城市三维管线可视化技术.docx

城市三维管线可视化技术 城市三维管线可视化技术 PAGE PAGE 10 城市三维管线可视化技术 ——以综合管线数据管理系统为例 付仲良 张文元目 录 系统需求分析 2 管线三维可视化意义 2 管线系统功能需求 3 管线数据需求 4 系统总体设计 5 系统的技术路线 5 系统的层次结构 5 系统的软件配置 6 数据库设计 8 数据库内容 8 概念模型设计 8 逻辑模型设计 8 物理模型设计 9 系统功能设计 10 系统技术架构 10 系统功能结构 10 系统功能描述 11 管线三维可视化技术介绍 13 ArcGIS Engine 3D 开发简介 13 三维管线几何建模原理 14 三维管线几何建模算法 16 管点三维建模 22 三维管线系统功能界面 23 系统需求分析 系统需求分析是在对用户进行深入细致的调查基础上进行的，它是 GIS 设计的基础，是通过与系统潜在用户进行书面或口头交流，将收集的信息根据系统软件设计的要求归纳整理后，得到对系统概略的描述和可行性分析的论证文件。全面深入地了解掌握用户需求是进行优良的系统设计的关键，也是系统生命力的保证，需求分析使 GIS 开发者可以明确地了解用户对 GIS 内容和行为的期望和需求。 管线三维可视化意义 城市地下管网是由纵横交错的给水、排水、燃气、热力、电力、电信、工业管线组成的错综复杂的空间体系，担负着能源输送、信息传输等工作，是城市赖以生存和发展的物质基础。但由于多方面的原因，我国现有地下各类专业管线的资料残缺不全，且有关资料精度不高或与现状不符，造成在建设施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，造成停水、停气、停暖、通信中断、污水四溢等严重事故。另一方面，我国现有的地下专业管线在地上、地下立体布设，管线繁多、复杂。已有的管线资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理效率低下， 资料系统性差。对于变化的区域，管线维护困难，各部门也存在为了建设方便重复收集资料、标准不统一、管理混乱等情况。而城市地下管线现状资料作为地下工程规划设计、施工和运行管理的基础数据，必须为合理地开发利用地下空间， 加强城市地下空间的统一规划管理提供科学依据。 目前城市管网系统大多停留在二维的管理基础之上，不能生动地表现具有三维特征的客观实体。而且，管线在地下的分布纵横交错，二维图形无法表现管线之间的空间关系。由于三维直观性强，可从不同方位再现物体，具有较强的立体感、逼真感，通过三维可视化可以直观地看到城市地下纵横交错、上下起伏的实际管线。所以建立城市三维管网系统，有利于全面反映地下管网的分布状况，便于管网的维护、检测，实现管网信息从无序到有序化管理。此外，将管网信息与城市基础地理信息融合在一起，可实现信息共享，为城市的施工建设提供准确、现势的资料，为科学管理提供辅助决策的依据。 管线系统功能需求 需求分析阶段最重要的就是了解系统的功能需求。只有系统功能需求明确， 才能给后面的系统开发确定明确的目标。 数据质量检查DLG入库视图缩放、漫游等综合管线数据入库管理 数据质量检查 DLG入库 视图缩放、漫游等 综合管线数据入库管理 综合管线数据视图管理 空间查询 属性查询 综合管线数据查询统计 图形编辑 综合管线数据编辑 属性编辑 新增符号 综合管线数据符号库管理 编辑符号 制作专题图 系统管理员 综合管线数据制图输出 专题图整饰 综合管线数据三维浏览 专题图打印输出 管线三维建模 三维浏览 三维查询 二三维视图切换 图 1 综合管线测绘数据管理员用例图 综合管线数据视图管理 综合管线数据视图管理 综合管线数据查询统计 普通用户 综合管线数据三维浏览 图 2 综合管线测绘数据普通用户用例图 从上面两个用例图可以看出，综合管线数据库系统管理员拥有最高权限，可以对综合管线数据进行入库管理、视图管理、查询统计、编辑、符号库管理、制图输出、三维浏览、二三维视图切换等各种操作；而该系统的一般用户则只能对综合管线数据进行视图管理、查询统计、三维浏览和二三维视图切换等基本操作。 管线数据需求 数据是地理信息系统的核心。数据的状况对系统目标的影响很大。在考虑系统目标时，需要对数据进行评估、分类和登记。在需求阶段，需要对用户单位现有的数据源进行调查，包括能获得哪些数据；这些数据可划分为几个类型；它们之间有何联系；哪些是基础数据，哪些是可以由基础数据生成的合成数据和综合数据。 在综合管线数据管理系统中，为了在三维场景中显示三维管线和三维地形， 系统需要用到的数据包括：含有平面坐标和高程值的各类管线数据、以及井等管点附属设施矢量数据、基础矢量数据、三维地形数据（DEM）、遥感影像数据（DOM）。 系统总体设计 系统的技术路线 考虑到系统对于空