基于GIS的城市地下空间管理系统建设探索
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3） 管线数据 管线数据 建 库 内 容 包 括 给 水、排 水、燃 气、热 力、电 力、电信和工业 等 七 类 市 政 管 线，以 及 管 线 附 属 设 施，数 据源格式为 Shapefile。
2． 2 地下空间专题数据库数据库
地下空间专 题 库 存 储 地 下 空 间 专 题 信 息，按 行 业 分 子库进行建库。采用子库建设，即保障数据完整性，也可 保障后期的 数 据 拓 展。 一 旦 存 在 应 用 拓 展，仅 需 在 现 有 库基础上新增子库即可。地下空间专题数据库本次建设 内容包括地下交通、地下商业设施和地下工程 3 个行业。
摘 要： 随着我国城镇化进程日益加快，有限的城市地上空间日趋紧张，地下空间的开发利用已经成为城市发展
的重要方向。针对城市地下空间管理中存在的工作繁杂、信息量巨大、管理手段落后等问题，本文探讨了基于地
理信息和 3 维技术的城市地下空间管理系统建设构想，以可视化管理手段实现城市地下空间有效管理。
关键词： 城市地下空间; 地理信息系统; 3 维; 管理系统
2． 5 m 分 辨 率 市 域 遥 感 影 像，覆 盖 哈 尔 滨 市 域 范 围内。
0． 5 m 分辨率主城区遥感影像，覆盖哈尔滨市主城区 及周边地域。
哈尔滨市域面积较大，地下空间分布集中于主城区， 但周边区域地下空间利用也日趋活跃。为保障项目延伸 应用需要，以 2． 5 m 分辨率影像为底图，满足周边区域地 下空间管理空间定位需求。
Abstract： As China＇s urbanization advancement speeds up，the city ground space is tight，and the development of underground space has become an important direction of the city development． In order to solve the problems in city underground management，such as complicated work，huge information，backward tools and so on，this paper discusses the construction of city underground space management system based on GIS and 3D technology，which can manage the city underground space more effectively with visualization． Key words： city underground space； geographic information system； 3D； management system
1） 软硬件支撑环境 软硬件支撑 环 境 是 系 统 运 行 的 基 础，硬 件 环 境 包 括 存储设备、应用服务器、网络环境建设等内容； 软件环境 建设包括操作系统、数据库管理软件、GIS 平台及 3 维平 台建设。 2） 数据层 数据层实现 基 础 地 理 信 息、地 下 空 间 信 息 有 序 存 储 管理，为系统运行提供数据支撑，数据层由基础库和专题 库构成： 前者存储基础空间数据，反映哈尔滨市地面自然 人文现状，为系统提供空间参考和基础底图； 专题库包括 地下交通、地下商业设施、地下工程等专题数据，并引入 3 维地理信息数据，从 2 维、3 维多角度反映地下空间的利 用情况。 3） 服务层 服务层介于 数 据 层 和 应 用 层 之 间，为 应 用 系 统 提 供
每类模型要素中的单体模型文件根据工程编号命 名，包含每个单体模型的 3dmax 制作文件（ * ． max） 、导出 模型文件（ * ． osg） 、模型制作基础数据（ * ． dwg） 、3dmax 贴图文件（ * ． tif） 及烘焙贴图文件（ * ． thb） 等。
3 应用系统设计
应用系统采用 SOA 架构，将数据和功能均以服务的 方式进行发布，应 用 系 统 通 过 调 用 服 务 接 口 完 成 系 统 建 设。应用系统包括服务体系构建、应用功能开发等内容。
4） 应用层 应用层为直接面向用户需求，满足地下空间管理、数 据管理所构建 的 应 用 系 统，本 系 统 构 建 的 应 用 系 统 包 括 地下空间 2 维地理信息系统、地下空间 3 维专题系统和更 新维护系统。其中，地下空间 2 维地理信息系统、地下空 间 3 维专题系统面向各管理用户，满足地下空间管理需 求； 更新维护系统面向管理人员，完成权限配置、基础空 间数据更新维护、地下空间动态更新等工作。
2． 1 基础地理信息数据库
基础地理信 息 数 据 库 包 括 矢 量 数 据 和 影 像 数 据，为 系统提供空间参考和定位依据。基础地理信息数据库采 用 Geodatabase 存储模型，构建了基础数据、影像数据和管 线数据三个数据集进行数据存储管理。
1） 基础数据 基础数 据 包 括 行 政 区 划、道 路、水 系、铁 路、建 筑 物、 大型绿化、桥梁、地名地址等，比例尺为 1∶ 1 000，数据范围 为哈尔滨市主城区。基础数据包含空间位置和基础属性 信息，采用的数据格式为 Shapefile。 2） 影像数据 影像数据建库内容包括：
0引言
城市地下空间是指地面以下修建的各种类型的地下 建筑结构构成的空间，包括地下街、地下商城，地下工程、 地下人行通 道 等 设 施。 随 着 城 市 人 口 不 断 增 长，城 市 建 设不断扩充，地上空间应用从地下工程、市政公用事业管 道等领域逐渐向商业设施、地下车库、仓储设施等应用领 域拓展。但是由于早期规划、施工、管理的一些遗 留 问 题，随着城市地下空间的开发利用，更多的地下隐患被暴 露出来。面对如此 复 杂 庞 大 的“地 下 城 市 ”系 统，平 时 的 维护管理工作 繁 重 复 杂，涉 及 的 工 程 图 纸、工 程 分 布、工 程状况等信息量巨大，并且随着建设发展呈指数增加； 针 对上述问题，通过应用数据库、地理信息等技术开发了城 市地下空间管 理 系 统，实 现 地 下 空 间 的 规 划、建 设、管 理 资料的信息化 管 理 与 维 护，为 地 下 空 间 利 用 与 维 护 提 供 有效支撑与保障。
在行业管理 中，地 下 空 间 一 般 以 工 程 为 基 本 单 元 进 行信息组织。 在 系 统 建 设 中，通 过 引 入 地 理 实 体 的 数 据 组织方式进行专题库建设。如图 2 所示为地下工程实体 联系，针对地下工程数据组织特点，设计了如图 3 所示的 地下工程空间 数 据 库 结 构，通 过 工 程 编 号 实 现 空 间 数 据 有效组织。
1 项目总体设计
城市地下空 间 包 含 地 下 管 线、地 下 交 通、地 下 商 业、
地下工程等 多 个 行 业，分 属 不 同 的 行 业 管 理 单 位。 为 保 障各 用 户 能 有 效 地 进 行 数 据 共 享 与 交 换，本 项 目 采 用 SOA 架构，分层完成地下空间管理系统建设，系统总体架 构如图 1 所示。各层建设内容如下。
3． 1 服务体系构建
服务体系是支撑系统开发、功能应用的基础，服务体 系由 ArcGIS Server 发布的服务构成，包括 MapServer、Geometry Server、Geoprocessing Server 等类型。
1） 服务构成 合理划分服务颗粒度是满足系统应用和功能开发的 前提。服务体系 包 括 地 图 服 务、影 像 服 务、注 记 服 务、专 题服务、查询定位服务、空间分析服务、3 维专题服务等。 对于地图服务、影像服务、注记服务、专题服务，均构建切 片缓存，以提升服务响应速度。CityMaker 提供 3 维专题 服务，以在线方式进行 3 维数据应用服务。 2） 服务协议 在线服 务 以 OGC 相 关 接 口 协 议 为 核 心，主 要 支 持 WMS，WCS，WFS 等核心协议接口。服务采用的空间参考 为国家 2000 大地坐标系，保障本系统建设成果与其他建 设成果在空间参考上一致。 3） 服务切片方案
中图分类号： P208
文献标识码： B
文章编号： 1672 － 5867（ 2013） 07 － 0067 － 03
The Study on the Construction of City Underground Space Management System Based on GIS
JIANG Bo，CHEN Xiang － cong （ Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying，Harbin 150010，China）
收稿日期： 2013 － 04 － 28 作者简介： 姜 波（ 1973 － ） ，女，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，硕士，2008 年毕业于哈尔滨理工大学计算机技术工程专业，主要从事
数字城市研究、地理信息系统建设工作。
68
测绘与空间地理信息
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2013 年
后台功能支持。服务层基于 ArcGIS Server 和 CityMaker 构建，包括电子地图服务、遥感影像服务、要素服务、空间 分析服务、地下 空 间 专 题 服 务、地 下 空 间 多 媒 体 服 务、地 下空 间 3 维 数 据 服 务、地 下 空 间 统 计 分 析 服 务 等 服 务 内容。
第 36 卷 第 7 期 2013 年 7 月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS ＆ SPATIAL INFOＲMATION TECHNOLOGY
Vol． 36，No． 7 Jul． ，2013
基于 GIS 的城市地下空间管理系统建设探索
姜 波，陈祥葱
（ 哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江 哈尔滨 150010）
图 2 地下工程 E － Ｒ 模型图 Fig． 2 The E － Ｒ model of underground
engineering project
2． 3 3 维专题库建设
3 维专题库主要分为地上建筑模型、地面模型、地下 工程模型、地下管 线 模 型 等 分 类，并 依 此 进 行 分 类 存 储 （ 见表 1） 。
编号 要素
分类
描述
1.1 民用建筑物 住宅楼、写字楼等
1.2 工矿建筑物 烟囱、降温炉
地
1
上
建 筑
1.3
公共设施
加油站、垃圾台、体育场、游泳池、过 街天桥、过街地道、公共厕所、水塔、
地下停车场出入口、站台、岗亭
1.4 特殊建筑物 纪念碑、牌坊、教堂
2
地下工程
3
地面模型
4 管线 地下管线
地道、地下室、单建式地下工程 指自然地形，建筑物、道路、植被之下 的地面 水、排水、燃气、电力、热力、电信、工 业等类
屏幕分辨率取值 96dpi，切片格式为 PNG32，瓦片大小 256 像素 × 256 像素，参照国家相关标准，在 1024 × 768 屏 幕范围内显示全市域比例尺为 1∶ 1 500 000，本项目采用 3 类数据，分别为 2． 5 m 分辨率遥感影像（ 覆盖全市域 5． 31 × 104 km2 ） ，0． 5 m 遥感影像（ 覆盖主城周边 1 400 km2 ） ， 矢量数据（ 覆盖主城区 458 km2 ） 。综合考虑数据分辨率 及覆盖范围，影像切片最大比例尺取分辨率的 1 /2，矢量 数据切片最大比例尺为 1∶ 564． 25。
第7 期
姜 波等： 基于 GIS 的城市地下空间管理系统建设探索
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图 3 地下工程空间专题库逻辑结构图 Fig． 3 The logical structure of underground
engineering spatial database
表 1 模型分类表 Tab． 1 Model classification
图 1 城市地下空间管理系统总体架构 Fig． 1 The architecture of city underground
space management system
2 数据库设计
在数据内容上，数据库由基础库和专题库构成； 在数 据类型上，数据库包括属性数据、2 维空间数据和 3 维空 间数据。由于 地 下 空 间 涉 及 行 业 领 域 众 多，在 考 虑 现 阶 段应用的同时须兼顾日后的应用拓展。本项目数据库以 关系型数据库为基础，通过搭建 ArcSDE 空间引擎实现 2 维空间信息存储、CityMaker3 维引擎实现 3 维模型数据管 理，通过编码映射实现 2、3 维数据一体化管理与应用。
2． 2 地下空间专题数据库数据库
地下空间专 题 库 存 储 地 下 空 间 专 题 信 息，按 行 业 分 子库进行建库。采用子库建设，即保障数据完整性，也可 保障后期的 数 据 拓 展。 一 旦 存 在 应 用 拓 展，仅 需 在 现 有 库基础上新增子库即可。地下空间专题数据库本次建设 内容包括地下交通、地下商业设施和地下工程 3 个行业。
摘 要： 随着我国城镇化进程日益加快，有限的城市地上空间日趋紧张，地下空间的开发利用已经成为城市发展
的重要方向。针对城市地下空间管理中存在的工作繁杂、信息量巨大、管理手段落后等问题，本文探讨了基于地
理信息和 3 维技术的城市地下空间管理系统建设构想，以可视化管理手段实现城市地下空间有效管理。
关键词： 城市地下空间; 地理信息系统; 3 维; 管理系统
2． 5 m 分 辨 率 市 域 遥 感 影 像，覆 盖 哈 尔 滨 市 域 范 围内。
0． 5 m 分辨率主城区遥感影像，覆盖哈尔滨市主城区 及周边地域。
哈尔滨市域面积较大，地下空间分布集中于主城区， 但周边区域地下空间利用也日趋活跃。为保障项目延伸 应用需要，以 2． 5 m 分辨率影像为底图，满足周边区域地 下空间管理空间定位需求。
Abstract： As China＇s urbanization advancement speeds up，the city ground space is tight，and the development of underground space has become an important direction of the city development． In order to solve the problems in city underground management，such as complicated work，huge information，backward tools and so on，this paper discusses the construction of city underground space management system based on GIS and 3D technology，which can manage the city underground space more effectively with visualization． Key words： city underground space； geographic information system； 3D； management system
1） 软硬件支撑环境 软硬件支撑 环 境 是 系 统 运 行 的 基 础，硬 件 环 境 包 括 存储设备、应用服务器、网络环境建设等内容； 软件环境 建设包括操作系统、数据库管理软件、GIS 平台及 3 维平 台建设。 2） 数据层 数据层实现 基 础 地 理 信 息、地 下 空 间 信 息 有 序 存 储 管理，为系统运行提供数据支撑，数据层由基础库和专题 库构成： 前者存储基础空间数据，反映哈尔滨市地面自然 人文现状，为系统提供空间参考和基础底图； 专题库包括 地下交通、地下商业设施、地下工程等专题数据，并引入 3 维地理信息数据，从 2 维、3 维多角度反映地下空间的利 用情况。 3） 服务层 服务层介于 数 据 层 和 应 用 层 之 间，为 应 用 系 统 提 供
每类模型要素中的单体模型文件根据工程编号命 名，包含每个单体模型的 3dmax 制作文件（ * ． max） 、导出 模型文件（ * ． osg） 、模型制作基础数据（ * ． dwg） 、3dmax 贴图文件（ * ． tif） 及烘焙贴图文件（ * ． thb） 等。
3 应用系统设计
应用系统采用 SOA 架构，将数据和功能均以服务的 方式进行发布，应 用 系 统 通 过 调 用 服 务 接 口 完 成 系 统 建 设。应用系统包括服务体系构建、应用功能开发等内容。
4） 应用层 应用层为直接面向用户需求，满足地下空间管理、数 据管理所构建 的 应 用 系 统，本 系 统 构 建 的 应 用 系 统 包 括 地下空间 2 维地理信息系统、地下空间 3 维专题系统和更 新维护系统。其中，地下空间 2 维地理信息系统、地下空 间 3 维专题系统面向各管理用户，满足地下空间管理需 求； 更新维护系统面向管理人员，完成权限配置、基础空 间数据更新维护、地下空间动态更新等工作。
2． 1 基础地理信息数据库
基础地理信 息 数 据 库 包 括 矢 量 数 据 和 影 像 数 据，为 系统提供空间参考和定位依据。基础地理信息数据库采 用 Geodatabase 存储模型，构建了基础数据、影像数据和管 线数据三个数据集进行数据存储管理。
1） 基础数据 基础数 据 包 括 行 政 区 划、道 路、水 系、铁 路、建 筑 物、 大型绿化、桥梁、地名地址等，比例尺为 1∶ 1 000，数据范围 为哈尔滨市主城区。基础数据包含空间位置和基础属性 信息，采用的数据格式为 Shapefile。 2） 影像数据 影像数据建库内容包括：
0引言
城市地下空间是指地面以下修建的各种类型的地下 建筑结构构成的空间，包括地下街、地下商城，地下工程、 地下人行通 道 等 设 施。 随 着 城 市 人 口 不 断 增 长，城 市 建 设不断扩充，地上空间应用从地下工程、市政公用事业管 道等领域逐渐向商业设施、地下车库、仓储设施等应用领 域拓展。但是由于早期规划、施工、管理的一些遗 留 问 题，随着城市地下空间的开发利用，更多的地下隐患被暴 露出来。面对如此 复 杂 庞 大 的“地 下 城 市 ”系 统，平 时 的 维护管理工作 繁 重 复 杂，涉 及 的 工 程 图 纸、工 程 分 布、工 程状况等信息量巨大，并且随着建设发展呈指数增加； 针 对上述问题，通过应用数据库、地理信息等技术开发了城 市地下空间管 理 系 统，实 现 地 下 空 间 的 规 划、建 设、管 理 资料的信息化 管 理 与 维 护，为 地 下 空 间 利 用 与 维 护 提 供 有效支撑与保障。
在行业管理 中，地 下 空 间 一 般 以 工 程 为 基 本 单 元 进 行信息组织。 在 系 统 建 设 中，通 过 引 入 地 理 实 体 的 数 据 组织方式进行专题库建设。如图 2 所示为地下工程实体 联系，针对地下工程数据组织特点，设计了如图 3 所示的 地下工程空间 数 据 库 结 构，通 过 工 程 编 号 实 现 空 间 数 据 有效组织。
1 项目总体设计
城市地下空 间 包 含 地 下 管 线、地 下 交 通、地 下 商 业、
地下工程等 多 个 行 业，分 属 不 同 的 行 业 管 理 单 位。 为 保 障各 用 户 能 有 效 地 进 行 数 据 共 享 与 交 换，本 项 目 采 用 SOA 架构，分层完成地下空间管理系统建设，系统总体架 构如图 1 所示。各层建设内容如下。
3． 1 服务体系构建
服务体系是支撑系统开发、功能应用的基础，服务体 系由 ArcGIS Server 发布的服务构成，包括 MapServer、Geometry Server、Geoprocessing Server 等类型。
1） 服务构成 合理划分服务颗粒度是满足系统应用和功能开发的 前提。服务体系 包 括 地 图 服 务、影 像 服 务、注 记 服 务、专 题服务、查询定位服务、空间分析服务、3 维专题服务等。 对于地图服务、影像服务、注记服务、专题服务，均构建切 片缓存，以提升服务响应速度。CityMaker 提供 3 维专题 服务，以在线方式进行 3 维数据应用服务。 2） 服务协议 在线服 务 以 OGC 相 关 接 口 协 议 为 核 心，主 要 支 持 WMS，WCS，WFS 等核心协议接口。服务采用的空间参考 为国家 2000 大地坐标系，保障本系统建设成果与其他建 设成果在空间参考上一致。 3） 服务切片方案
中图分类号： P208
文献标识码： B
文章编号： 1672 － 5867（ 2013） 07 － 0067 － 03
The Study on the Construction of City Underground Space Management System Based on GIS
JIANG Bo，CHEN Xiang － cong （ Harbin Institute of Geotechnical Investigation and Surveying，Harbin 150010，China）
收稿日期： 2013 － 04 － 28 作者简介： 姜 波（ 1973 － ） ，女，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，硕士，2008 年毕业于哈尔滨理工大学计算机技术工程专业，主要从事
数字城市研究、地理信息系统建设工作。
68
测绘与空间地理信息
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2013 年
后台功能支持。服务层基于 ArcGIS Server 和 CityMaker 构建，包括电子地图服务、遥感影像服务、要素服务、空间 分析服务、地下 空 间 专 题 服 务、地 下 空 间 多 媒 体 服 务、地 下空 间 3 维 数 据 服 务、地 下 空 间 统 计 分 析 服 务 等 服 务 内容。
第 36 卷 第 7 期 2013 年 7 月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS ＆ SPATIAL INFOＲMATION TECHNOLOGY
Vol． 36，No． 7 Jul． ，2013
基于 GIS 的城市地下空间管理系统建设探索
姜 波，陈祥葱
（ 哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江 哈尔滨 150010）
图 2 地下工程 E － Ｒ 模型图 Fig． 2 The E － Ｒ model of underground
engineering project
2． 3 3 维专题库建设
3 维专题库主要分为地上建筑模型、地面模型、地下 工程模型、地下管 线 模 型 等 分 类，并 依 此 进 行 分 类 存 储 （ 见表 1） 。
编号 要素
分类
描述
1.1 民用建筑物 住宅楼、写字楼等
1.2 工矿建筑物 烟囱、降温炉
地
1
上
建 筑
1.3
公共设施
加油站、垃圾台、体育场、游泳池、过 街天桥、过街地道、公共厕所、水塔、
地下停车场出入口、站台、岗亭
1.4 特殊建筑物 纪念碑、牌坊、教堂
2
地下工程
3
地面模型
4 管线 地下管线
地道、地下室、单建式地下工程 指自然地形，建筑物、道路、植被之下 的地面 水、排水、燃气、电力、热力、电信、工 业等类
屏幕分辨率取值 96dpi，切片格式为 PNG32，瓦片大小 256 像素 × 256 像素，参照国家相关标准，在 1024 × 768 屏 幕范围内显示全市域比例尺为 1∶ 1 500 000，本项目采用 3 类数据，分别为 2． 5 m 分辨率遥感影像（ 覆盖全市域 5． 31 × 104 km2 ） ，0． 5 m 遥感影像（ 覆盖主城周边 1 400 km2 ） ， 矢量数据（ 覆盖主城区 458 km2 ） 。综合考虑数据分辨率 及覆盖范围，影像切片最大比例尺取分辨率的 1 /2，矢量 数据切片最大比例尺为 1∶ 564． 25。
第7 期
姜 波等： 基于 GIS 的城市地下空间管理系统建设探索
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图 3 地下工程空间专题库逻辑结构图 Fig． 3 The logical structure of underground
engineering spatial database
表 1 模型分类表 Tab． 1 Model classification
图 1 城市地下空间管理系统总体架构 Fig． 1 The architecture of city underground
space management system
2 数据库设计
在数据内容上，数据库由基础库和专题库构成； 在数 据类型上，数据库包括属性数据、2 维空间数据和 3 维空 间数据。由于 地 下 空 间 涉 及 行 业 领 域 众 多，在 考 虑 现 阶 段应用的同时须兼顾日后的应用拓展。本项目数据库以 关系型数据库为基础，通过搭建 ArcSDE 空间引擎实现 2 维空间信息存储、CityMaker3 维引擎实现 3 维模型数据管 理，通过编码映射实现 2、3 维数据一体化管理与应用。