CN101710353A - 基于三维虚拟城市的地下管网布设方法 - Google Patents

Abstract

一种基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，包括：对遥感影像数据、数字高程模型数据、三维建筑模型数据进行预处理，构建三维虚拟城市系统；在三维虚拟城市系统中实现基于管点数据、管井数据、二维管线数据的地下三维管网模型生成与管理；根据地下三维管网模型，选定需要管网的起止点，生成多种管网布设方案；根据相关规范及标准，对管网布设方案进行碰撞处理，搜索管网周围设施以及分析管网布设影响因素；根据管网布设影响因素进行优化分析，得出适合地下管网布设的优化方案，并将结果在三维虚拟城市系统中进行管理展示。构建三维虚拟城市，通过动态建模、多种管网布设方案生成优化，实现了布设管网有据可依，为城市地下资源和管线规划提供支持。

Description

基于三维虚拟城市的地下管网布设方法

【技术领域】

本发明涉及一种地下管网布设方法，特别是涉及一种基于三维虚拟城市的地下管网布设方法。

【背景技术】

城市地下管网担负着信息传输、能源输送及给水排水等任务，是城市发展的基础，因此被誉为城市的生命线。然而，随着城市的迅速发展，城市的物质流和能量流逐渐增加，使得城市地下管线空间分布越来越狭窄，探讨地下三维管网布设优化方法，为城市地下资源管理、管线规划和城市规划建设提供辅助决策，具有重要意义。

因此，如何实现地下空间资源的布局更优管理，通过空间分析方法将管网布设、管网分析与其相关规划规范及原则、管网属性、管网间相互关系等联系起来，根据实际需求进行城市地下三维管网布设优化方案，满足日益庞大的城市地下资源相关规划需求，减少事故的发生，是目前地下管网布设所面临的一大难题。

传统的地下专业管网采用人工方式，管理效率低下，难以动态管理地下管网，容易在狭窄的空间导致管线事故的发生。此外，传统的地下管网管理都建立在二维的基础上，不能直观地展示管线的分布和管段的相互位置。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够直观展示管线分布和管段相互位置的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法。

一种基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，包括：对遥感影像数据、数字高程模型数据、三维建筑模型数据进行预处理，构建三维虚拟城市系统；在三维虚拟城市系统实现基于管点数据、管井数据、二维管线数据的地下三维管网模型生成与管理；根据所述地下三维管网模型，选定需要布设管网的起止点，生成多种管网布设方案；根据相关规范及标准，对所述管网布设方案进行缓冲区碰撞处理分析，搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素；根据所述管网布设影响因素进行优化分析，得出适合于地下管网布设的优化方案，并将结果在三维虚拟城市系统中进行管理展示。

优选的，所述对遥感影像数据、数字高程模型数据、三维建筑模型数据进行预处理，构建三维虚拟城市系统包括：对遥感影像数据和数字高程模型数据进行数据融合处理；将融合后的数据导入到三维虚拟城市系统中；以模型文件的形式批量输出三维建筑模型数据，并进行相应的模型转换；将三维建筑模型批量导入到三维虚拟城市系统中。

优选的，所述在三维虚拟城市系统实现基于管点数据、管井数据、二维管线数据的地下三维管网模型生成与管理包括：参考行业标准，完成编码方案及数据库设计，将管点数据、管井数据、二维管线数据导入到数据库中；对管点数据、管井数据、管线数据进行三维动态可视化。

优选的，所述生成管网布设方案是根据已有的道路网，利用空间分析的网络分析，自动生成几种管网布设方法。

优选的，所述根据相关规范及标准，对所述管网布设方案进行碰撞处理，搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素是运用缓冲区空间分析对三维空间下的三维管线进行碰撞分析处理。

优选的，所述搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素包括：依据水平、垂直净距离影响因素，对管网之间、管网与建筑物之间、管网与设施之间进行分析，统计出布设管线与周围管线、建筑物及设施之间的水平、垂直净距；与相关规范和标准进行比较，判断是否符合国家规范和标准，如果符合，则此方案合理；如果不符合，则动态调整布设管网位置。

优选的，所述搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素还包括：结合已有的预留管道对其充分利用。

上述构建基于三维虚拟城市的空间分析平台中，通过各类数据的融合处理及地下三维管网的动态建模，实现了在布设管网时有据可依，为进行城市地下资源规划、城市管线规划、城市规划建设等提供决策支持。

此外，构建基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，充分利用了地理底图信息和管网空间数据，构筑三维空间视图，直观展示地面建筑物信息、管段相互位置及地下管网优化分析，方便快捷地查看管网的连接和交叉情况，以充分利用城市越来越狭窄的地下管线空间。

【附图说明】

图1是基于三维虚拟城市的地下管网布设方法的流程图。

【具体实施方式】

图1示出了一个基于三维虚拟城市的地下管网布设方法流程图。具体过程如下：

步骤S100，对遥感影像数据、数字高程模型数据(Digital Elevation Model，简称“DEM”)、三维建筑模型数据进行预处理，构建三维虚拟城市系统。

首先，应当对遥感影像数据、数字高程模型数据、三维建筑模型数据进行预处理。该处理过程包括对遥感影像数据和DEM数据进行数据融合处理，并将融合后的数据导入到三维虚拟城市系统中；再以模型文件的形式批量输出三维建筑模型数据，通过软件进行相应的模型转换，至此预处理完毕。然后将三维建筑模型批量导入到三维虚拟城市系统中，并修改相应的参数，使三维建筑模型与遥感影像图一一对应。

步骤S120，根据所述三维虚拟城市系统中的数据，实现基于管点(管道接头、阀门、三通、四通)数据、管井数据、二维管线数据的地下三维管网模型生成与管理。

首先，应当参考行业标准，完成编码方案及数据库设计，将管点数据、管井数据、二维管线数据导入到数据库中。而在编码方案和数据库的构建中，地下管网数据主要有管点和管线。管点是指特征点(如管道接头、三通、四通等)或者附属物点(如阀门等)。管线是由管点按一定的连接方式构成的线，代表实地管线的走向。管井主要用于施工建设时布设，方便相关技术人员对地下管线进行维修处理。

其次，还应对管点数据、管井数据、管线数据进行三维动态可视化。三维动态可视化能够将各类管网间的空间位置关系直观形象的表达，方便快捷地查看管网的连接和交叉情况，把其中的复杂关系呈现给城市规划部门及施工单位的技术人员，进一步提高系统的人机交互性。

步骤S140，根据所述地下三维管网模型，选定需要布设管网的起止点，生成管网布设方案。

设定需要布设管网的起止点，根据已有的道路网，利用空间分析的网络分析，自动生成几种管网布设方法。

空间分析特有的对地理空间隐含信息的提取、表现和传输功能，成为地下管网系统优化所使用的重要技术手段之一。空间分析主要用于对地下管网进行基础分析，统计出一些必要的信息，对空间管网数据进行深层次的挖掘和利用，探讨地下管网布设优化方法并进行规划及辅助决策，实现对城市地下管网的数字化、科学化管理，为城市管理部门提供有效的资源管理方案。

网络分析是对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型优化过程，通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，实现对网络结构及其资源等的优化问题。

步骤S160，根据相关规范及标准，对所述管网布设方案进行碰撞处理，搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素。

首先，根据相关规范及标准，如城市工程管线综合规划规范等，对布设在周围的管网进行碰撞分析，并搜索管网周围的建筑物及设施，包括管网之间、管网与建筑物之间、管网与设施之间，运用缓冲区空间分析对三维空间下的三维管线进行碰撞分析处理。

缓冲区空间分析是根据给定的距离在点、线、面实体周围自动建立一定宽度的区域范围的分析方法。通过缓冲区分析，可自动建立它们周围一定距离的带状区，来识别这些实体对邻近对象的辐射范围或影响程度，此分析主要是以三维空间下的管点或者管线为基础进行缓冲区分析，识别出缓冲范围内的建筑物及设施，并以统计结果的方式输出。

其次，依据水平、垂直净距离影响因素，对管网之间、管网与建筑物之间、管网与设施之间的水平、垂直净距进行分析，统计出布设管线与周围管线、建筑物及设施之间的水平、垂直净距，并与相关规范和标准进行比较，判断是否符合规范和标准，如果不符合，则此方案不合理，则动态地调整布设管网位置，避免其它管线、建筑物及设施挖坏或挖断事故的发生。

最后，还应结合已有的预留管道对其充分利用。在管网中可能有预留管道，可以充分利用已有的预留管道，提倡节约资源，合理安排地下资源管理。

步骤S180，根据所述管网布设影响因素进行优化分析，提出适合于地下管网布设的优化方案，并将分析结果在三维虚拟城市系统中管理、展示。

根据管网之间、管网与设施之间的水平、垂直净距分析以及布设过程中所考虑的因素进行管网布设优化分析，提出适合于地下管网布设的优化方案，并将优化结果在三维虚拟城市系统中管理与展示。

城市地下管网层次复杂，因而在三维系统中显示可以使管网优化系统的直观性和可操作性得到大大的改观，使本来在二维错综复杂的管网层次感变得更加清晰明了，方便管网布设优化方案的设计。将分析结果应用到城市地下资源管理、管线规划、施工规划、城市规划建设应用中，并根据上述分析结果实现以地下管网布设优化特征为基础的综合信息挖掘，为城市各管理部门进行决策分析提供支持。

上述构建基于三维虚拟城市的空间分析平台中，通过各类数据的融合处理及地下三维管网的动态建模，实现了在布设管网时有据可依，为进行城市地下资源规划、城市管线规划、城市规划建设等提供决策支持。此外，构建基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，充分利用了地理底图信息和管网空间数据，构筑三维空间视图，可方便快捷地展示地面建筑物信息、管段相互位置及地下管网优化分析，方便快捷地查看管网的连接和交叉情况，以充分利用城市越来越狭窄的地下管线空间。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，包括：

对遥感影像数据、数字高程模型数据、三维建筑模型数据进行预处理，构建三维虚拟城市系统；

在三维虚拟城市系统实现基于管点数据、管井数据、二维管线数据的地下三维管网模型生成与管理；

根据所述地下三维管网模型，选定需要布设管网的起止点，生成多种管网布设方案；

根据相关规范及标准，对所述管网布设方案进行缓冲区碰撞处理分析，搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素；

根据所述管网布设影响因素进行优化分析，得出适合于地下管网布设的优化方案，并将结果在三维虚拟城市系统中进行管理展示。

2.根据权利要求1所述的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，所述对遥感影像数据、数字高程模型数据、三维建筑模型数据进行预处理，构建三维虚拟城市系统包括：

对遥感影像数据和数字高程模型数据进行数据融合处理；

将融合后的数据导入到三维虚拟城市系统中；

以模型文件的形式批量输出三维建筑模型数据，并进行相应的模型转换；

将三维建筑模型批量导入到三维虚拟城市系统中。

3.根据权利要求1所述的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，所述在三维虚拟城市系统实现基于管点数据、管井数据、二维管线数据的地下三维管网模型生成与管理包括：

参考行业标准，完成编码方案及数据库设计，将管点数据、管井数据、二维管线数据导入到数据库中；

对管点数据、管井数据、管线数据进行三维动态可视化。

4.根据权利要求1所述的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，所述生成管网布设方案是根据已有的道路网，利用空间分析的网络分析，自动生成几种管网布设方法。

5.根据权利要求1所述的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，所述根据相关规范及标准，对所述管网布设方案进行碰撞处理，搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素是运用缓冲区空间分析对三维空间下的三维管线进行碰撞分析处理。

6.根据权利要求1所述的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，所述搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素包括：

依据水平、垂直净距离影响因素，对管网之间、管网与建筑物之间、管网与设施之间进行分析，统计出布设管线与周围管线、建筑物及设施之间的水平、垂直净距；

与相关规范和标准进行比较，判断是否符合国家规范和标准，如果符合，则此方案合理；如果不符合，则动态调整布设管网位置。

7.根据权利要求6所述的基于三维虚拟城市的地下管网布设方法，其特征在于，所述搜索管网周围的设施以及分析管网布设影响因素还包括：

结合已有的预留管道对其充分利用。