生产生活的重要支撑。随着社会的发展，城市化进程加快，城市中的地下基础设施建设更加频繁，这也就意味着地下管网系统面临更多的挑战。三维地下管网系统作为一项新兴的管网控制系统在城市基础设施建设中发挥着重要的作用，本文主要对三维地下综合管网系统的设计及实现进行了具体的分析。
【关键词】三维；地下管网系统；设计；实现
一、前言
传统的二维地下管线探测图只能表达管线的平面位置，无法表达管线之间的复杂的空间层次关系，而三维地下管网综合系统的问世是对二维地下管网系统的升级与替代，在城市地下管网系统的发展中发挥了重要的分析与研究作用，保障了城市地下管网系统的稳定与安全。
二、三维地下综合管网系统国内研究现状
1、80年代后期至90年代，为了摸清地下管网的情况，我国开展了大规模的城市地下管网普查，并率先使用计算机辅助制图技术（Auto‐CAD）绘制管线分布图；使用DBASE、FOXPRO等数据库管理系统存储管理管线和管件的属性信息。由于管线的空间信息和属性信息分别存储于不同的介质，很难统一利用和管理，也难以进行信息的更新。
2、90年代初期至中期，随着地理信息系统软件被广泛应用于一些行业，于是也迅速推广用于管线空间信息和属性信息的管理。我国于90年代初相继使用国外的GIS平台（ARCINFO、INTERGRAPH），有的甚至用AutoCAD探索开发管线信息管理系统。与此同时国产GIS平台研制成功（如MAPGIS等），用国产GIS平台也开发出了地下管线信息系统，随着城市人们生活水平的提高，人们对地下管网的要求的不断加强以及对工作效率提升的愿望更加强烈，也使得地下管网的设计和实现也随着社会的进步以及科学技术的不断发展而得到更快的发展，并且在当前的三维技术应用比较广泛的社会体系下，通过三维技术的应用可以更好的以一种更直观的方式把整个城市的管网信息以最直观的立体模型方式展现给城市规划管理人员眼前，从而更真实的模拟了城市管线规划的真实情况，因此基于三維的城市地下管网系统的建设与应实现也将为城市地下管线管理发展的一个最重要的层面。
三、三维地下综合管网应用的关键技术
1、地下三维管线数据组织
城市地下管网分为给水、排水、燃气、热力、工业、电力、电信七大类，每一大类管线还可根据传输或排放的差异或其功能的差异分为不同的小类。
为便于数据的收集和分层管理，根据数据管理部门及实际应用情况将地下管线分为给水管网层、排水管网层、燃气管网层等7个管网层。管线属性信息是建立管线数据库的基础，是地下三维管线系统中进行空间分析的必要条件，所有的查询、统计、分析都是基于这些属性信息。因此各类管网属性信息的完整与否对地下三维管网系统的模型数据构建、信息数据管理有着至关重要的作用。各类管网层的属性信息结构基本相同，但根据管线用途的不同，管线的属性信息结构表略有区别。
2、地下管网模型制作
地下三维管网空间关系较为复杂，建模过程主要分为管点建模和管线建模。管点建模主要对实体管井、管阀进行建模。管线建模主要是对管道、管块、管沟等进行建模。
目前采用3dsMax软件对地下管线进行三维建模较多，其优点是模型表现效果好，模型精细程度高，但制作效率较低，无法满足城市级三维地下管网模型数据建设及后期模型数据维护更新的需要。地下管网模型构建过程中，可采用三维管段自动生成并结合3dsMax精细建模的方式进行模型数据的生产。
管段模型以管段起止点坐标、高程、管径等信息为基础自动生成模型数据。管点模型如管井、管阀等其标准统一，型号规格一致，可采用建模软件制作精细的管点模型，构建管点模型符号库，以管点坐标、高程、管点类别信息判别，自动加载各类管点符号模型。管点与管段的空间位置关系，根据管段流向及拓扑关系进行判断，最终在三维场景中对搭建地下管网模型。
3、地下管网模型场景构建
通过将地上建筑模型和地下管网模型整合，搭建一个虚拟三维场景，还原空间地物的三维空间位置，其构建流程如图所示。
四、三维地下综合管网系统的实现
1、三维地下综合管网系统总体设计
某城市三维地下综合管网系统总体结构采用分层式结构，以管线模型库、基础地理信息数据及管线专题数据作为数据层，以CityMaker，ArcGIS平台作为三维展示及空间分析的开发平台，开发面向三维地下管网的专业应用服务系统。综合考虑目前某城市地下管线的应用需求及城市地下管线管理的发展趋势，结合三维GIS开发平台的技术水平，三维地下综合管网系统采用B/S和C/S混合的体系结构进行开发，应用系统既能满足地下管线的专业应用及管理的需求，又可以实现管线数据发布、共享、维护，通过三维平台将管线信息及空间位置关系展示出来。
2、三维地下管网系统功能实现
三维地下管网空间位置关系复杂，同一平面位置上垂直方向会有多种管线重叠，为便于地下管线的日常管理、信息查询、数据维护更新及管理部门的专业应用需求，借助三维GIS平台，从基础功能模块、专业应用模块两方面实现其功能开发。基础功能模块包括权限管理，管线数据加载、修改、删除、数据的录入更新功能；还包括三维场景浏览、空间量测、管线信息查询定位等功能；此外还包括地下管线统计分析、横断面分析、流向分析、管线相交分析等专业分析功能，为管线管理部门提供直观、准确的地下管线信息，为管线的规划、施工及汇迁管理提供决策依据。提供的管线二三维联动机制，实现了传统二维管线系统与三维管线系统的耦合，可以充分发挥二维管线平台在信息查询，空间分析等方面的长处，又可以借助三维展示技术对查询、分析结果进行立体展示，使得查询及分析结果更利于理解，真实反映规划及施工现场的地下管线情况，如图所示。横断面分析、爆管分析、流向分析及影响区域分析等功能，在实际管线管理维护方面都有很广泛的实际应用价值。 五、三維地下综合管网系统未来发展趋势
随着GIS技术的快速发展以及其在城市三维地下管理系统中的应用优势的逐渐体现，所以在GIS技术的支持之下二次开发形成的可视化的地下管线规划管理应用也将是未来城市地下三给管线系统的发展趋势，所以此系统的应用发展趋势也将根据GIS的应用发展趋势而不断的应用改变。
由于GIS技术在城市三维管线规划管理系统的独特应用优势，所以基于GIS的三维管线应用将是未来三维地下管线规划管理系统的研究趋势，然而GIS系统的研究对象与基础都是数据，离开数据，GIS也就失去了其存在的价值，而在我国的三维地下管线规划系统GIS应用研究时，数据问题恰恰是最突出的问题，也是限制城市地下管线规划GIS应用研究在我国发展的最主要的因素。
虽然我国的城市地下三维管线规划管理GIS技术研究工作正在不断的向发达国家靠近，差距也在不断的缩小，然而差距却还依然比较明显，主要体现在我国的城市地下管线规划管理GIS研究工作当前主要存在于政府部门和科研机构，几乎没有任何社会单位参与城市规划的GIS研究工作，也就直接导致了基于城市地下管线规划的GIS研究应用对整个社会的发展贡献不突出，也违背了GIS研究的最初目的，所以为了更好的体现城市三维地下管线规划管理GIS技术的更好应用，在未来的GIS发展及应用趋势下，城市地下管线规划GIS数据的相对公开也是一种必然趋势，这样做不但可以满足用户的实际需求，扩大GIS的应用领域，而且还可以提高经济的活跃程度，提高企业的竞争力。
六、结束语
综上所述，三维地下管网系统是对原有的二维管网系统的性能升级与改造，满足了其对GIS等技术的实际性需求，本文主要通过介绍三维地下综合管网系统技术流程及功能实现情况。该系统在一定程度上解决了目前某城市地下管线在规划、施工管理等方面的实际问题，但目前系统仍存在很多问题不足，有待进一步解决和完善。
参考文献：
[1]路玲玲，吴晓明，任杰.城市地下管网信息管理问题研究[J].地域研究与开发.2008（02）.
[2]龚建桥.三维地下综合管线管理系统关键技术研究与实现[D].华中师范大学，2012.
[3]姜波，金明一.三维地下综合管网系统的设计及实现[J].城市勘测，2013，04：53-55.
【关键词】三维；地下管网系统；设计；实现
一、前言
传统的二维地下管线探测图只能表达管线的平面位置，无法表达管线之间的复杂的空间层次关系，而三维地下管网综合系统的问世是对二维地下管网系统的升级与替代，在城市地下管网系统的发展中发挥了重要的分析与研究作用，保障了城市地下管网系统的稳定与安全。
二、三维地下综合管网系统国内研究现状
1、80年代后期至90年代，为了摸清地下管网的情况，我国开展了大规模的城市地下管网普查，并率先使用计算机辅助制图技术（Auto‐CAD）绘制管线分布图；使用DBASE、FOXPRO等数据库管理系统存储管理管线和管件的属性信息。由于管线的空间信息和属性信息分别存储于不同的介质，很难统一利用和管理，也难以进行信息的更新。
2、90年代初期至中期，随着地理信息系统软件被广泛应用于一些行业，于是也迅速推广用于管线空间信息和属性信息的管理。我国于90年代初相继使用国外的GIS平台（ARCINFO、INTERGRAPH），有的甚至用AutoCAD探索开发管线信息管理系统。与此同时国产GIS平台研制成功（如MAPGIS等），用国产GIS平台也开发出了地下管线信息系统，随着城市人们生活水平的提高，人们对地下管网的要求的不断加强以及对工作效率提升的愿望更加强烈，也使得地下管网的设计和实现也随着社会的进步以及科学技术的不断发展而得到更快的发展，并且在当前的三维技术应用比较广泛的社会体系下，通过三维技术的应用可以更好的以一种更直观的方式把整个城市的管网信息以最直观的立体模型方式展现给城市规划管理人员眼前，从而更真实的模拟了城市管线规划的真实情况，因此基于三維的城市地下管网系统的建设与应实现也将为城市地下管线管理发展的一个最重要的层面。
三、三维地下综合管网应用的关键技术
1、地下三维管线数据组织
城市地下管网分为给水、排水、燃气、热力、工业、电力、电信七大类，每一大类管线还可根据传输或排放的差异或其功能的差异分为不同的小类。
为便于数据的收集和分层管理，根据数据管理部门及实际应用情况将地下管线分为给水管网层、排水管网层、燃气管网层等7个管网层。管线属性信息是建立管线数据库的基础，是地下三维管线系统中进行空间分析的必要条件，所有的查询、统计、分析都是基于这些属性信息。因此各类管网属性信息的完整与否对地下三维管网系统的模型数据构建、信息数据管理有着至关重要的作用。各类管网层的属性信息结构基本相同，但根据管线用途的不同，管线的属性信息结构表略有区别。
2、地下管网模型制作
地下三维管网空间关系较为复杂，建模过程主要分为管点建模和管线建模。管点建模主要对实体管井、管阀进行建模。管线建模主要是对管道、管块、管沟等进行建模。
目前采用3dsMax软件对地下管线进行三维建模较多，其优点是模型表现效果好，模型精细程度高，但制作效率较低，无法满足城市级三维地下管网模型数据建设及后期模型数据维护更新的需要。地下管网模型构建过程中，可采用三维管段自动生成并结合3dsMax精细建模的方式进行模型数据的生产。
管段模型以管段起止点坐标、高程、管径等信息为基础自动生成模型数据。管点模型如管井、管阀等其标准统一，型号规格一致，可采用建模软件制作精细的管点模型，构建管点模型符号库，以管点坐标、高程、管点类别信息判别，自动加载各类管点符号模型。管点与管段的空间位置关系，根据管段流向及拓扑关系进行判断，最终在三维场景中对搭建地下管网模型。
3、地下管网模型场景构建
通过将地上建筑模型和地下管网模型整合，搭建一个虚拟三维场景，还原空间地物的三维空间位置，其构建流程如图所示。
四、三维地下综合管网系统的实现
1、三维地下综合管网系统总体设计
某城市三维地下综合管网系统总体结构采用分层式结构，以管线模型库、基础地理信息数据及管线专题数据作为数据层，以CityMaker，ArcGIS平台作为三维展示及空间分析的开发平台，开发面向三维地下管网的专业应用服务系统。综合考虑目前某城市地下管线的应用需求及城市地下管线管理的发展趋势，结合三维GIS开发平台的技术水平，三维地下综合管网系统采用B/S和C/S混合的体系结构进行开发，应用系统既能满足地下管线的专业应用及管理的需求，又可以实现管线数据发布、共享、维护，通过三维平台将管线信息及空间位置关系展示出来。
2、三维地下管网系统功能实现
三维地下管网空间位置关系复杂，同一平面位置上垂直方向会有多种管线重叠，为便于地下管线的日常管理、信息查询、数据维护更新及管理部门的专业应用需求，借助三维GIS平台，从基础功能模块、专业应用模块两方面实现其功能开发。基础功能模块包括权限管理，管线数据加载、修改、删除、数据的录入更新功能；还包括三维场景浏览、空间量测、管线信息查询定位等功能；此外还包括地下管线统计分析、横断面分析、流向分析、管线相交分析等专业分析功能，为管线管理部门提供直观、准确的地下管线信息，为管线的规划、施工及汇迁管理提供决策依据。提供的管线二三维联动机制，实现了传统二维管线系统与三维管线系统的耦合，可以充分发挥二维管线平台在信息查询，空间分析等方面的长处，又可以借助三维展示技术对查询、分析结果进行立体展示，使得查询及分析结果更利于理解，真实反映规划及施工现场的地下管线情况，如图所示。横断面分析、爆管分析、流向分析及影响区域分析等功能，在实际管线管理维护方面都有很广泛的实际应用价值。 五、三維地下综合管网系统未来发展趋势
随着GIS技术的快速发展以及其在城市三维地下管理系统中的应用优势的逐渐体现，所以在GIS技术的支持之下二次开发形成的可视化的地下管线规划管理应用也将是未来城市地下三给管线系统的发展趋势，所以此系统的应用发展趋势也将根据GIS的应用发展趋势而不断的应用改变。
由于GIS技术在城市三维管线规划管理系统的独特应用优势，所以基于GIS的三维管线应用将是未来三维地下管线规划管理系统的研究趋势，然而GIS系统的研究对象与基础都是数据，离开数据，GIS也就失去了其存在的价值，而在我国的三维地下管线规划系统GIS应用研究时，数据问题恰恰是最突出的问题，也是限制城市地下管线规划GIS应用研究在我国发展的最主要的因素。
虽然我国的城市地下三维管线规划管理GIS技术研究工作正在不断的向发达国家靠近，差距也在不断的缩小，然而差距却还依然比较明显，主要体现在我国的城市地下管线规划管理GIS研究工作当前主要存在于政府部门和科研机构，几乎没有任何社会单位参与城市规划的GIS研究工作，也就直接导致了基于城市地下管线规划的GIS研究应用对整个社会的发展贡献不突出，也违背了GIS研究的最初目的，所以为了更好的体现城市三维地下管线规划管理GIS技术的更好应用，在未来的GIS发展及应用趋势下，城市地下管线规划GIS数据的相对公开也是一种必然趋势，这样做不但可以满足用户的实际需求，扩大GIS的应用领域，而且还可以提高经济的活跃程度，提高企业的竞争力。
六、结束语
综上所述，三维地下管网系统是对原有的二维管网系统的性能升级与改造，满足了其对GIS等技术的实际性需求，本文主要通过介绍三维地下综合管网系统技术流程及功能实现情况。该系统在一定程度上解决了目前某城市地下管线在规划、施工管理等方面的实际问题，但目前系统仍存在很多问题不足，有待进一步解决和完善。
参考文献：
[1]路玲玲，吴晓明，任杰.城市地下管网信息管理问题研究[J].地域研究与开发.2008（02）.
[2]龚建桥.三维地下综合管线管理系统关键技术研究与实现[D].华中师范大学，2012.
[3]姜波，金明一.三维地下综合管网系统的设计及实现[J].城市勘测，2013，04：53-55.