[摘 要] 随着地下空间应用的不断深入，二维信息不能准确表达管线之间的空间关系，三 维 空 间 信 息系统更加适合地下空间数据的表达。本文主要论述了二维地下管线数据向地下管网三维场景的快速建立，以及在建立过程中出现的各种问题，经反复实验解决问题，最终实现了地下管网三维场景的快速构建、三维管线浏览、信息查询等功能。
[关键词] 地下管线 三维建模 三维模型 三维地下管线数据
城市地下管网是城市社会经济活动的动脉，随着城市化进程的加速推进，作为城市基础设施重要组成部分的地下管线系统也越来越复杂，地下管线的普查与信息化建设将成为城市管理的一项重点工作。目前，大多数单位通过二维地下空间信息系 统 进 行 地 下 空 间 数 据 的 管 理、分 析。但是随着地下空间应用的不断深入，二维信息不能准确表达管线之间的三维关系，二维系统在地下空间应 用 的 不 足 日 益 凸 显。地下管线的最大特点是隐蔽性 大，空间位置信息的获取较困难，且精度较低;各类管线间的空间关系较为复杂。对于这个纵横交错的巨大网络，我们仅依靠现有的资料及图表，在实际应用中还是有资料精度不高或与现状不符等情况发生，给工作带来困难[5]。如二维图形无法表现管线之间的空间关系，有些管线上下起伏，与地面垂直的一段管线在平面图上只能以一个点与相应注记来表示，视觉效果不直观，所以地下空间信息必然需要用三维方式进行表达，三维技术的成熟进一步推动地下空间信息产业发展。由此可见，三维空间信息系统更加适合地下空间数据的表达。而三维空间信息系统在数据获取、数据模型、数据存储方式、三维可视化表达等方面的成熟技术，可以更好的解决地下空间信息系统应用的实际问题，从而进一步推动地下空间信息系统市场的发展[4]。
地下管线数据是以 CJJ61-2003《城市地下管线探测技术规程》[1]、《北京市地下管线探测技术规程》DB11/T316-2005为主要标准[2]，结合GJJ8-99《城市测量规范》的相关标准和内容形成的一套表示地下管线空间位置、用途、属性、权属关系等的描述参数。
本文论述 了 二 维 地 下 管 线 数 据 向 地 下 管 网三维场景 的 快 速 转 换 建 立。其 中 包 括 二 维 地 下管线数据的 数 据 结 构，三 维 管 网 建 立 的 流 程;以及在转换建立过程中发现问题，经反复实验解决问题，最终实 现 了 三 维 管 网 快 速 构 建、三 维 管 线浏览、信息查询等功能。
1 三维管网快速建模
1.1 二维地下管线数据介绍
目前我们 建 立 的 地 下 管 线 管 理 系 统 是 基 于ArcGIS，其只能表达二维信息。本次我们使用的地下管线数据是shapefile格式，包括七大类管线分别为：电 力、燃 气、热 力、上 水、通 讯、雨 污、工业。各类管线数据按空间特征又分为管线点、管线连接、小室图层[3]。
1.管线中管点数据的数据结构如表1。
2.管线中两管点间的连线数据结构如表2。
3.管线的小室数据只记录小室的空间位置，是管线档案中提供的。
数据转换之前，要先将这几类管线数据按程序所要求的格式整理好，比如文件的命名等。每类管线 数 据 都 按 照 点、连 接、小 室 命 名。如 雨 污管线的各层命名：雨污点、雨污连接、雨污小室。
1.2 运行环境
为确保系统正常运行，系统中应安装 ArcGIS软件、CityMaker+Explorer插件和 Access、SQLServer数据库软件。
1.3 三维管网快速建立
三维管网 快 速 建 立 的 平 台 是 采 用 三 维 管 段自动生成和管点设施精细建模的方式构建三维管网场景。三 维 地 下 管 线 数 据 采 用 三 维 场 景 格式*.scd。每类管 线 包 括 管 段、管 点 设 施 和 小 室三个图层。管段三维模型基于已整理好的、规范的二维管线矢量数据构建，转换程序根据矢量数据中提供属 性 信 息 如 工 程 件 号、管 径、起 止 高 程等信息自 动 生 成 三 维 管 线 场 景。管 线 段 是 靠 管点设置连接的，管点设施(如阀门、三通、井室等)具有相对的统一性，可以使用3dsMax等专业建模工具根据市政管线设施设计规范，对各类管点设施进行精 细 建 模，作 为 统 一 的 三 维 符 号，根 据管点的位置、角 度 构 建 三 维 场 景，使 之 与 管 线 段匹配完好。然 后 通 过 场 景 整 合 工 具 整 合 到 三 维管线模型场景scd文件 中;小室根据二维数据中记录的坐标、高程信息由程序自动构建。
空间参考系：地形管线数据为了实现在三维系统展示并且与地上三维场景叠加，其平面坐标系统 采 用 Beijing1954/3-degree Gauss-KrugerCM117E，高程系统采用统一的、符合国家规定的高程系统。
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在运行数据转换程序之前应建立 SQL 数 据库和 mdb格式 数 据 库。然后开始运行程序进行数据转换。三维管网快速建立流程图见图1：
数据转 换 是 将shape文 件 格 式 转 为 mdb格式。程序处理数据格式为 .shp的点、线表的文件夹后，确定点 表 和 线 表 的 对 应 关 系，给 对 应 的 点表和线表图层命名，设置图层的颜色，提取属性，最后转 换 成 为 mdb 格 式。图 2 为 数 据 转 换 的界面。
模型匹配是为管点类型配置模型，对点表中管点类型与设施库中的模型进行人工匹配，匹配好模型后，修 改 mdb 数 据 中 点 表 的“模 型 号”字段，使得管点 在 三 维 场 景 中 能 够 自 动 加 载。图3为模型匹配的界面。
数据入库是将 mdb数据中点、线的信息和已经匹配的模型信息导入到SQL数据库(三维管网数据库)中。图4为数据入库的界面。
模型大小调整是计算与管线连接管点的旋转角度及缩放比例。
管线三维化是将三维管网数据库(SQL数据库)中的数据自动创建三维模型并发布文件格式.scd。在模型创建过程中管线连接处可以自动平滑处理。图5为管网场景生成界面。
在三维管网数据发布后，形成了地下管网三维信息系统，系 统 实 现 了 三 维 管 线 浏 览、信 息 查询等功能。如图6，我们发现了一些问题。
2 发现问题与解决
1.由于管线有七大类，所以不同的管线类型就有不同的规则。例如上水和工业管线，所有管线起止点高 程 都 是 顶 高，而 燃 气 和 热 力 管 线，圆管的起止点高程指管顶高程，方沟的起止点高程指管底高 程。还 有 雨 污 管 线 的 所 有 起 止 点 高 程都是底高等等。解决方法：在程序设计时应该考虑到上述问题，管线的高程不能全部定成顶高或底高，要根据各类管线的特点分别制定。
2.在程序运行中需要提供地上场景时，因管线的管点设施要获取地面的高程，如地上场景提供元素过 多 高 程 会 获 取 错 误。如 管 线 场 景 中 井面的高度会不合理，高出地面或与绿地高度相同等等。解决方法：提供地上场景时地面数据中元素越少越好，最好不要有绿化、附属设施等。
3.管线数据中出现管线与地面穿插，部分管线悬浮于地面之上的情况，这也是多种原因造成的，(1)管 线 数 据 有 可 能 有 误 差，造 成 误 差 的 原因：a.由于外业测不到 b.一些管线直接上杆，此点的高程为地面高程等。(2)在三维建模过程中是先做路网 的 模 型，路网模型的高程是按照cad图提供的 高 程 制 作 的。然后再做地面模型和建筑模型，地面建模时是按路网将地面填充进去，地面的底高是人为挑选的，底高的挑选一般是以道路来划分，要求挑选的每块块内高差为0.5米，块与块之间高 差 为0.5米，如 块 内 高 差 大 于0.5米，可将此块再进行划分，直 到 满 足 要 求 为 止。如遇起伏较 大 的 地 区，高 差 较 大，怎 么 都 不 能 满足要求，则需根据照片实际制作。现在还有部分地面问题没得到更好的解决，因为它必定是虚拟现实的场景。
4.个别管线 密 集 地 段，管线敷设情况复杂，相互之间有并行、交叉、上下分层等多种情况，如同一个超 大 规 模 的 地 下 迷 宫。由于现有探测设备和探测技术的缺陷，不能有效的弄清楚管线的走向和连接 关 系，因 此 没 有 完 整、准 确 的 竣 工 数据，以至造成管线数据也不能很准确。解决方法待再次测量后再将数据入库。
3 结论
地下管网 三 维 场 景 的 快 速 构 建 实 现 了 对 地下管线、地下构筑物的可视化展示。三维场景的建立对管线 的 设 计、施 工 及 城 市 规 划、管 理 中 各种地下空间数据的管理和分析提供了数据支撑和依据。因此，地下管网三维场景的建立具有广阔的应用前景，研究工作还有待进一步深入。——论文作者：张 军1，2
参考文献
[1]CJJ61-2003.城市地下管线探测技术规程[S].北 京：中国建筑工业出版社，2003.
[2]DB11/T316-2005.北京市地下管线探测技术规程[S].北京：北京市质量技术监督局，2005.
[3]杨伯刚，龙家恒，刘 志 祥 .北 京 市 综 合 管 网 信 息 系 统的建立[J].北京测绘，2004(2)：4-7.
[4]任海军，文俊浩，徐 玲 .一种三维数字城市的构建和实现方法[J].重庆大学学报，2006，29(3)：101-104.
[5]陈靓，赵冬玲 .三维可视化地理信息系统在校园地下管线管理中的应用综述[J]..北 京 测 绘，2006(1)：42-46
