浅谈城市三维地下管线数据建库建模

陈 勇，王明洋，张 云，李 胜，应国伟

(国家测绘地理信息局地下管线勘测工程院，四川成都610050)

三维地下管线是“数字城市”不可或缺的部分，三维地下管线数据库是“数字城市”建设的重要基础数据。为建立高标准、高精度的三维地下管线数据库，从管线探测、数据采集、数据库设计、三维模型制作到数据入库，必须严格按照《城市地下管线探测技术规程》等规程规定进行作业，同时紧密结合三维管线的特点进行细致、科学、全面的技术改进，革新传统地下管线数据建库工艺，准确、完整、科学地记录地下管线及其附属设施的三维地理信息、三维构造、管线走向变化和其他相关属性信息，为三维管线的精确表达做好数据准备。

一、国内三维地下管线的数据现状

目前，国内没有成型的三维管线数据采集标准，也没有成型的三维管线数据库标准。国内的三维地下管线数据获取方法可主要分为两类:①直接将以前的二维管线数据转成三维管线数据;②采用新的方法进行管线数据采集和建库。

对于第1种方法，由于传统的二维管线数据在管点采集密度上达不到三维管线的要求，且缺少管线附属物相关信息，无法正确记录和表达管线及其附属物的三维空间信息和相对位置信息，是不可取的三维管线数据采集办法。

对于第2种办法，很多作业员在数据探测或采集时不清楚设置管点的重要位置和关键位置，也无法正确把握管点设置的密度，会导致采集的数据无法表达三维管线的某些关键的走向变化;有的项目设计者不清楚要采集管线附属物的哪些信息，导致最后的管线附属物呈假三维形态，脱离了三维管线建设的目标。

管线数据采集手法不科学、管线附属设施信息采集不完备是当前国内三维管线建设项目存在的普遍问题。

二、三维地下管线的数据采集

为建立全面、准确的三维地下管线数据库，必须做好三维地下管线数据采集工作，严格控制数据采集质量，全面采集三维管线及其附属物的相关信息。

地下管线的走向不是一条直线，在平面上有走向变化，同时在垂直面上也有走向变化。在进行三维管线数据采集时，必须科学设置管点采集密度才能保证正确记录管线在平面上的走向变化，必须对同一垂直面(近似垂直面)上的管段采集两个(大于两个)管点才能保证正确记录管线在垂直面上的走向变化，确保不会出现漏走向、漏管段的现象。

为全面建立三维地下管网系统，管线附属物及建(构)筑物的三维化是不可缺少的部分。在进行管线信息采集时，必须对管线附属物及建(构)筑物的三维空间信息及材质、尺寸等信息进行全面采集。

三维地下管线数据采集要点:

1)管线数据采集时，采取连续追踪方式进行，并适当加密直线段上的管线点，确保管线走向正确。

2)管线相对于地面垂直(近似垂直)时，需设置两个管线点，埋深分别取最高和最低处的埋深，确保完整、准确记录关键管段走向。

3)针对管线附属物和建(构)筑物，除采集其空间位置信息外，还应采集其材质、井深、直径或长宽等信息。

4)外形和结构相同，但大小不同的附属物或建(构)筑物属同一类，同一类的附属物或建(构)筑物的照片信息只采集一次，材质和尺寸信息必须每次都要采集。

三、三维地下管线数据库组织

表达三维地下管线需要两类数据，即属性信息数据和模型数据，故三维地下管线数据库包括两类库:管线数据库和模型文件库。

三维地下管线数据库结构如图1所示，三维地下管线数据库总库由“管线数据库”和“模型文件库”两个子库构成。“管线数据库”按管线类别进行分类存储，如给水、污水、供电、燃气等，每类管线数据库下存储“管线”和“管点”数据表，“管线”和“管点”数据表中存储有模型标识信息、地理信息、尺寸信息及其他相关信息。“模型文件库”下有“管道模型”、“管件模型”和“附属物模型”3个子模型文件库，每种子模型文件库中的模型都是唯一的，此处“唯一”由结构、形状、颜色确定。

图1 三维地下管线数据库组织示意图

四、三维地下管线数据库建库

1.建库原则

三维地下管线数据库建库严格执行以下原则:科学、完整、通用、先进。

只有建立科学、完整的数据库才能有效表达三维管线;只有通用性良好的数据库才能普遍适用于当前不同形式的管线数据;只有先进的数据库才能应用于未来可变的管线数据形式。

三维地下管线数据库的组织严格按照图1所示进行，建立一个三维地下管线数据库总库，总库下面建立管线数据库和模型文件库两个子库。

2.管线数据库建库

为保证管线数据的通用性和易用性，管线数据库宜采用Microsoft Access 2000及以上版本，数据库格式为MDB格式。管线数据库下按管线种类分别建管线数据表和管点数据表。

(1)管线数据表

为准确表达管线的三维构造和走向，管线数据表必须具备如表1所示的字段及信息。根据实际需要，管线数据表一般还包括权属单位、材质、道路名称、录入日期、电压、压力、流向、建设年代、是否废弃等字段及信息。

表1 管线数据表必备字段

(2)管点数据表

为配合管线数据表准确表达三维管线，且完整记录和表达三维附属物，管点数据表必须具备如表2所示的字段及信息。根据实际需要，管点数据表一般还包括道路名称、信号源等字段及信息。

表2 管点数据表必备字段

3.模型文件库建库

模型文件库下分别建立管道模型文件库、管件模型文件库和附属物模型文件库3个模型文件子库。采用通用的三维建模软件进行建模，存储格式为通用三维展示平台所支持的格式。

(1)管道模型文件库

管道模型首先按照管线类别进行1级分类，如给水管线;1级分类下面根据管道断面的形状进行2级分类，包括圆形管道和矩形管道。进行三维建模时，管线类别相同的管道严格按照国家和行业相关标准及规定给模型渲染正确的材质和颜色。

(2)管件模型文件库

管件模型首先按照管线类别进行1级分类，如给水管件;1级分类下面根据管件断面的形状进行2级分类，包括圆形管件和矩形管件。进行三维建模时，管线类别相同的管件严格按照国家和行业相关标准及规定给模型渲染正确的材质和颜色。

(3)附属物模型文件库

附属物模型首先按照管线类别进行1级分类，如电信附属物;1级分类下面按照附属物类别进行2级分类，如分为井、井脖、井室、消防栓、阀门、分线箱等;2级分类下面根据形状和结构进行3级分类，如圆形、方形;3级分类下面根据材质或颜色进行4级分类，对4级分类结果进行三维建模，如灰色的圆形电信井盖。

四、结束语

为准确、真实地表达地下管网系统的三维形态，需要采用科学有效的数据采集方法和建库方法，逐步形成完备、严密的三维地下管线数据建库标准。

略)