城市三维地下管线动态更新技术

城市三维地下管线动态更新技术

摘要：城市地下管线的三维表达较于二维表现方式具有直观、易懂等优点，三维管线数据的动态更新是目前管线数据三维可视化管理遇到的瓶颈问题。本论文详细论述了三维地下管线动态更新的关键技术，并阐述了动态更新流程，为实现城市三维地下管线管理提供支撑。

关键词：三维管线，动态更新，形态更新，健康更新

1引言

地下管线是联系地上、地下并保持其整体运行的主要基础设施之一，是城市基础设施的主要组成部分，是维持城市正常运转的大动脉。科学、准确、完整的地下管线现状信息是地下管线安全、高效运行的保障，城市规划、城市建设、重大工程建设施工、地下空间规划和开发利用、城市应急抢险管理等都需要现势较强的城市地下管线数据作为支撑信息。随着城市建设的快速发展，城市规模的进一步扩大，新的地下管线将不断续建，部分原有的不适应城市发展需求的管线将被废弃或改造，及时补充并更新管线信息，保证地下管线信息的科学性、准确性和现势性既是城市规划建设及城市管理的需要，也是城市基础设施管理与应用的需要，对地下管线实行动态管理是实现这一目标的有效途径。

目前，三维地下管线管理系统的发展正方兴未艾，其中动态更新技术是建设三维地下管线管理系统的关键，如何实现三维地下管线信息动态更新是目前研究的热点。

2三维与二维地下管线数据更新差异

地下管线数据应用广泛，在城市规划、城市建设、重大工程施工建设等领域发挥着重要作用。目前普查的地下管线数据大多存储在能够共享管理的服务器中，不同权属单位、应用领域通通过客户端来调用并展示出服务器中数据库相应的地下管线数据信息。客户端展示地下管线数据方式的差异使得目前主流的地下管线管理系统主要分为两类：二维地下管线管理系统和三维地下管线管理系统。管线数据的二维表现方式通常是以矢量线段和图片符号来分别表达管线与附属物数据；管线数据的三维表现方式大多以三维立体模型来表达管线与附属物数据。

地下管线数据的更新首先将更新服务器中数据库相应原始数据，然后再在客户端中读取数据库中新的管线数据并根据二维或者三维的表现形式生成二维矢

量或者三维模型。鉴于表现方式的差异，二维地下管线管理系统中，数据更新仅是数据库的更新，客户端将根据数据库中更新的管线起始与终点位置重新绘制相应的矢量线段，在三维地下管线管理系统中，数据更新时不仅需要对数据库进行更新，而且需要重新生成相应区域的管线与附属物模型。

此外，地下管线的负荷信息如传感器、物联网获取的监测数据的动态更新在三维地下管线管理系统中将以三维直观的方式实时动态表示，较于二维地下管线管理系统中以表格、文字等传统表示方式更加复杂，也是目前三维地下管线管理系统研究中的难点。

3三维管线动态更新技术

三维地下管线管理是城市地下管线管理的新方向和发展趋势，三维地下管线数据的动态更新是三维地下管线管理系统的核心与关键，是保证系统生命力和管线管理有效性的唯一途径。三维地下管线的动态更新内容主要包含两类：形态的更新和健康状态的更新。

3.1三维管线的形态更新

由于城市基础设施新建和改造加快，地下管线空间位置和形态的变化也变得更加迅速。基于统一的三维管线数据标准和系统接口标准，结合空间数据库技术、管线自动化建模技术、虚拟三维技术，可实现新增和改造管线数据的快速三维更新，在三维场景中展示出地下管线空间位置和形态变化。

图3-1三维管线形态更新机制

如图3-1为三维管线形态更新机制，主要包含数据检查、数据入库、三维自动化建模和三维场景更新四个步骤。

数据检查：根据三维管线数据标准，对管线数据的字段结构检查、关键字段取值检查、点线一致性和唯一性检查、三维拓扑检查等。

数据入库：主要包括数据预入库、整体性检查和正式入库三个子步骤。数据预入库是建立临时数据库，将新数据融合到临时数据库。整体性检查是针对整个临时管线数据库，根据三维管线拓扑规则和管线专业规则进行综合检查。临时数

据库检查通过后即可将正确的数据融合到原始数据库中，并建立更新时间标识，形成最新的管线数据库。

三维自动化建模：基于建模的属性字段信息和时间标识，采用管线自动建模算法即可实现特定时间更新的快速自动化建模。其中，管线和附属物均通过对标准模型库中标准模型如标准管段、标准检修井按照其空间属性信息如长度、井深、井宽缩放进行自动化建模实现，弯管如三通、四通则通过多个标准模型按照弯管弯曲的角度拼接建模实现。

三维场景更新：结合自动建模算法和虚拟三维场景技术，可以将更新的三维管线加载到三维场景，实现三维管线更新的可视化。

3.2三维管线的健康信息更新

在管线的日常使用中，其承担的负荷随时发生着变化，安全存在隐患，健康信息需要得到及时更新和掌握。基于传感器技术、物联网技术、网络数据库技术及虚拟三维技术，可以将管线的实时负荷状态和健康使用信息传递至数据库，并在三维场景中得到更新和体现。

图3-2 三维管线的健康信息更新机制

如图3-2为三维管线的健康信息更新机制，主要包括传感器监测、数据库更新和三维场景更新三个部分。

传感器监测：埋设于地下管线重要部位的高灵敏度传感器可以对管线的实时负荷状态进行监测，包括压强、流量、气体浓度等信息，这些信息通过物联网传递到监测平台。

数据库更新：数据库更新主要包括三个子步骤，即获取信息、信息检查和信息更新。获取信息即是通过万维网从监测平台获取管线的荷载信息。信息检查是对荷载信息的数据格式和正确性进行转换和检查。信息更新是将检查无误的荷载信息更新到管线数据库中，并建立时间标识。

三维场景更新：基于更新后的管线数据库，通过创建管线荷载的特效，如动态流向、分级设色渲染模型、音像提示等，实现荷载信息的实时可视化展示。

4 结论

地下管线是维系城市地上地下空间、保证城市整体运行的重要基础设施，规划、建设和管理好地下管线是未来充分利用地下空间的重要的基础工作。三维地下管线动态更新技术是三维地下管线管理系统的核心技术，实现三维地下管线数据动态更新将能够保证管线数据的有效管理。

参考文献