地下管线项目实施方案(论文).docx

基于EV-Globe的城市地下空间决策支持平台 北京国遥新天地信息技术有限公司遥感应用第一事业部 作者：柳蛟 摘要：我国城市地下空间开发迅猛发展，由于地下空间利用具有难恢复、难预算等特点，地下空间规划日益受到重视。但是传统二维规划技术很难用以描述地下复杂的三维空间信息，而三维 GIS 技术可以较好地解决这一问题。建立城市地下空闻决策支持平台是提高城市地下空间资源规划、开发和管理能力和决策效率的必要途径。对三维 GIS 技术及其在地下空间规划中可发挥的作用加以阐述，提出了基于EV-Globe 的城市地下空间决策支持平台的总体设计和应用方向，重点探讨其体系结构和集成方案。1、 引言随着经济的飞速发展和城市化水平的不断提高 ,城市问题 日益突出 ,如人 口密集 、交通拥挤 、资源枯竭 、可利用面积不足 、地价高涨等 。利用地下空间配置城市基础设施是从根本上解决城市发展问题的有效途径 。当前我国已进入地下空间开发的高峰期 ,迫切需要构建涵盖所有信息的城市地下空间信息系统来解决城市建设中的瓶颈问题 ,实现构筑物规划 、设计 、施工和运营于一体的信息化 ,保证地下空间资源开发的可持续性 。2、 EV-Globe平台EV-Globe是国内自主开发，具有中国自主知识产权的先进三维GIS平台。作为国产的新一代GIS系统平台，EV-Globe在安全性、可靠性、运行效率和数据支持上都具有一定的优势。 EV-Globe 功能强大、三维表达尺度全面，在国内首次实现了地上、地表、地下、水下信息一体化集成表达，并且率先解决了三维CAD设计成果与三维空间信息平台无缝集成的难题，已在国防军事信息化、石油石化、电力、国土测绘、数字海洋、安全应急、林业、地矿、地理教学等领域广泛应用，在三维设施管理、军事三维仿真、资源环境应用集成等领域形成了成熟的解决方案。EV-Globe具有大范围、海量、多源（包括DEM、DOM、DLG、三维模型等）数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算，可与常规GIS软件、三维CAD设计成果无缝集成，提供全球范围基础影像资料，方便快速构建三维空间信息系统，亦可快速在二维GIS系统完成向三维的扩展，是新一代的大型三维空间信息平台。3、 地下空间信息标准化标准化是为在一定的范围内获得最佳秩序 ,对实际存在的或潜在的问题制定共同的和可重复使用的规则 ,对象是需要进行标准化的实体 。目前我国城市地下空间信息基础数据的采集和管理还处于分散状态 ,没有建立标准化的信息管理模式 , 从而不能保证信息表达的准确性与统一性 。从标准的一致性来看 ,要对同一个地下空间实体信息进行精确的、非歧义的阐述 ,并为行业各成员接受和认可 ,就必须建立相关的国家和行业标准来强制性要求各单位和管理部门统一按照某种格式发布 、存储和更新地下空间信息数据库。标准化，在整个系统中起到EV-Globe的数据输入接口的作用，三维建模的效率与数据格式规范程度和可靠性密切相关，标准的定义就是解决这两个环节的问题，确保三维建模的效率。地下空间数据库是系统的基础。地下空间数据标准：即建立统一标准的数据录入格式，现场人员要保证完成这些常规表格的录入，即可进入数据库。4、 系统总体架构4.1系统逻辑架构系统的设计采用基于服务的多层架构模式分配系统各个部分。这些架构包括：（1）基于EV-Globe Dataset 的数据存储与访问数据存储层：用于存储系统中所要应用到的遥感影像数据、地形地貌数据、矢量数据、三维模型数据、业务数据等。（2）基于WebService及ADO.NET的数据访问层数据访问层：用于访问、索引数据存储层中的各类数据。（2）基于EV-Globe Server 的系统功能服务发布系统服务层：以Web Server的模式实现并发布三维模拟分析系统中各个应用模块需要使用到的地图渲染、属性数据检索等服务。（3）基于EV-Globe Pro 及 EV-Globe SDK的客户端应用与表现应用功能层：基于系统服务层提供的服务，根据业务需求，将各种服务进行集成，形成面向业务的各种应用功能。系统表现层：在界面部分，系统根据客户业务习惯，以菜单、按钮、互动窗体等模式将应用功能予以展现，是实现系统人机交互的最终界面。 图 系统逻辑架构4.2系统业务流程4.2.1数据标准法规制定（1）、为了规范地下空间信息管理，健全地下空间信息动态管理机制，合理有效利用地下空间资源，制定地下空间信息管理办法。（2）、地下空间规划管理机构，负责地下空间信息的收集、整理、利用、更新、维护和日常管理等具体工作。（3）、地下空间信息通过汇交、普查、补（修）测等方式取得、更新。（4）、新建、改建、扩建的地下建设工程，其地下空间信息由项目建设单位汇交，建设单位应当在建设工程规划验收前汇交纸质材料及相应的电子数据。（5）、报废地下管线、地下建构筑物等，其管理单位、产权单位或者使用单位应当在报废后汇交相关信息的纸质材料和电子数据。（6）、汇交地下空间信息应当采用统一的坐标系，符合地下空间信息技术要求。（7）、新建、改建、扩建的地下建设工程，建设单位应当委托具有相应资质的单位根据工程进度进行同步监测或者竣工跟踪测量，并汇交到市地下空间信息管理单位。（8）、地下空间信息管理单位收到汇交的地下空间信息后，进行审核；审核符合要求的纳入地下空间信息综合管理系统并告知汇交单位，不符合要求的应当退回汇交材料并要求其修改后重新汇交。（9）、建立地下空间信息普查制度。（10）、地下空间信息管理单位提供地下空间信息利用和相关技术咨询、技术服务的，可以按照本市有关规定收取相应的费用。4.2.2数据管理建设单位查询建设区域的管线状况地下空间信息管理单位审核通过，数据入库管理单位审核实地数据测量重新测量重新测量审核通过，获得许可证竣工数据测量施工 图 数据收集流程图（1） 建设单位向地下空间信息管理单位查询计划建设区域内管线的数据情况，并缴纳一定查询费用。（2） 建设单位委托具有相关资质单位，根据查询的数据，进行实地测量（按照规定的统一坐标系及数据结构）。（3） 将实地测量数据提交到地下空间信息管理单位，审核通过后，数据入库（收集到地下空间数据）。并发建设许可证，建设单位可以施工。（4） 审核不通过，需重新测量，整理数据，并提交审核。（5） 施工完成后，对施工数据进行测量提交，审核通过后，数据入库；审核未通过，重新测量提交。4.3系统功能介绍4.3.1地下空间数据管理 对汇交的数据进行标准化检查，将符合数据标准的空间数据进行入库管理，并进行接边检查、更新等。实现地下空间数据集成管理以及和专业单位共享共建。4.3.2空间查询统计和分析实现对地下空间数据的分析功能，包括地下管线净距分析，碰撞分析，剖面分析，爆管分析，开挖分析和连通分析以及距离、面积、体积等量算分析功能。图 开挖分析图 爆管分析图 碰撞分析 图 管线剖面分析 图 道路最短路径分析图 模型距离量算 提供空间查询统计功能，包括圆选查询，框选查询、sql查询等，并统计出查询结果的数量等相关属性信息，可以生成柱状图或导出查询结果。4.3.3辅助决策分析辅助城市规划建设和管理等实际工作的功能，具体包括市政管线选线、指标预审、相邻影响分析、建构筑物方案对比选择、规划对比评估和管线方案对比选等功能。图 三维管线选线图 管线方案对比4.3.4开拓性的四维空间管理四维管线实现管网全生命周期管理，包括时间维信息查询、规划审批信息查询、工程统计、数据操作查询、管线工程生命周期查询、数据利用查询、管线预警分析以及现势性分析等功能。 图 左：管线预警分析，右：现势性分析5、 平台关键技术5.1组件模型的三维参数化动态建模引擎地下空间中的三维实体均采用自动建模方式实现，前台场景和后台数据自动同步。系统采用基于组件的参数化方法为地下空间各类管线、阀门、弯头、地下井，以及地铁站、隧道、地下室、地下商城等数据建模，解决了地下空间数据结构复杂，数据量大，变化频繁的问题，并采用版本管理使三维模型无须人工参与实现动态更新。系统可以加载显示包括基础地理数据、地质环境数据、地下管线数据、地下建构筑物数据和城市规划在内的各类地下空间信息。图3 地下管线弯头（左：三通弯头，右：任意角度的弯头） 图3 地下管线（左：远景，右：近景） 图4 地下建构筑物地铁站和地铁隧道模型 图5 地质环境地质地层和地质钻孔模型5.2地下空间三维场景可视化引擎当三维模型量大，三角面数多达几亿个时，地下空间三维场景存在浏览不便、速率下家等问题。可视化引擎借鉴了当前最高效的地形动态渲染技术，按照四叉树结构建立金字塔模型，将地下空间数据分级、分块，动态管理 ，渲染过程充分开发GPU的硬件加速能力，设计了针对地下空间的地下浏览模式 。引擎可以加载全球范围高密度地下空间三维模型运行，每秒50帧以上 。 图 海量数据的三维加载显示6、 应用和展望目前，该数据管理模式和平台已经在天津成功部署应用，从平台建立开始，成功的对天津市地下管线数据进行收集整理和更新。实现了天津市覆盖中心城区75%以上近3万公里管线数据的统一管理、三维展示和高效运行。为地下空间信息应用单位提供准确详实的地下空间信息资料，共为各项重点工程、建设单位和企事业等4000多个单位提供地下管线信息服务