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1、1城市三维地下管线管理系统一、城市地下管线城市管网是城市最重要的公共基础设施之一，与城市的发展和居民的日常生活息息相关。根据不同的市政建设，管网分为供水、排水、通信、电力等多种类别，其分布也遍及地下、空中、水下等。城市地下管线是城市建设的重要内容和城市生存和发展的生命线。具有规模大、范围广、管线种类繁多、空间分布复杂、变化大、增长速度快、形成时间长等特点。触及城市的各个角落，与人民生活息息相关。当今的城市中布满了各种各样的管线，类似于以前手工的管理模式和管理手段已无法满足“合理规划、科学管理、优质服务”的要求。对于突发事故的应变能力和处理效率难以适应企业集团高速发展的需求，各级管线管理单位需要
2、一种更为方便、及时的方式，来管理自来水、供暖、排污、燃气、电信信号等管线资源 管线系统，要求科学管理管网资源及相关的管网信息，实现整个管网的协调与统一。同时各种综合信息，如工程报表、维修维护信息等也需要以管网信息为依据，要做到科学化管理。传统的二维 GIS 方式管理管网，总是受到平面显示范围的限制，无法从纵深上直观反映管网间真实的空间位置，难以对大量的管线信息进行有效的描述和表达。管线三维模型能直观地描述管线的三维特征及管线间的空间关系，能真实地反映地下管线的空间分布状况。城市三维地下管线管理系统是以计算机网络为载体，GIS 软件为平台的应用型技术系统，整合城市地下综合管线数据资源，实现了地下
3、管线的三维可视化管理、存储、查询、分析、定位等功能，形成了一套完善的城市地下综合管线数据资源管理数字化、可视化的三维管线系统。管线采用二三维一体化的设计方式，平面视图管线表现为二维方式，转换视角，管线表现为三维方式，可以直观查看管线与周围地形、地物、建构筑物的关系。由于其精确性、真实性和无限的可操作性，可以大大提高对管线信息的理解、认识、定位、判断、利用。可以提供包含基本的空间查询、属性查询、空间统计服务，基于管线数据的空间分析服务。三维管线是普通管线系统平台的高端形式，更直观、更立体地展现管线现状。可快速导入三维模型数据，包括基础底图的三维模型和管线三维模型，显示叠加后的效果；导入二维矢量图
4、层，系统可自动将二维渲染成三维模型。三维效果让管线显示更加直观，实现对地下管线不同角度的查看。目前，许多科技型企业着力研究最新的三维 GIS 技术，拓展其在管网行业中应用。不仅实现了将三维可视化技术应用到管网的展示中，更以创新的思维和手段实现了二维与三维联动展示与编辑的应用，真正满足了对管网真实高效地管理和直观便捷地维护的要求。三维 GIS 技术已在自来水、通信行业中应用到具体的业务部门中，为管网的管理应用提供了很好的案例。表.1 国内应用城市三维地下管线管理系统的城市信息表城市 项目名称 三维管网系统 运行状况上海市 上海世博园区管网水质信息化平台将 GIS、SCADA 系统、营业收费系统、
5、水力模型以提高供水 水质，优化供水成本，改善供水服务。2及水质模型集成在一起，并对管网进行分析、预测，实现管网水质数字调控。上海市 上海市排水行业数据库及其管理信息系统基于地理信息系统（GIS）平台 ArcGIS 搭建而成，收录了全市厂、站、网等所有排水设施数据，为排水主管单位提供辅助支撑，数据采集、信息共享和业务协同等技术手段和服务监测信息准确、报警及时,运行稳定。天津市 天津市防汛抗旱三维数字系统三维地理信息平台（SmartEarth 三维平台）郑州市 郑州市三维管网信息系统通过三维的方式真实反映管网的空间位置关系，从而构建起来的一个集管网数据采集、管理分析于一体的 GIS 应用系统。地下
6、管线普查工作从 2011 年 12 月正式启动，目前数据库已经收集了该市四环以内、570 平方公里范围内的地下管线数据信息，包括城市道路，以及河道两侧，普查对象为给水、雨水、污水、天然气、热力、电力、通信、工业管道等地下管线。目前，数据库收集的地下管线长度已达到 2.3 万余公里。地下管线信息管理系统数据库已经建成，但申请查询手续较麻烦。地下管线 3D地图的数据在国家地下管线普查的标准内允许一定的误差，有些过细的管网也没有普查在内；如果碰到违法建设，管线或者新建管线数据没来得及更新，实际情况也会和地图有差异虽然相关文件要求建设单位在报批项目前，必须取得项目附近地下管线现状资料，但这个规定执行得
7、并不好，目前申请查询地下管线的行为还全靠相关单位自觉。徐州市 徐州市城市三维地下管线规划管理信息系统主要使用 Java 技术、Oracle 数据库技术、ArcGIS 技术、Apache 服务以及 Liunux 服务操作环境。徐州综合地下管线第二阶段普查通过专家组的验收，普查的地下管线总长度近 7000 公里，是京沪高铁长度的 5 倍。据了解，根据普查绘制的综合地下管线三维图已经非常详细，凡是 6 米宽以上街巷的地下管线全部纳入其中。泉州市 泉州市城市地下管线信息系统基于三维地学信息系统GeoView 软件平台开发的三维城市地下管线信息系统于 2004 年就开始筹备该项工程，2005 年开始全面
8、进入试点及全面实施阶段。2006 年初进行数据中心建设，中心设备已安装测试完毕，32006 年系统运行良好，网上报批、网上发布功能也逐步实现。泉州市地下管线信息管理系统的海量地下管线数据能在系统中稳定正确地进行二维和三维操作，系统具有网上 Web 发布和网上报批自动化管理功能，功能齐全；系统针对不同用户具有良好的适用性，人机界面友好；系统软件具有多种建模能力和方便的二次开发能力，可扩展性强；系统的软硬件配置合理，运行稳定，满足当前和未来的发展需要。北京市 北京石景山区三维城市地下管线信息系统基于三维地学信息系统GeoView 软件平台开发的三维城市地下管线信息系统天津市 天津滨海高新区城市地下
9、管线信息系统基于三维地学信息系统GeoView 软件平台开发的三维城市地下管线信息系统二、三维管网系统的特点及建设的意义（1）系统框架结构4（2）系统技术的特点管网建模自动化 管线的竣工资料或者探测的结果大多是二维矢量线数据，系统根据二维数据的平面坐标、埋深、管径等数据批量生成三维管线模型、关联属性数据库，并且提取管线之间的拓扑关系，自动生成弯头。三维管网模型的编辑与维护 在三维场景中编辑管线模型（添加、移动、废弃） ，编辑管线模型的节点坐标，维护管线属性数据（类型、覆土深度、埋深、管径、材质等） ，为管网的数据更新提供了便捷的方法。三维管网模型上的拓扑分析 完全摆脱对二维管网数据的依赖，直接
10、在三维管网模型上进行拓扑分析，彻底解决三维数据模型无法进行拓扑分析的技术难题。为爆管分析、开挖分析、覆土深度分析等提供技术支撑。丰富、规范的管件模型库 系统提供标准尺寸和规格的模型库（例如法兰、流量计、弯头、蝶阀、止水阀等） ，方便用户在指定位置添加管件，节省建模时间。整合业务数据更便捷 管网业务数据包括：属性信息、实时监测数据和历史数据等，主要以关系型数据库的形式存储。该管网系统能够迅速的自动关联三维管线模型和业务数据库，大幅度降低数据处理的时间成本，使得项目实施更方便、快捷，成本更低。（3）系统建设的意义整合城市地下综合管线基础数据资源，推进数字地理空间信息平台建设，逐步通过数据资源的“集
11、中管理、分布应用”实现数据管理部门和应用部门之间的共建共享。实现决策基础数据资源管理数字化、可视化。通过整合 GIS 技术，将地图元素和地下空间信息融入到管理体系中，以三维的形式展现，实现城市决策信息资源的数字化和可视化，提高了决策的科学性和合理性。提高政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力。突发应急事故发生后，政府可在第一时间了解灾害发生地周边管线分布情况，高效调用相关资源，迅速完成应急处置，使产生的危害降到最低程度。提高基础数据管理水平。既可以查阅局部地区管线的各种细节，又可浏览区域管线的宏观分布；既可研究单种管线情况，又可了解各种管线的整体分布关系；既可用以指导工程施工，又可用来做新区
12、规划或管线设计，使管理工作得心应手。表 2.目前做城市三维地下管线管理系统的企业技术情况表企业 产品名称 技术情况同飞科技 供水管网 GIS系统1.提供管线设施批量录入更新工具，与 CAD 无缝衔接，竣工管线信息容易更新到 GIS 系统中，数据更新便捷；2.设计管理一体化，系统可以实时读入各种来源的背景数据进行辅助管理决策，无缝共享现有的各种来源图形数据，从而省去大量的数5据转换工作；3.基于 WEBGIS 的信息共享，管网和设备信息在公司内部网上发布，公司的管网设计、管网运行、管网工程、客户服务等部门可以通过浏览器共享公司的管网及地图信息。众智科技 城市地下三维管线管理系统技术优势：1.管网
13、自动建模；2.三维管网编辑与维护；3.三维管网扑拓分析；4. 丰富、规范的管件模型库；5.业务数据整合方便快捷；6.地上地下全景三维模拟；7.可为客户特别定制管道协同设计图层标准、管道计算、管道规格库、管道标注形式、材料表格式、图例表格式、图纸目录格式以及综合管线表示方式等各项功能的升级开发。武汉中仪物联技术有限公司地下管网三维GIS 管理技术成果：1.地下管网信息浏览，实现管网信息化建设；2.与排水管道内部检测结果结合，实现管网信息一目了然；3.生成管道缺陷分布地图实现数字化管理；4.管道检测，维护及修复成果随时报告自动生成，便于基础资料的收集，查阅及存档。冠图科技 三维管线信息系统技术功能
14、：1.浏览显示：飞行模式、步行模式、地下浏览等；2.综合查询：属性查询、区域查询、编号查询、设备查询、管径查询、材质查询、复合查询、关联查询；3.分析模型：管径分析、覆土分析、横向截面、纵向截面、焊管分析、连通分析；4.汇总统计：管径分段统计、埋深分析统计、分类统计；5.编辑：开挖功能、创建新管线、附属物编辑；6.信息标注：信息标注、标注管理；7.测量计算：水平上、垂直、空间距离测量、地面距离测量；鸿业科技 鸿业三维智能管线设计系统1.将检查井、管道、阀门等转化为真实的三维形式，在三维基础上可以针对具体情况进一步细化设计，也可以直接绘制三维管线。2.与鸿业三维道路软件路立得、鸿业三维总图软件设
15、计成果合成，由软件自带的三维查看和发布功能形成 exe 格式自执行三维查看和录制 AVI 格式三维漫游文件。道路等可根据情况设置透明度，更好检查管线与地下构筑物、桥墩等的碰撞情况。3.地形图三维展示，并可进行标高检查处理，方便直观进行错误甄别，地形存储采用 CAD 图形与外部数据库相结合的方式，解决了大型地形图三维化导致运行速度变慢的问题。泰瑞数创科技有限公司SkylineGlobe系统即三维空间地真的三维数字地球场景和基于自身业务的可视化管理系统实现了覆盖“上游影像处理、中游二三维展示分析、下游具体业务应用与共享”三维空间地理信息产业链的技术产品支撑。6Esri 中国信息技术有限公司管网管理
16、三维GIS 技术技术应用：1.地表三维可视化分析，对生成的三维场景进行交互式透视观察，包括平移和缩放、旋转、倾斜，以及模拟飞行，实现从多个观点观察一个表面的影像效果；2.地下三维可视化分析，可在二维地图上选择任意管网段，自动生成管段的可任意旋转的三维图形。同时显示其纵断面、横断面以及自动标注管段的相关属性；3.二维与三维联动展示分析，解决了传统的将二维与三维管网数据独立显示的弊端。它支持在一个系统界面中同时展示管网的二维矢量和三维模型数据，并且支持两者的地图漫游操作。同时也实现了两者的数据查询；4.二维与三维联动编辑功能，可根据二维数据的变更实时更新其对应的三维数据；北京睿城传奇科技有限公司地下管线三维地理信息系统技术功能：1.管线统计，可实现对管径、深埋、特征、附属物、材质、建设年代、废气时间等进行分段、分类统计；2.管线查询，系统可提供三维管线的属性查询、管线查询、特征查询、附属物查询、废弃查询、缓冲区查询；3.管线标注，支持对三维管线进行标高、管直、
