基于GIS的三維管線的爆管分析研究

緒論1.1選題背景及研究意義 近年來，隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展的日新月異，城市地下管線的發(fā)展已經(jīng)成為了建設(shè)智慧化城市的重中之重。城市地下管線的科學化管理，給城市正常的運作發(fā)展提供了重要保障，地下管線的科學布設(shè)對于市民生活質(zhì)量的提高，城市管理效果的提升都具有戰(zhàn)略性意義，更是加速社會現(xiàn)代化發(fā)展進程的重要保障。隨著城市地下管線的數(shù)量的急速增加，地下管線的布置也越來越復(fù)雜，地下管網(wǎng)作為城市生活基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，承載著巨大的壓力。然而，有些地下管線目前還是采用人工管理的方式，由于各種各樣無法預(yù)計的原因，地下管線爆管事故時有發(fā)生，如果發(fā)生事故卻沒有及時的定位并進行有效地處理，很有可能會進一步造成更加嚴重的事故，這些事故會給城市經(jīng)濟生產(chǎn)發(fā)展以及居民人身財產(chǎn)安全帶來巨大的威脅。另外，爆管事故發(fā)生的原因之一是傳統(tǒng)的二維地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)很難科學精確的反映出地下管線的深度，長度，走向，位置等空間信息，給爆管事故后續(xù)的處理造成了困難，而三維的地下管線模型可以直觀的展示出地下管線的空間位置信息，為爆管事故發(fā)生的定位和處理帶來了極大的方便，所以為了更好進行爆管分析的研究，建設(shè)三維管線模型對于爆管分析的研究及其應(yīng)用有著重大的意義。1.2三維管網(wǎng)管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 1.2.1國外研究情況對于三維管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)、地理信息科學技術(shù)以及二者集成應(yīng)用的研究，國外的研究是比國內(nèi)提前開始的，大約從20世紀七十年代開始，一些發(fā)達國家，如美國、新加坡、日本、法國、加拿大等已經(jīng)開始對三維管網(wǎng)進行了研究并取得了一定的經(jīng)驗與成果。早期，美國洛杉磯考慮到城市地下污水的管理問題，利用GIS技術(shù)建立了一個城市地下污水管網(wǎng)管理項目，該項目主要利用閉路電視對污水管網(wǎng)進行動態(tài)探測，同時利用ESRI公司開發(fā)的ArcGIS軟件以及管網(wǎng)管理數(shù)據(jù)庫來監(jiān)控污水管網(wǎng)信息，這個項目對于城市地下污水的管理提供了技術(shù)支持；隨后，一些發(fā)達國家的石油公司為了提高石油管線的管理效率，降低石油管線管理的成本，成功的把地理信息系統(tǒng)與石油管道管理系統(tǒng)進行了有機結(jié)合，建立了石油管道GIS系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的開發(fā)不僅為石油公司的發(fā)展帶來了便利，也為GIS技術(shù)發(fā)展提供了更多的想法；1993年，美國的Daene.C.Mckinney最先提出了一個想法，即是否可以把GIS技術(shù)應(yīng)用于城市地下管網(wǎng)的管理中；2001年，RonBooth也提出了將地理信息系統(tǒng)和城市管線管理進行結(jié)合的構(gòu)想；2017年，YasserEbrahimianGhajari等人利用GIS和FuzzyMCDA對城市易爆性進行了空間建模ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]。1.2.2國內(nèi)研究情況 80年代左右，我國的一些高校開始引進了國外地理信息技術(shù)的成功案例，90年代起，我國開始了城鎮(zhèn)化建設(shè)進程，在國家的支持和栽培下，北京獲得了了建設(shè)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的許可，21世紀以來，GIS技術(shù)和計算機技術(shù)在我國已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，我國的地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)也取得了一些成果，一批管網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成功投入使用，如：武漢中地數(shù)碼科技有限公司利用組件式MAPGIS平臺開發(fā)了一套供水管網(wǎng)管理系統(tǒng)、北京市測繪設(shè)計研究院建成了北京市地下管網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、山東正元地理信息工程有限責任公司開發(fā)了合肥市地下管網(wǎng)竣工數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、青島市綜合管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等等。顯而易見的是，地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)給城市規(guī)劃和建設(shè)帶來了前所未有的便利。同時，地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)的信息化、現(xiàn)代化優(yōu)勢也引起了政府相關(guān)部門和許多研究機構(gòu)的高度重視，2011年，在中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會組織下，市政機關(guān)、數(shù)碼企業(yè)及管線勘測組織等行業(yè)對我國地下管線許多年的發(fā)展進行了總結(jié)，由中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會發(fā)布了中國城市地下管線發(fā)展報告，引起了全國各行各業(yè)人士的支持與重視；2014年7月，國務(wù)院辦公廳出臺了《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導意見》。高校也為地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)做出了巨大貢獻，近年來發(fā)表了許多的優(yōu)秀成果，例如：武漢大學的周京春以昆明市地下管網(wǎng)信息應(yīng)用與共享平臺建設(shè)為基礎(chǔ)，結(jié)合理論研究和實際應(yīng)用，設(shè)計了一種地下管網(wǎng)三維數(shù)據(jù)模型，其中包括語義數(shù)據(jù)模型、幾何數(shù)據(jù)模型、時態(tài)數(shù)據(jù)模型，并且實現(xiàn)了管網(wǎng)二維數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化后對三維數(shù)據(jù)進行的自動化同步變更ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]，遼寧師范大學的崔羽對爆管分析算法及其優(yōu)化進行了研究，并且將算法改進成果成功應(yīng)用于系統(tǒng)和項目，開發(fā)了大連石化礦區(qū)綜合管理系統(tǒng)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]，電子科技大學的李亞君對地下管網(wǎng)進行了三維化的重現(xiàn)，設(shè)計實現(xiàn)了基于GIS的三維地下管網(wǎng)爆管分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了對三維管線空間位置和屬性信息的查詢、統(tǒng)計、分析等功能，系統(tǒng)中進行優(yōu)化后的爆管分析模塊能夠得到更加精準的搜索結(jié)果ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]，安徽理工大學的陳衛(wèi)林設(shè)計實現(xiàn)了B/S模式下的地下管網(wǎng)三維可視化信息化管理系統(tǒng)，并根據(jù)實際需求實現(xiàn)了三維管線爆管分析，統(tǒng)計分析以及空間位置查詢等功能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]，南京大學的費錚對校園三維地下綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)進行了研究，是輔助學校管理工作的得力助手，大大提高了校園的綜合管理水平，也為研究城市地下綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]，哈爾濱理工大學的于志斌研究了供水管線的水流特點，結(jié)合有向圖原理，利用廣度優(yōu)先搜索算法和SuperMap軟件設(shè)計實現(xiàn)了城市供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，完成了爆管分析的功能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]，西南交通大學的李平研究開發(fā)了基于B/S模式的城市天然氣管網(wǎng)信息系統(tǒng)，在進行爆管分析功能的設(shè)計時，對廣度優(yōu)先搜索算法進行了考慮方向性的優(yōu)化ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[8]，南京農(nóng)業(yè)大學的李珊珊研究開發(fā)了地下管線查詢與應(yīng)急管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用ArcGIS軟件的查找最近設(shè)施工具，也實現(xiàn)了系統(tǒng)的爆管分析功能ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[9]，西南石油大學的何嬋利用ArcGIS軟件實現(xiàn)了燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)爆管分析功能，并進行了三維可視化設(shè)計ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]，河北工程大學的馮笑雪研究了如何將三維GIS應(yīng)用到城市供水管網(wǎng)管理系統(tǒng)，同時利用深度優(yōu)先搜索算法實現(xiàn)了爆管分析功能，并依靠SuperMap軟件進行了三維管網(wǎng)的可視化研究ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>馮錦霞</Author><Year>2017</Year><RecNum>117</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>117</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="t9tpzwfr4te5z8ee02pv52pua9sfxa2vdvtz"timestamp="1542209388">117</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>馮錦霞</author></authors></contributors><auth-address>廣東省惠州市供水有限公司;</auth-address><titles><title>基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的供水管網(wǎng)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)</title><secondary-title>測繪與空間地理信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>測繪與空間地理信息</full-title></periodical><pages>150-151</pages><volume>40</volume><number>12</number><keywords><keyword>供水管網(wǎng)</keyword><keyword>巡檢系統(tǒng)</keyword><keyword>GIS</keyword><keyword>物聯(lián)網(wǎng)</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1672-5867</isbn><call-num>23-1520/P</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]。雖然目前我國的GIS技術(shù)發(fā)展水平和國外其他發(fā)達國家相比還有一定的差距，但是經(jīng)過不斷的努力，我國的GIS技術(shù)已經(jīng)取得了很大的突破和進展。目前國內(nèi)高校對于地下管線和GIS技術(shù)相結(jié)合的研究有很多，主要有兩個方面，一是對地下管線進行的三維可視化研究，二是對地下管線管理系統(tǒng)相關(guān)功能進行研究與開發(fā)，本文結(jié)合國內(nèi)三維GIS的有關(guān)研究，同時完成了地下管線的三維可視化以及爆管分析功能的研究。1.3技術(shù)路線本研究利用Skyline軟件構(gòu)建南京市地下管網(wǎng)三維場景，首先利用TerraBuilder和阜新市正射影像圖制作MPT地形，然后將制作好的MPT地形導入TerraExplorerPro，并導入地面建筑二維地物矢量數(shù)據(jù)，自動生成地面建筑的三維模型，得到三維場景fly文件，接下來創(chuàng)建三維管線及三維管點的空間模型，最后利用TerraExplorerAPI編程功能實現(xiàn)三維管網(wǎng)的自動生成，至此完成三維管網(wǎng)地上以及地下場景的搭建，最后利用VS2012進行三維管線爆管分析系統(tǒng)的開發(fā)。本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示。阜新市三維地形數(shù)據(jù)TerraBuilder阜新市三維地形數(shù)據(jù)TerraBuilder創(chuàng)建MP創(chuàng)建MPT阜新市二維地物矢量數(shù)據(jù)TerraExplorerPro三維管網(wǎng)模型阜新市二維地物矢量數(shù)據(jù)TerraExplorerPro三維管網(wǎng)模型創(chuàng)建三維場景(*.fly創(chuàng)建三維場景(*.fly)MicrosoftVisualStudioMicrosoftVisualStudio計算機語言編寫程序計算機語言編寫程序代碼三維管網(wǎng)爆管分析系統(tǒng)三維管網(wǎng)爆管分析系統(tǒng)爆管分析處理模塊爆管分析處理模塊圖1-1技術(shù)路線圖Fig.1-1Technologyroadmap

2關(guān)鍵技術(shù)與理論基礎(chǔ)2.1GIS技術(shù)地下管線管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫作為載體，以GIS軟件作為平臺，是一種廣義上的地理信息系統(tǒng)，利用GIS可以完成地下管線圖形和數(shù)據(jù)的交互，同時，地下管線的爆管分析離不開GIS技術(shù)的空間分析功能。本文首先就系統(tǒng)應(yīng)用到的GIS技術(shù)進行簡單介紹。GIS是一個管理、分析和處理地理數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，它以地理空間數(shù)據(jù)作為操作對象，通過對空間數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)進行編碼，可以完成對地理對象進行某種特定處理。GIS基于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，但是自身擁有更加完善的功能和更加鮮明的特征，GIS注重數(shù)據(jù)和圖形的有機結(jié)合，而且可以做到地理位置與其對應(yīng)屬性的一致，這使得GIS可以準確，形象，真實的展示出使用者想得到的各種信息和結(jié)果，也是GIS從眾多信息管理系統(tǒng)中脫穎而出的獨特優(yōu)勢。GIS擁有卓越的分析、判斷空間數(shù)據(jù)的能力，它的三維可視化功能對于緊急事件的應(yīng)急處理可以起到重要的輔助作用，在爆管分析中起到不可忽視的作用。GIS的優(yōu)勢不僅在于它對空間數(shù)據(jù)的理解和辨析的能力，更在于它可以做到同時對圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行管理和應(yīng)用。GIS通常具備如下四種類型的基本功能：1）數(shù)據(jù)編輯與分析功能：這是GIS最基本的一項功能，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)的獲取，編輯和處理，能夠保證GIS中的數(shù)據(jù)在時間和空間上的完整性，一致性，正確性；2）圖形與數(shù)據(jù)的交互顯示功能：GIS來源于地圖，這項功能的優(yōu)勢在于其對獲取的數(shù)據(jù)進行分析綜合以后，依然可以用圖形的形式來表示處理結(jié)果，而不是只能輸出表格、報告等數(shù)據(jù)文件，一個優(yōu)秀的GIS系統(tǒng)有條件和能力幫助其使用者設(shè)計制作出精度、質(zhì)量都比較高的地圖；3）空間分析功能：GIS之所以能夠得到非常廣泛的應(yīng)用，得益于其對地理空間卓越的查詢和分析功能，GIS用戶可以利用現(xiàn)有的地理地形數(shù)據(jù)，查詢分析出重要的地理性結(jié)論，這項功能對于三維管線的爆管分析具有重要的輔助意義。4）數(shù)據(jù)庫管理功能：數(shù)據(jù)儲存、管理等功能，是建立一個GIS的最為關(guān)鍵之處，其中包含對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的處理和結(jié)合，還包括數(shù)據(jù)的格式化操作等處理。GIS數(shù)據(jù)庫通常數(shù)據(jù)量很大，而且它其中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系比較密切。2.2Skyline軟件簡介Skyline是一套優(yōu)秀的三維數(shù)字地球平臺軟件，擁有全球領(lǐng)先的三維空間的數(shù)字化顯示技術(shù)，可以通過二三維數(shù)據(jù)構(gòu)造一個能夠模擬真實世界的三維場景。Skyline產(chǎn)品線十分齊全，并且允許多種數(shù)據(jù)源接入，對于信息的整合和處理十分方便，同時允許用戶高效的進行集成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的更新等操作，它的通過流訪問方式可以容納很大的數(shù)據(jù)量，甚至可以做出全球范圍的三維場景，與此同時，Skyline還能夠通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的方式來制作網(wǎng)頁三維場景。目前，Skyline產(chǎn)品線在中國市場已經(jīng)深入到了各行各業(yè)。Skyline的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1Skyline產(chǎn)品結(jié)構(gòu)Fig.2-1Skylineproductarchitecture1）TerraBuilder產(chǎn)品TerraBuilder可以通過添加航片、衛(wèi)星影像、數(shù)字高程模型以及各種矢量地理數(shù)據(jù)等圖層的方式，使其使用者方便快捷地創(chuàng)建3D地形數(shù)據(jù)集（MPT），并提供給TerraExplorerPro進行數(shù)據(jù)層和其他內(nèi)容的疊加。它可以對不同的數(shù)據(jù)進行融合，并重新投影成相同的投影參考，還可以對生成的數(shù)據(jù)集進行有目的的裁剪。TerraBuilder有高效疊加和融合三維可視化中的海量數(shù)據(jù)的能力，同時他對大數(shù)據(jù)快速壓縮的能力使數(shù)據(jù)的儲存空間的需求被大大降低，另外，其拓展模塊Multi-Processor可以通過多臺機器或者多處理器在局域網(wǎng)來分管現(xiàn)行工作任務(wù)，使工作的精度和效率得到了優(yōu)化和提升。2）TerraGate產(chǎn)品TerraGate是一種能夠同時向大量用戶傳送三維地理數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器技術(shù)，可以幫助實現(xiàn)Skyline的3D技術(shù)客戶端和服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸，而且能夠高效處理大量的高程數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，并提供客戶需要的三維場景。TerraGate實現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的以地理參考為背景應(yīng)用程序，它的運行不會因網(wǎng)絡(luò)連通的中斷受到影響，這項技術(shù)使得用戶得到的三維數(shù)據(jù)更加平滑，同時，它的技術(shù)可以不斷進行升級，使多處理器服務(wù)器的硬件優(yōu)勢得到了盡可能地發(fā)揮。3）TerraExplorer產(chǎn)品TerraExplorer使得用戶可以提前體驗地形可視化場景，它可以高清的展示現(xiàn)實場景，并根據(jù)用戶需求對場景中的某區(qū)域近距離查看，同時，疊加在地表的文字、圖形和三維物體等信息都可以在其中進行查看。TerraExplorer可以使用戶進入全球三維地表可視化場景，這項功能為旅游、房地產(chǎn)等行業(yè)提供了更多的商機，在軍事、航空中也有應(yīng)用，它還可以進行個性化定制，使用戶可以快速創(chuàng)建自己需要的三維GIS系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用Skyline軟件中的TerraBuilder產(chǎn)品生成了三維地形，利用TerraExplorerPro產(chǎn)品完成了地下管線的三維建模、地上建筑的三維建模，并對其他建模軟件制作的三維管點模型進行了批量導入，利用TerraExplorerAPI的編程功能完成了三維管網(wǎng)模型的自動生成。2.3爆管分析2.3.1爆管原因及解決措施引起地下管線發(fā)生爆管事故的原因有很多，大致可以分為三類：地下管線自身問題、地下管線所處環(huán)境、人為破壞。首先，管線自身的質(zhì)量、強度不夠，管線之間的銜接不夠穩(wěn)固，管道老化引起的變脆、變形和管道內(nèi)部壓力不平衡等管線自身原因都可能引發(fā)管線的爆管事故，對于燃氣管道來說，常見的金屬管道的腐蝕是使燃氣管道發(fā)生爆管的重要原因。其次，地下管線所處的自然環(huán)境也會對管線的工作造成一定程度的負面影響，如地下土質(zhì)松散等土壤問題、以及暴風雨、暴風雪、冰雹等極端天氣和地震等自然災(zāi)害等都會使地下管線發(fā)生爆管事故另外，人類進行的不當操作也會使地下管線發(fā)生爆管，比如抽取地下水、重型車輛碾壓等都會對地下管線的狀態(tài)造成不好的影響，這是發(fā)生爆管事故最直接的原因，更為嚴重的是，如果不嚴格把施工區(qū)域地下管線資料作為重要參考進行施工，或者地下管線資料不夠準確、版本老舊的話，地下工程的施工失誤有可能會直接破壞地下管線，從而引發(fā)嚴重的爆管事故。爆管事故一旦發(fā)生，可能造成的后果是不可預(yù)計的，也是不可挽回的，為了城市秩序的穩(wěn)定，居民生活的安全，城市管理人員要承擔起建設(shè)、保護好城市管線的重任，要盡量把發(fā)生地下管線爆管事故的概率降到最低，即便發(fā)生了爆管事故，也要盡量把爆管事故造成的傷害降到最低，當前，城市規(guī)劃管理部門通常會建立城市地下管線地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)的爆管分析模塊可以在發(fā)生爆管事故以后迅速準確地做出符合實際的關(guān)閥方案，同時確定事故發(fā)生現(xiàn)場的受影響范圍以及事故安全等級，必要時可以保證受災(zāi)嚴重的區(qū)域救援措施的到位。2.3.2爆管分析算法通常有兩種常用的算法可以應(yīng)用于爆管分析，它們分別是深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索，從搜索結(jié)果上來看，二者都可以到達圖中所有連通的頂點，可以完成對搜索范圍內(nèi)所有節(jié)點的訪問。在深度優(yōu)先搜索中，深度越大的節(jié)點越先得到訪問，即對于搜索頂點的每一個分支，搜索路徑都會一直深入到無法深入，再回到搜索頂點的未訪問鄰接點進行再一次訪問，對于爆管分析來說，這種算法的缺點顯而易見：無法以最快的速度找到需要關(guān)閉的閥門，在錯綜復(fù)雜的管網(wǎng)中，這種算法相對來說比較費時。在廣度優(yōu)先搜索算法（BreadthFirstSearch，簡稱BFS）中，把破裂管線的位置視作根節(jié)點，由此開始廣度優(yōu)先搜索，不考慮流體的流向，只以寬度作為依據(jù)遍歷節(jié)點，如果發(fā)現(xiàn)目標，演算即終止。這個過程可以抽象為無向圖的廣度優(yōu)先搜索遍歷過程：假設(shè)A為破裂管線段上游的斷點，由此開始廣度優(yōu)先搜索，首先訪問與A相鄰的所有節(jié)點：B、D、E，接下來訪問與B相鄰且未被訪問過的節(jié)點：C、G，與D相鄰且未被訪問過的節(jié)點：F，最后訪問與F相鄰且未被訪問過的節(jié)點：H、I，至此完成搜索范圍內(nèi)所有節(jié)點的遍歷，無向圖如圖2-2所示，廣度優(yōu)先搜索生成樹如圖2-3所示。1125CBACBAGEHFDGEHFD77438996I圖2-2無向圖11AA432432EBD5656CF8787GH99I圖2-3廣度優(yōu)先搜索生成樹Fig.2-3Wideprioritysearchgenerationtree與深度優(yōu)先搜索算法相比，廣度優(yōu)先搜索算法以寬度作為依據(jù)來對搜索范圍內(nèi)節(jié)點進行遍歷，可以更快找到與管段爆裂處更近的閥門，但這種搜尋方法也有比較盲目的地方，首先，它不考慮流體的方向性，這樣會導致位于關(guān)閉管線破裂處下游的閥門也有可能被關(guān)閉，從而浪費不必要的人力物力，甚至有可能對使用其閥門的用戶造成生活上的影響和不便。一般來說，在爆管關(guān)閥搜索的過程中，我們只需要關(guān)閉管線破裂處上游的閥門，其次，它也沒有考慮與管線破裂處寬度較小但是不互相連通的一些節(jié)點，這樣一旦發(fā)生了安全事故，有些節(jié)點不能得到合理的安排和處理，有可能造成二次事故，使事故的波及范圍得到擴大。所以我們在搜索過程中考慮了流體的方向性，以管線破裂處的上游閥門為關(guān)閥的搜索范圍，而下游為受影響的范圍，其基本思想是：1）確定爆管發(fā)生位置所在的管段；2）確定該管段流體的方向性并把該管段上游的端點記為V1；3）把V1作為當前被訪問頂點，依次訪問與V1鄰接的所有節(jié)點V2、V3、V4…；4）依次訪問V2、V3、V4…的各個未被訪問的鄰接點；5）由近至遠直至找到上游與V1連通的閥門X為止，X即為需要關(guān)閉的閥門。

3三維管網(wǎng)生成3.1地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取為了準確的建立三維管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，獲取精確的管網(wǎng)數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。隨著城市建設(shè)的日新月異，管網(wǎng)的布設(shè)越來越復(fù)雜，管網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取也變得更加困難，傳統(tǒng)獲取管網(wǎng)數(shù)據(jù)的方法通常為利用人工收集資料，根據(jù)收集到的資料手繪制管網(wǎng)數(shù)據(jù)的圖紙，不但操作起來困難費時，繪制的管線位置通常也不夠精確。近幾年來，隨著計算機圖形學和計算機科學技術(shù)發(fā)展的日益成熟，繪制圖紙通常利用CAD等軟件進行，同時可以利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)做到對地下管線科學化的監(jiān)控和管理。管網(wǎng)數(shù)據(jù)主要包括管點數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)以及它們的屬性信息等。為了實現(xiàn)爆管分析，通常還要獲取路面建筑物信息，道路信息等數(shù)據(jù)。目前，獲取管網(wǎng)信息主要的方法如下：1）現(xiàn)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化：利用傳統(tǒng)方式獲取的管線數(shù)據(jù)可以進行數(shù)字化，從而得到完整的管線數(shù)據(jù)，常用的數(shù)字化方法有掃描數(shù)字化和手扶跟蹤數(shù)字化。2）外業(yè)測量管線：對地下管線進行實地測量是獲取管線數(shù)據(jù)最直接的方法，通常采用測繪或者地下探查的方法來進行外業(yè)測量管線，通過這種方式獲取的管線數(shù)據(jù)精度要更高一些。3.2城市地下管網(wǎng)概述城市地下管網(wǎng)主要包括地下管線和地下管點兩個部分，城市地下管線按照自身分類的不同，主要可以分為給水管線、排水管線、燃氣管線、供熱管線、電力管線、電信管線、工業(yè)管線和其他管線八大類，每一大類可以分為不同的小類，如圖3-1所示，地下管線種類繁多，功能復(fù)雜，共同構(gòu)成整個城市基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)，肩負著維護城市現(xiàn)代生活和諧穩(wěn)定的重任。當前，對地下管線科學的管理是提高城市規(guī)劃效率的基礎(chǔ)，只有合理高效的管理地下管線，才能保證城市生活的平穩(wěn)運行，在建立地下管線管理系統(tǒng)時，要對地下管線進行規(guī)范化的分類。生活用水管線消防用水管線生活用水管線消防用水管線給水管線工業(yè)用水管線給水管線工業(yè)用水管線農(nóng)業(yè)灌溉管線農(nóng)業(yè)灌溉管線污水管線污水管線排水管線雨水管線排水管線雨水管線雨污合流管線 雨污合流管線煤氣管線煤氣管線燃氣管線天然氣管線燃氣管線天然氣管線液化石油氣管線液化石油氣管線熱水管線熱水管線地下管線供熱管線蒸汽管線地下管線供熱管線蒸汽管線動力電纜動力電纜電力電纜照明電纜電力電纜照明電纜通信信息電纜通信信息電纜電信電纜廣播電視電纜電信電纜廣播電視電纜專用通信電纜專用通信電纜石油管線石油管線工業(yè)管線化工管線工業(yè)管線化工管線排渣管線排渣管線其他管線其他管線圖3-1地下管線分類Fig.3-1Classificationofundergroundpipelines管點也是城市地下管網(wǎng)的重要組成部分，是連接管線的重要媒介，通?？梢岳斫鉃楣芫€附屬設(shè)施，其種類和用途多種多樣，各自承擔著管線重要的工作，在不同的管網(wǎng)中，管點的類型有的相同，有的不同，例如，給水管線特有的附屬設(shè)施為水表，而排水管線特有的附屬設(shè)施為雨水篦，燃氣管線特有的附屬設(shè)施為調(diào)壓箱等，各類地下管線都帶有的附屬設(shè)施如表3-1所示。表3-1地下管點分類Tab.3-1Classificationofundergroundpipepoints類別內(nèi)容管點分支點、轉(zhuǎn)折點、多通點、彎頭、三通、四通等給水管點檢查井、水表、陰極保護設(shè)施排水管點檢查井，雨水篦、化糞池、下河排放口燃氣管點檢查井、放散管、套管、凝水缸、調(diào)壓箱、燃氣計量表3.3地下三維管網(wǎng)模型3.3.1三維管線模型地下管線主要分為圓管（本文研究對象）和方管（不是本文研究對象），圓管管段可以用圓柱體表達，可以用一系列首尾相連的圓柱體的集合構(gòu)成三維管線，在skyline中我們可以用TerraExplorerPro中的CreatePipeLines功能來創(chuàng)建代表圓管的圓柱體，用CreateBox功能來創(chuàng)建代表方管的長方體，并設(shè)置管線半徑、管線顏色、可見距離等屬性信息，管線模型如圖3-2所示。圖3-2管線模型Fig.3-2Pipelinemodel3.3.2三維管點模型我們可以根據(jù)地下管點的不同特征，利用建模軟件來進行三維管點模型的制作，在建立三維管點模型的過程中，我們要注意管點的大小和縮放比例，確保管線可以準確無誤的嵌入到管點中，如果遇到彎頭、三通等管點，我們還需要判斷管點和管線連接處的方向，由此確定模型的旋轉(zhuǎn)角度，使得管點和管線可以完美的銜接在一起。由于管點形狀各異，根據(jù)實際情況制作彎頭如圖3-3所示，三通管如圖3-4所示，四通管如圖3-5所示，閥門如圖3-6所示。圖3-3彎頭Fig.3-3Elbow圖3-4三通管Fig.3-4Three-waypipe圖3-5四通管Fig.3-5Four-waypipe圖3-6閥門Fig.3-6Valve3.4三維管網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要建立一個運行穩(wěn)定、性能優(yōu)秀的系統(tǒng)，必須要對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行高效、可靠地管理，地下管線成果數(shù)據(jù)庫中除了要有測區(qū)地下管線的基本資料，和測區(qū)圖幅坐標基本數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)表外，還要包含三維管線、管點屬性數(shù)據(jù)表。管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是存儲其數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。參考國內(nèi)的《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》（CJJ61-2017）中的規(guī)定，同時考慮到地下管線的實際情況對管線數(shù)據(jù)庫設(shè)計的要求與影響，為了保證管點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)范，本系統(tǒng)設(shè)計管段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3-2所示，管點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3-3所示。另外，為了便于爆管分析的研究，在爆管關(guān)閥搜索中需要做到能夠快速定位到當前所遍歷節(jié)點的下一個鄰接節(jié)點，這就要求管網(wǎng)中的管點和管線之間要有嚴格的拓撲準確性，所以本文使用鄰接表結(jié)構(gòu)來表示管網(wǎng)節(jié)點之間的拓撲鄰接關(guān)系，如表3-4所示。表3-2管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表Tab.3-2Tableofpipelinedatastructure序號字段名稱數(shù)據(jù)類型別名1Type字符管線種類2S_Y字符管線名稱3S_Exp字符起點物探點號4E_Exp字符終點物探點號5Road字符道路名稱代碼6PGrade字符管線分級7Material字符管線材質(zhì)8S_X數(shù)值起點X坐標9S_Y數(shù)值起點Y坐標10E_X數(shù)值終點X坐標11E_Y數(shù)值終點Y坐標12ST_ELE數(shù)值起點管頂高程13ET_ELE數(shù)值終點管頂高程14SB_ELE數(shù)值起點管底高程15EB_ELE數(shù)值終點管底高程16S_Deep數(shù)值起點埋深17E_Deep數(shù)值終點埋深18PSize字符管徑19Voltage數(shù)值電壓值20Pressure數(shù)值壓力21CabNum數(shù)值電纜條數(shù)22TotalHole數(shù)值總孔數(shù)23UsedHole數(shù)值已用孔數(shù)24FlowDire數(shù)值載體流向25Embed字符埋設(shè)26Note字符備注27PIPEID字符管段唯一編號28FGCOLOR字符前景色29BGCOLOR字符背景色30YAW數(shù)值水平方向角度31PITCH數(shù)值豎直方向角度32ROLL數(shù)值滾動方向角度33LENGTH數(shù)值管段長度34LINEOPACITY數(shù)值管段構(gòu)造線的透明度35FILLOPACITY數(shù)值管段填充的透明度表3-3管點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表Tab.3-3Tableofpipelinepointdatastructure序號字段名稱數(shù)據(jù)類型別名1Exp_No字符物探點號2Map_No字符圖上點號3X0數(shù)值X坐標4Y0數(shù)值Y坐標5H數(shù)值地面高程6Offset字符管偏7X1數(shù)值有管偏計算的X坐標8Y2數(shù)值有管偏計算的Y坐標9Code字符點符號編碼10Feature字符特征11Subsid字符附屬物12Surfbldg字符地面建筑物13WellDeep數(shù)值井底深度14PointCode字符點分類代碼15Angle數(shù)值旋轉(zhuǎn)角16MapNo字符圖幅號17Road字符道路名稱代碼18Note字符備注19OBJECTID字符管點的唯一編號20YAW數(shù)值管點的水平角21PITCH數(shù)值管點的豎直角22ROLL數(shù)值管點的滾動角23SCALE數(shù)值管點模型比例24FILENAME字符管點模型文件路徑表3-4管點拓撲鄰接關(guān)系表Tab.3-4Tableofpipelinetopologicaladjacencyrelationship序號字段名稱數(shù)據(jù)類型別名1Exp_No字符管點編號2UpPoints字符上游鄰接點集合3DownPoints字符下游鄰接點集合3.5三維管網(wǎng)生成在完成三維管線和三維管點模型的建立以后，我們需要進行二者之間的匹配，其中最重要的生成過程是三維管線時的屬性參數(shù)，即管線名稱、管線起點和終點三維坐標、管線高程數(shù)據(jù)、管線截面半徑、管線顏色等，要確定管段中心線的位置，設(shè)定圓柱體的空間位置至關(guān)重要。如果想用圓柱體首尾相連來表示三維管線，每個管段的圓柱體模型必須經(jīng)過相應(yīng)的坐標解算、長度解算、角度解算，算法如下：1）坐標解算：讀取管段數(shù)據(jù)中的起點X坐標，起點Y坐標，起點埋深作為管段圓柱體模型的起點位置；2）長度解算：設(shè)起點A（X1,Y1,Z1）,終點B（X2,Y2,Z2），則該管段的長度計算公式為|AB|=sqrt[(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2)]；3）角度解算：根據(jù)管段的起始位置和終點位置計算出管段模型圓柱體的旋轉(zhuǎn)角度，利用.GetAimingAnglesEx函數(shù)，輸入管段的起點和終點坐標，可以解算出管段的Yaw，Pitch兩個字段，由此確定管段連接的角度。

4算法實現(xiàn)4.1三維場景的建立4.1.1建立三維地形本研究首先利用Skyline軟件完成阜新市區(qū)三維管網(wǎng)三維場景的建立，首先，在BIGEMAP地圖下載器里可以獲取阜新市區(qū)高清影像圖，接下來在TerraBuilder中新建一個工程，其坐標系統(tǒng)為WGS84坐標系統(tǒng)，如圖4-1所示，進入新建工程后，利用InsertImagery加載事先下載的阜新市區(qū)影像圖，最后利用CreatMPT打開創(chuàng)建MPT面板，并創(chuàng)建MPT地形場景文件如圖4-2所示。圖4-1新建工程Fig.4-1CreateProject圖4-2地形場景Fig.4-2Terrainscenario4.1.2導入二維地物矢量數(shù)據(jù)建立好MPT地形文件以后，在TerraExplorerPro中可以打開這個地形文件，我們需要導入二維地物的shp文件，以此來生成三維地形，在工程樹的空白處可以添加特征圖層如圖4-3所示，注意在添加shp文件的過程中，要選擇所有的標志字段并進行導入，導入結(jié)果如圖4-4所示。圖4-3添加特征圖層Fig.4-3Addfeaturelayer圖4-4導入shp文件效果Fig.4-4Importshpfile4.1.3建立地面建筑模型三維地上建筑物場景的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，外形也不盡相同，所以很難像生成三維管線一樣以統(tǒng)一標準對地上三維場景進行自動建模，而是要進行人工建模，地上建筑物的模型可以利用建模軟件進行建模并導入平臺中，這樣制作出來的模型場景真實，紋理驚喜，但是數(shù)據(jù)量比較大，加載起來速度相對較慢，所以我們利用Skyline的自帶模型進行建模，這樣操作簡單方便，速度也比較快。首先在事先導入的shp文件屬性表中找到symboltype字段，在不做任何設(shè)置時，它的類型默認為polygon即平面多邊形，把它改成building，所有代表房屋的多邊形便全部生成了具有立體效果的房屋模型，同時在圖層屬性中，可以對建筑物設(shè)置不同的高度，以及不同類型的貼圖，效果如圖4-5所示，接下來在工具欄中的城市設(shè)計功能里，可以對道路及路燈，街邊樹等附屬設(shè)施進行創(chuàng)建，效果如圖4-6所示。圖4-5建筑物建立Fig.4-5Buildingestablish圖4-6道路及其附屬設(shè)施Fig.4-6Roadsandancillaryfacilities4.2三維管網(wǎng)自動生成算法地下管網(wǎng)可以被視作一些首尾相連的管段集合，利用TerraExplorerAPI中的接口，我們可以進行二次開發(fā)，編寫程序來自動生成三維管線，首先我們需要把管線的各種屬性信息儲存在數(shù)據(jù)庫中，每條管線有自己對應(yīng)的一條記錄，接下來執(zhí)行編寫的程序：1）連接三維管線數(shù)據(jù)庫；2）打開需要生成三維管線的對應(yīng)管線和管點表逐行讀取數(shù)據(jù)庫表中的管線屬性數(shù)據(jù)；3）把讀取的管線屬性數(shù)據(jù)接入具有自動生成管線功能的API接口中這樣，每讀到一行管線屬性信息數(shù)據(jù)，就會有一條三維管線自動在場景的對應(yīng)位置中生成，當每行數(shù)據(jù)都讀取完畢，管網(wǎng)的三維模型便生成完畢。由于管點模型形狀各異且生成過程復(fù)雜，所以我們把不同類型的管點模型以shapefile文件的形式儲存，根據(jù)shp文件以矢量點的方式導入平臺中，將點的表現(xiàn)形式設(shè)置為3DModel，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度使其與三維管線能夠良好的匹配，匹配后的三維管線的屬性信息，包括埋深、管徑、走向、連接點等同二維管線數(shù)據(jù)吻合，主要有以下集中類型：無管偏地面設(shè)備位于管段連接處正對的地面位置，可以根據(jù)管點的坐標確定其在地面的位置并依比例建立三維模型；有管偏地面設(shè)備與管段連接處正對的地面位置有一定的偏移量，可以根據(jù)管偏坐標確定地面位置并依比例建立三維模型；無角度地下設(shè)備位于管段連接處，但模型的放置角度無要求，可以根據(jù)管點的坐標并依比例建立三維模型；有角度地下設(shè)備位于