CN104700453A

CN104700453A - 一种基于gis生成电缆管网三维模型的方法

Info

Publication number: CN104700453A
Application number: CN201510138544.9A
Authority: CN
Inventors: 李乾; 徐亚兵; 杨博超; 王立军; 邢昆; 钱恒建; 王彦龙; 王国成; 谷丰; 张霞
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Shijiazhuang Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Shijiazhuang Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-06-10

Abstract

本发明公开了一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法，包括获取电缆管网的起点位置和终点位置范围内的GIS底图的步骤；根据电缆管网的起点位置和终点位置的坐标并在GIS底图上标定的步骤；根据GIS底图信息，对两点或多点之间的电缆管网，按照生成准则，生成隧道路径的步骤；根据实际情况对所述隧道路径进行手动微调的步骤；在隧道路径生成后，选取并确认管网要素，生成三维管网模型的步骤；本发明定位方便，不存在模型空间取向问题；本发明操作简单，仅需通过选取坐标点即可生成模型；本发明按照生成准则生成管网，实现模型生成自动化。

Description

一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法

技术领域

本发明属于城市电缆管网三维可视化技术领域，涉及一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法。

背景技术

电缆管网入地是近年来城市改造的重要内容之一，地下电缆管网的普及，美化了城市环境，节约城市宝贵用地，还有利于降低高压电缆对生命安全的不利影响。但电缆管网入地也带来管理难题，随着管线日益增度，如何借助信息化方法管理电缆管网成为供电公司迫切需要解决的问题。目前各供电公司均采用二维CAD图纸对管网进行备案和管理。

随着地理信息技术（GIS）和三维建模技术的发展，基于地理信息的三维图像呈现给管网的管理带来极大的直观性和便利性。同济大学提出了一种将虚拟现实应用在高速公路隧道及隧道群运行环境视景仿真(CN102779357A)；上海创图网络科技发展有限公司提出一种城市地下管网模型的自动化生成方法（CN201210516410A），该方法可以根据矢量、属性、附属数据等实现三维自动生成；但上述方法中，并没有结合地理信息技术。山东康威通信技术股份有限公司公开了一种电力隧道环境的三维模型库建立方法(CN103617646A)，可以高效地使用三维模型库，来快速创建隧道内部的三维场景设施；中国铁道科学研究院电子计算技术研究所 (CN103064998A)和中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司（CN201110340541A）也都在各自领域提出工程三维虚拟场景搭建方法。但上述方法中，GIS信息仅用于模型展示，没有参与到建模过程本身，而是通过模型建立好后，将坐标等信息结合到地图层，该方法还存在空间朝向的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在GIS引擎的基础之上，通过点选路径点，配合管网生成策略，自动生成电缆管网三维模型的方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法，包括如下步骤：

（一）获取电缆管网的起点位置和终点位置范围内的GIS底图；

（二）根据电缆管网的起点位置和终点位置的坐标，在GIS底图上标定；

（三）根据GIS底图信息，对两点或多点之间的电缆管网，按照生成准则，生成隧道路径；

所述生成准则为：（1）城市电缆管网需要避开建筑物，沿道路并行；（2）依据GIS底图上若有维修工井标记，则隧道路径需要穿越工井；（3）如果隧道路径长度为限定值，则需要在众多隧道路径中选取长度与所述限定值最接近的一条隧道路径；

（四）根据实际情况对所述隧道路径进行手动微调；

（五）所述隧道路径生成后，选取并确认管网要素，生成三维管网模型；

所述管网要素包括管网类型、管网埋深、管网截面图形、管网材质类型、电缆电压等级、电缆回路数量和支架分布规则。

所述步骤（二）中的电缆管网的起点位置和终点位置的坐标的输入方式为手动添加经纬度，或手动在GIS底图上点选，或通过文件批量导入。

所述步骤（四）中的手动微调为拖拽路径曲线，或修改某一点的坐标。

所述管网类型为隧道、埋管或沟道。

本发明的有益效果是：

（1）本发明定位方便，不存在模型空间取向问题；

（2）操作简单，仅需通过选取坐标点即可生成模型；

（3）按照生成准则生成管网，实现模型生成自动化。

附图说明

图1为本发明的处理流程图。

图2为管网路径生成策略示意图。

在图2中，1——路径1；2——路径2。

具体实施方式

实施例1：

由图1-2所示可知，本实施例的实施方案步骤如下：

步骤一：获取该电缆隧道起点和终点位置范围内的GIS底图数据；

步骤二：根据电缆管网的起始和终止坐标，在GIS底图上标定；手动输入电缆隧道的起始和终止坐标，即经纬度的值；也可以在GIS底图上位置点选确认，或是通过文件导入；

步骤三：根据GIS底图信息，按照一定的生成策略和准则，生成隧道路径；如图2所示，两点之间将按照一定的策略和准则生成隧道路径，例如隧道需要避开建筑物，因此存在两条路径1和路径2，路径1的长度为L ₁+L ₂，路径2的长度为L ₃+L ₄+L ₅。同时输入隧道路径长度的限定值，假设路径1比路径2更贴近设定值，则系统自动选取路径1为隧道路径。反之，则选取路径2。此外，如果路径2上存在工井，则也自动选择路径2为生成隧道路径。

步骤四：隧道路径根据实际情况手动微调；自动生成的路径有可能与实际位置有差距，例如位于道路的不同侧方向，因此需要手动拖拽路径曲线进行微调；

步骤五：确认隧道路径后，选取并确认管网相关素材生成三维管网模型；隧道路径确认后，将沿该路径生成隧道。隧道的生成需要设置如下参数，如管网埋深、管网截面图形、管网表面材质，同时还需要设置电缆隧道内部电缆电压等级、电缆回路数量、架设方式、支架分布规则等。

完成上述步骤后，一条电缆隧道的三维模型即完成。

所述步骤二中，电缆管网的起始和终止坐标可以用多种方式输入。例如：手动添加经纬度，手动在GIS底图上点选，通过文件批量导入（如Excel）等。

所述步骤三中，对两点或多点之间的电缆管网生成需要遵循一定的策略和准则进行隧道路径生成。例如：城市电缆管网需要避开建筑物，通常沿道路并行；也可以依据GIS底图上特定标记，如GIS底图上有维修工井，隧道需要穿越工井；如果限制隧道长度，则需要在众多路径中选取距离最合适的一条；此外还有坡段、湖泊等地形的限制因素。

所述步骤四中，隧道路径还可根据实际情况进行手动微调。微调过程既可以拖拽路径曲线，也可以修改某一点的坐标。

所述步骤五中，隧道路径确认后，需要进行管网生成的准备工作。包括管网类型（如隧道、埋管、沟道等）、管网埋深、管网截面图形、管网材质类型等，以及管网内部要素，包括电缆电压等级、电缆回路数量、支架分布规则等。系统将依据上述信息生成三维管网模型。

实施例2：

本实施例选用易于使用的 3D 设计软件 Google SketchUp来完成系统的三维建模工作，选用浏览性能优异、地图资源丰富的 Google Earth作为管网系统的 GIS 基础平台。

物体的三维模型构建完成后，需要以某种类型的文件将物体的三维模型数据存储起来。KML 文件是 Google 公司支持的一种用来描述、保存和显示各种空间信息的文件格式。Google Earth 和 SketchUp 都支持这种三维模型数据存储文件格式。由于KML文件还是一种采用XML文件的语法格式和文件结构的纯文本文件，非常适用于系统生成、更新其中的数据信息，因此对于选用 SketchUp 和 Google Earth 来开发的管网系统而言，KML 是最佳的三维模型数据存储文件类型。

结合对管网系统的功能需求，设定管网系统的管线、管网节点的数据结构如表 1、表 2所示。需要说明的是，这种管网数据结构设计是存在一定的数据冗余问题的，但为了便于数据查询和管网模型的自动生成，本实施例还是采用了这种数据结构设计。

表1管线的数据结构表：

表2管网节点的数据结构表：

根据表 1、表 2 所示的管网数据结构表完成管网（管线和管网节点）的数据采集后，三维 GIS管网系统能够利用这些管网数据生成 KML 文件，从而通过 SketchUp平台完成管网的三维建模，进而导入 GIS 操作平台形成三维 GIS 管网数据。由于管网是由管线和管网节点相连而构成的网络，因此对于如何生成存储三维模型数据的KML 文件，有基于管网数据和管网节点数据这两种管网三维建模实现方法。

在管网数据缺漏不全的情况下，为了更便捷地完成管网的三维建模任务，可基于管网节点数据的管网三维建模方法，具体为：①整理管网图纸，并将图纸分为油管、气管、水管等类型；②分析某种类型管网图纸的管网节点，并按表2所示的数据结构表采集所设定管网节点的相关数据；③根据表2中相连节点数据项的内容（与此节点有管线连接的其他节点的数据记录），按表3 所示的数据结构表采集相关数据；④根据管网节点数据，按节点类型将管网节点制作成三维模型符号；⑤结合三维模型符号，根据节点类型、节点符号坐标（X，Y，Z）、节点符号绕轴转角（x，y，z）、埋设类型、地面高程、埋深、节点符号形状参数、附属物参数、材质等管网节点数据生成描述管网节点三维模型的 KML 代码；⑥按表 3 所采集的数据生成描述管线三维模型的 KML 代码；⑦综合步骤⑤和步骤⑥的 KML 代码，按 KML 格式要求生成 KML 文件；⑧用 SketchUp 打开 KML文件，修改完善管网的三维模型。需要注意的是，在应用此方法时，必须确保步骤⑤所列的管网节点三维建模所需数据项和表 3 当前所列数据项的完整性，其他数据项则可根据相关应用来选择。

表3管网节点连接数据结构表

注：表中“连点 1 编号”“管径 1”“材质 1”表示此节点与另一节点（连点 1）相连的管线 A 的相关数据；“材质 1”后的“…”表示还可添加可采集到的管线 A 的其他数据项，其后情况类似。这种方法所需要采集的数据比前一种方法少，有利于减少数据采集和整理的工作量，因而适用于管网数据缺漏不全的情况，但是其所构建的管网模型可能不如前一种精细，有些应用也可能会因为缺少数据而无法实现。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施例的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法，其特征在于包括如下步骤：

（四）根据实际情况对所述隧道路径进行手动微调；

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法，其特征在于：所述步骤（二）中的电缆管网的起点位置和终点位置的坐标的输入方式为手动添加经纬度，或手动在底图上点选，或通过文件批量导入。

3.根据权利要求1或2所述的任何一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法，其特征在于：所述步骤（四）中的手动微调为拖拽路径曲线，或修改某一点的坐标。

4.根据权利要求3所述的一种基于GIS生成电缆管网三维模型的方法，其特征在于：所述管网类型为隧道、埋管或沟道。