三維管線數(shù)據(jù)處理方法李娟 四川永鴻測繪有限公司【摘要】：隨著城市的快速發(fā)展，城市軌道交通以及各類輸油、輸汽等相關(guān)大工程的規(guī)劃實施。城市中各種管線破裂引發(fā)的事故也日趨頻繁。城市土地的稀缺性也愈發(fā)嚴重。以后的城市建設(shè)將會有更多的項目進入地下。地下空間是一個不通視的空間。地下項目的管理就變得更加的困難。而三維模型及管理系統(tǒng)將能夠全面的解決這個問題。傳統(tǒng)的比如GPS測量、近景攝影測量、激光雷達掃描等高新測繪技術(shù)手段也在地下空間失靈。所以、怎樣簡單的、快速的、高質(zhì)量的構(gòu)建地下數(shù)據(jù)將會是當前需要迫切解決的。1. 概述2014年6月國務(wù)院辦公廳印發(fā)了關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導意見，部署加強城市地下管線建設(shè)管理。意見提出，要在2015年底前，完成城市地下管線普查，建立綜合管理信息系統(tǒng)，編制完成地下管線綜合規(guī)劃。力爭用5年時間，完成城市地下老舊管網(wǎng)改造，將管網(wǎng)漏失率控制在國家標準以內(nèi)，顯著降低管網(wǎng)事故率，避免重大事故發(fā)生。用10年左右時間，建成較為完善的城市地下管線體系，使地下管線建設(shè)管理水平能夠適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要，應(yīng)急防災能力大幅提升。而不管是怎么樣，地下管線數(shù)據(jù)是必不可少的東西，是一切分析決策的源頭及基礎(chǔ)。直觀的，科學的、準確的地下管線數(shù)據(jù)才能夠進行完善的數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用。地下管線主要包括城市地下管線、具體項目地下管線。1.1城市地下管線城市地下管線是指城市范圍內(nèi)供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業(yè)等管線及其附屬設(shè)施。1.2輸油、汽管線輸油、輸氣管線大部分在地面之上，為的是檢修及故障的排除。而部分地區(qū)因為地形原因，管道還是在不可見的地面之下。2. 三維管線數(shù)據(jù)現(xiàn)狀三維GIS的快速發(fā)展已經(jīng)為我們的管線數(shù)據(jù)進行三維處理、三維立體建模、三維分析、三維的決策分析提供了技術(shù)支持和表達手段。比如：ESRI提供的ARC SCENS、CITY ENGINE、法國LANDS提供的LAND3D等相關(guān)的軟件已經(jīng)全面的普及。三維GIS主要分為實景的三維GIS以及虛擬的三維GIS。管線數(shù)據(jù)分布在不可見的地下空間。我們不可能采用實景的三維GIS進行處理。我們只能采用虛擬的三維GIS數(shù)據(jù)表達地下不可見的管線數(shù)據(jù)。也就是采用傳統(tǒng)的測量技術(shù)手段以及專業(yè)的地下管線探測工具進行傳統(tǒng)二維數(shù)據(jù)的獲取。然后根據(jù)地下管線數(shù)據(jù)的材質(zhì)、埋深、碰撞情況進行三維數(shù)據(jù)建模。3. 三維管線數(shù)據(jù)處理方法3.1原始數(shù)據(jù)獲取三維管線數(shù)據(jù)的生產(chǎn)不是無中生有的。三維管線數(shù)據(jù)處理之前需要獲取原始數(shù)據(jù)。一般現(xiàn)有的原始數(shù)據(jù)會有城市大比例尺地形圖、高分辨率的航空攝影相片等。而這些資料都只能提供和地面相通的地下管線連接點。比如，檢修井井蓋，管線入地的口等。為了獲取準確的數(shù)據(jù)，我們需要用傳統(tǒng)的測量方法及手段外加管線探測儀器進行測量。獲取管線的位置、走向、埋深、材質(zhì)、管徑、類型、轉(zhuǎn)點、閥門以及各類附屬設(shè)施的各項規(guī)格。比如：閥門的最大承壓、管線的使用年限、已用年限等非常詳細的一手資料。對于特殊管線應(yīng)該特殊的進行處理。例如：管套管的情況。PVC管做外殼、電信線在里面包著。強電、弱電、煤氣管、等管線之間的間距。離排水最高水位的距離等。傳統(tǒng)的測繪手段主要測量管線的長度、走向、以及地面控制和地面高程。采用專業(yè)的管線探測儀器進行管線屬性數(shù)據(jù)的收集及調(diào)查。3.2屬性數(shù)據(jù)處理從決策及管線管理方面來說。管線管理主要管理的是屬性以及管線規(guī)劃。管線的規(guī)劃可以由三維管線管理系統(tǒng)來實現(xiàn)。而管線屬性數(shù)據(jù)管理則必須有一個統(tǒng)一的規(guī)范。屬性數(shù)據(jù)處理中首先應(yīng)該根據(jù)管線測量的相關(guān)規(guī)范及行業(yè)標準來制定其屬性數(shù)據(jù)模版。屬性數(shù)據(jù)之間應(yīng)該有嚴格對應(yīng)管線。符合數(shù)據(jù)庫管理的相關(guān)要求。屬性數(shù)據(jù)字段設(shè)置應(yīng)該具有靈活性、可移植性、擴展性等。屬性數(shù)據(jù)應(yīng)該規(guī)范化。各種屬性數(shù)據(jù)之間應(yīng)該有編碼規(guī)則。盡量把屬性數(shù)據(jù)處理成為三維建模需要的那種數(shù)據(jù)類型。比如：管線的材質(zhì)，應(yīng)該建立一個數(shù)據(jù)編碼規(guī)則，1代表金屬的、2代表塑料的、3代表其他的或者說是能夠簡明易懂的代碼。屬性數(shù)據(jù)應(yīng)該單獨建立數(shù)據(jù)庫或者是數(shù)據(jù)表。也就是說除了空間圖形自帶的屬性之外，應(yīng)該剝離一份屬性數(shù)據(jù)出來。并和空間數(shù)據(jù)建立一一對應(yīng)的關(guān)系。這個主要是解決以后的數(shù)據(jù)管理以及屬性統(tǒng)計的高效化。并且要避免多值屬性、隱藏屬性的出現(xiàn)。3.3初步建模在所有的數(shù)據(jù)處理完成的時候。首先要進行數(shù)據(jù)的初步建模。根據(jù)管線的埋深、材質(zhì)、管徑生成三維模型。并建立三維模型的基礎(chǔ)。地表三維模型的建立。利用收集到的或者是實測的項目區(qū)范圍內(nèi)的等高線或者DEM數(shù)據(jù)生成地表三維模型。經(jīng)檢查合格后作為三維數(shù)據(jù)的地面基礎(chǔ)部分。地下空間范圍確定。根據(jù)地下管線的最大埋深。生成地下的三維空間。地表三維和地下三維空間的融合。這樣就形成了項目區(qū)的三維模型。如果有相關(guān)的地質(zhì)數(shù)據(jù)還可以把地下空間分層處理。地下的三維空間部分可以采用立方體的形式呈現(xiàn)。畢竟城市地下管線圖的比例尺都比較大。對生成融合后的三維空間模型進行整飾鑲嵌。美化處理后作為三維管線數(shù)據(jù)的承載基礎(chǔ)。3.4碰撞測試碰撞測試來源于工業(yè)設(shè)施的設(shè)計。在三維管線數(shù)據(jù)里進行碰撞測試的主要目的是檢驗管線數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)是否合理以及為三維管線數(shù)據(jù)以后的管理及規(guī)劃提供更好的決策支持。首先：管線模型和地表模型的碰撞測試。作為城市底線管線。除了進入地下的口以及城市外部的出口之外。所有的管道及地下管線應(yīng)該都是在地表以下的。也就是說所有的管轄部分應(yīng)該都處于地下的三維空間所屬的那個立方體里面而不會和地表模型發(fā)生碰撞。第二：管道和管道之間、管線和管線之間。特別是強電、弱電、煤氣等管道之間是肯定有一定間距的。他們之間也是不會發(fā)生碰撞的。第三：許多的管線附屬設(shè)施，比如固定管線的鋼架，固定管線的各類支架。它和管線是肯定有相互關(guān)系的。他一定適合管線碰撞的。而且附屬設(shè)施也應(yīng)該是有屬性的。不可能電信線的附屬設(shè)施去和電力線碰撞。3.5接頭及轉(zhuǎn)角圓滑處理所有的管線因為規(guī)格的原因，走向的原因，管道的原因等而有許多的轉(zhuǎn)角。而大部分三維數(shù)據(jù)處理軟件都還沒有支持轉(zhuǎn)角處的圓滑處理。這些地方需要人工進行干預。對于有轉(zhuǎn)角設(shè)備的地方，采用符號化的方法進行圓滑，也就是把轉(zhuǎn)角做成一個符號。在符號上面附加該轉(zhuǎn)角所具有的所有屬性信息。對于沒有轉(zhuǎn)角設(shè)施的轉(zhuǎn)角。比如：電力線因為材質(zhì)的不一致導致一條電力線分成了兩段。兩段之間的連接圓滑處理一般采用手工的方法進行。3.6數(shù)據(jù)檢查及匯交數(shù)據(jù)處理完成之后進行必要的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。嚴格按照測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查規(guī)定進行數(shù)據(jù)檢查。主要包括，圖形數(shù)據(jù)拓撲檢查、屬性數(shù)據(jù)精確度檢查、屬性數(shù)據(jù)二義性檢查、屬性數(shù)據(jù)規(guī)范化檢查等。嚴格執(zhí)行測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查的規(guī)定進行兩級檢查、一級驗收制度。數(shù)據(jù)匯交主要包括：技術(shù)設(shè)計書、原始數(shù)據(jù)、三維基礎(chǔ)模型、三維管線數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表、儀器鑒定檢驗證書、總結(jié)報告等相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔資料。4. 結(jié)論三維管線數(shù)據(jù)是三維管線系統(tǒng)的命脈。要實現(xiàn)好的三維管線管理系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、預警系統(tǒng)等相關(guān)的方案。必須具有一套完整的數(shù)