CN113704945A - 管网道路的关联分析方法及装置、存储介质、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管网道路的关联分析方法及装置、存储介质、电子设备，其中，该方法包括：获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。通过本发明，解决了相关技术构建的地下管网三维模型渲染效率低，地下管网模型查询速度慢，分析效果差的技术问题。

Description

管网道路的关联分析方法及装置、存储介质、电子设备

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体而言，涉及一种管网道路的关联分析方法及装置、存储介质、电子设备。

背景技术

相关技术中，城市的建设不仅在向高空方向延伸，也在向地下方向发展。地下管网是最重要的城市地下设施之一，近年来城市化建设的不断加快，地下管网建设更新频率大大增加，使得地下管网具有类型繁多、范围广泛、布局复杂和变化速度快等特点。同时，地下管网设施普遍具有沿着道路狭长线状分布的特性，其分布范围为路面下一定的空间地理范围。传统的国土资源数据通常将道路和地下管网数据分别单独存储，这样可以实现不同数据的分类管理，分类单独存储情况下很难实现道路位置的管网快速查询分析。

相关技术中，当前三维地下管网的分析方法具有以下缺点：（1）地下管网模型数据量大、渲染效率低。当前的城市大范围地下管网模型通常基于手工建模或自动建模完成，每个管道模型包括若干几何网格和纹理贴图。一条道路下通常包括几十上百根管道，这样导致模型数据量庞大、渲染效率低。（2）地下管网分析效率低，为了查询当前道路下的地下管网需要遍历大量的管网模型，查询效率较低查询速度慢。（3）地下管网和道路关联性差，用户很难获取到地下管网和道路的地理空间分布关系，效果较差。

针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种管网道路的关联分析方法及装置、存储介质、电子设备。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种管网道路的关联分析方法，包括：获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

进一步，基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模包括：从所述矢量地下管线数据或所述管点数据中获取管道的第一实例化参数，接头的第二实例化参数，附属设施的第三实例化参数；采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型，采用所述第三实例化参数和附属参数模板构建附属设施三维模型；采用所述接头三维模型连接所述管道三维模型，并在所述管道三维模型上部署所述附属设施三维模型，得到第一地下管网三维模型。

进一步，采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型包括：获取标准管道模型的标准半径r和标准长度d，获取目标管道的半径R，起点管线球形坐标和终点管线球形坐标；将所述起点管线球形坐标和终点管线球形坐标分别转换为第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标；根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标，所述r，d和R，计算缩放矩阵，根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标计算旋转矩阵；基于管线中心点坐标，所述缩放矩阵，以及所述旋转矩阵，将所述标准管道模型转换为所述目标管道的管道三维模型。

进一步，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型包括：将目标多通接头分解为多个直管，其中，所述多个直管的数量与所述目标多通接头的通道数量相同；针对所述目标多通接头的每个直管，以多个通道的共同交汇点为起点，沿直管的管线方向以预设长度进行采样得到采样点，并采用所述交汇点到所述采样点的连通段构成所述直管的管段；采用标准管道模型构建所述目标多通接头的多个管段的管段模型，并基于多个管段模型组合得到所述目标多通接头的接头三维模型。

进一步，基于所述道路面的分布对所述地下管网三维模型进行数据组织包括：确定待索引的地形金字塔的层级k；获取所述目标区域的地理坐标区域范围，基于所述地理坐标区域范围计算所述地下管网三维模型与所述k层行列的映射关系，构建所述地下管网三维模型的一级空间索引；根据所述一级空间索引的瓦块范围从所述道路面获取对应的道路线矢量数据；根据所述道路线矢量数据构建所述地下管网三维模型的二级分块索引。

进一步，根据所述道路线矢量数据构建所述地下管网三维模型的二级分块索引包括：从所述道路线矢量数据中获取道路交叉口位置，基于所述道路交叉口位置沿道路设置长宽均为w的第一矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第一矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第一矩形框内对象的外包矩形，并更新第一矩形框的长宽，其中，每个所述第一矩形框对应一个二级瓦块；从所述道路线矢量数据中获取两个交叉口之间的道路长度，基于步长s对所述道路长度进行分段，并在每一段构建长度为s宽度为w的第二矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第二矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第二矩形框内对象的外包矩形，并更新第二矩形框的长宽，其中，每个所述第二矩形框对应一个二级瓦块；其中，所述管网对象包括：管道、接头、附属设施，s为正数，w为正数。

进一步，根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图，包括：以所述道路面的道路中心点为原点，垂直于道路线方向构建道路断面的二维平面坐标系；针对所述第二地下管网三维模型中的每根管道，以管道的断面中心点为断面特征点，将每根管道的断面特征点的地球经纬高坐标转换为基于地球三维笛卡尔坐标系的第一坐标；将所述第一坐标转换为基于所述二维平面坐标系的第二坐标；根据所述第二坐标，以及对应管道的断面数据绘制管道断面，并计算所述管道的净距和离地高程，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图，其中，所述管道断面数据包括以下至少之一：半径，长宽。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种管网道路的关联分析装置，包括：第一构建模块，用于获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；第二构建模块，用于获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；组织模块，用于基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；生成模块，用于根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

进一步，所述第一构建模块包括：获取单元，用于从所述矢量地下管线数据或所述管点数据中获取管道的第一实例化参数，接头的第二实例化参数，附属设施的第三实例化参数；构建单元，用于采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型，采用所述第三实例化参数构建附属设施三维模型；处理单元，用于采用所述接头三维模型连接所述管道三维模型，并在所述管道三维模型上部署所述附属设施三维模型，得到第一地下管网三维模型。

进一步，所述构建单元包括：获取子单元，用于获取标准管道模型的标准半径r和标准长度d，获取目标管道的半径R，起点管线球形坐标和终点管线球形坐标；转换子单元，用于将所述起点管线球形坐标和终点管线球形坐标分别转换为第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标；计算子单元，用于根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标，所述r，d和R，计算缩放矩阵，根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标计算旋转矩阵；转换子单元，用于基于管线中心点坐标，所述缩放矩阵，以及所述旋转矩阵，将所述标准管道模型转换为所述目标管道的管道三维模型。

进一步，所述构建单元包括：分解子单元，用于将目标多通接头分解为多个直管，其中，所述多个直管的数量与所述目标多通接头的通道数量相同；构建子单元，用于针对所述目标多通接头的每个直管，以多个通道的共同交汇点为起点，沿直管的管线方向以预设长度进行采样得到采样点，并采用所述交汇点到所述采样点的连通段构成所述直管的管段；组合子单元，用于采用标准管道模型构建所述目标多通接头的多个管段的管段模型，并基于多个管段模型组合得到所述目标多通接头的接头三维模型。

进一步，所述组织模块包括：确定单元，用于确定待索引的地形金字塔的层级k；第一构建单元，用于获取所述目标区域的地理坐标区域范围，基于所述地理坐标区域范围计算所述地下管网三维模型与所述k层行列的映射关系，构建所述地下管网三维模型的一级空间索引；获取单元，用于根据所述一级空间索引的瓦块范围从所述道路面获取对应的道路线矢量数据；第二构建单元，用于根据所述道路线矢量数据构建所述地下管网三维模型的二级分块索引。

进一步，所述第二构建单元包括：第一构建子单元，用于从所述道路线矢量数据中获取道路交叉口位置，基于所述道路交叉口位置沿道路设置长宽均为w的第一矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第一矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第一矩形框内对象的外包矩形，并更新第一矩形框的长宽，其中，每个所述第一矩形框对应一个二级瓦块；第二构建子单元，用于从所述道路线矢量数据中获取两个交叉口之间的道路长度，基于步长s对所述道路长度进行分段，并在每一段构建长度为s宽度为w的第二矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第二矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第二矩形框内对象的外包矩形，并更新第二矩形框的长宽，其中，每个所述第二矩形框对应一个二级瓦块；其中，所述管网对象包括：管道、接头、附属设施，s为正数，w为正数。

进一步，所述生成模块包括：构建单元，用于以所述道路面的道路中心点为原点，垂直于道路线方向构建道路断面的二维平面坐标系；第一转换单元，用于针对所述第二地下管网三维模型中的每根管道，以管道的断面中心点为断面特征点，将每根管道的断面特征点的地球经纬高坐标转换为基于地球三维笛卡尔坐标系的第一坐标；第二转换单元，用于将所述第一坐标转换为基于所述二维平面坐标系的第二坐标；生成单元，用于根据所述第二坐标，以及对应管道的断面数据绘制管道断面，并计算所述管道的净距和离地高程，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图，其中，所述管道断面数据包括以下至少之一：半径，长宽。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，程序运行时执行上述的步骤。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中：存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于通过运行存储器上所存放的程序来执行上述方法中的步骤。

本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法中的步骤。

通过本发明，获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据矢量地下管线数据和管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；基于道路面的分布对第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；根据目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成第二地下管网三维模型与道路面的关联分析图，基于道路分布进行地下管网数据组织，可以实现对应道路的地下管网快速查询分析，提高分析效率，针对地下管网和道路的断面特征，计算其空间方位关系并生成分析结果，提高了地下管网与道路的空间关联性，解决了相关技术构建的地下管网三维模型渲染效率低，地下管网模型查询速度慢，分析效果差的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种计算机的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的一种管网道路的关联分析方法的流程图；

图3是本发明实施例管道实例化建模的原理图；

图4是本发明实施例管网接头实例化建模原理图；

图5是本发明实施例管网附属设施实例化建模的原理图；

图6是本发明实施例管网道路关联多级索引组织的原理图；

图7是本发明实施例管网道路关联分析的原理图；

图8是本发明实施例地下管网实例化三维建模效果图；

图9是本发明实施例管网道路关联分析的效果图；

图10是根据本发明实施例的一种管网道路的关联分析装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

本申请实施例一所提供的方法实施例可以在计算机、手机、手持设备或者类似的运算装置中执行。以运行在计算机上为例，图1是本发明实施例的一种计算机的硬件结构框图。如图1所示，计算机可以包括一个或多个（图1中仅示出一个）处理器102（处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置）和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机的结构造成限定。例如，计算机还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的一种管网道路的关联分析方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器（Network Interface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种管网道路的关联分析方法，图2是根据本发明实施例的一种管网道路的关联分析方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据矢量地下管线数据和管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；

本实施例的矢量地下管线数据和管点数据是二维的地下管网数据，预先通过采集或者探测设备获得并存储。

步骤S204，获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；

可选的，根据道路矢量线的几何特征（道路走向等）和属性信息（如车道数量，车道宽度等）对道路矢量线进行分段。

步骤S206，基于道路面的分布对第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；

本实施例通过建立道路面与地下管网三维模型的模型元素（如管道，接头等）之间的索引关系，实现道路面与地下管网三维模型的数据组织。

步骤S208，根据目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成第二地下管网三维模型与道路面的关联分析图。

通过上述步骤，获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据矢量地下管线数据和管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；基于道路面的分布对第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；根据目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成第二地下管网三维模型与道路面的关联分析图，基于道路分布进行地下管网数据组织，可以实现对应道路的地下管网快速查询分析，提高分析效率，针对地下管网和道路的断面特征，计算其空间方位关系并生成分析结果，提高了地下管网与道路的空间关联性，解决了相关技术构建的地下管网三维模型渲染效率低，地下管网模型查询速度慢，分析效果差的技术问题。

根据地下管网矢量数据进行实例化三维建模，构建地下管道、接头、附属设施的三维模型，并根据道路矢量线数据进行地下管网三维模型的多级组织和关联分析，下面对此进行详细说明。

在本实施例中，地下管网中的管道为直管，包括起点、终点、埋深等信息。管道根据其用途属性可以分为给水、雨水、污水、电力、电信、燃气、供热、通信、广播、军事等，根据几何类型可分为圆管和方管。传统每根管道单独建模不仅增加了建模工作量，而且三维平台加载时渲染效率较低。由于管道形状和材质具有相似性，可以通过设置标准管道进行实例化建模实现。

在本实施例中，基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模包括：

S11，从矢量地下管线数据或管点数据中获取管道的第一实例化参数，接头的第二实例化参数，附属设施的第三实例化参数；

S12，采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型，采用所述第三实例化参数和附属参数模板构建附属设施三维模型；

在管道建模的一个实施方式中，采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型包括：获取标准管道模型的标准半径r和标准长度d，获取目标管道的半径R，起点管线球形坐标和终点管线球形坐标；将起点管线球形坐标和终点管线球形坐标分别转换为第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标；根据第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标，r，d和R，计算缩放矩阵，根据第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标计算旋转矩阵；基于管线中心点坐标，缩放矩阵，以及旋转矩阵，将标准管道模型转换为目标管道的管道三维模型。标准管道模型即管道模板。

以雨水管道实例化建模为例，其它管道类型建模方法类似，其建模方法如图3所示，图3是本发明实施例管道实例化建模的原理图，在此结合附图进行说明，设标准雨水圆管模型的半径为r，长度为d。当前建模管道的半径为R，起点经纬度和高度坐标为(lon1,lat1,h1)，终点经纬度和高度坐标为(lon2, lat2,h2)，则其缩放系数的计算步骤为：

以地球中心为原点构建全局笛卡尔坐标系O-XYZ，以管道中心为原点构建局部笛卡尔坐标系o-xyz。设管道中心点的经纬度坐和高度标为（lon, lat, h)，将其转换到全局笛卡尔坐标，△x，△y，△z为局部笛卡尔坐标系的原点在全局笛卡尔坐标系中的坐标位置：

则当前管道建模的平移矩阵可以表达为：

设管线的起点和终点经过坐标转换后的全局笛卡尔坐标为(x1, y1, z1)和(x2,y2, z2)，则其缩放系数可以表达为：

则当前管道建模的缩放矩阵可以表达为：

设当前管道建模相对于标准管道的旋转角度为(a, b, g)，当前管道两个端点的坐标为(x1, y1, z1)和(x2, y2, z2)，则旋转角度可以计算为：

则当前管道建模的旋转矩阵可以表达为：

根据管线中心点坐标，以及管道的缩放矩阵（M_scaling）、旋转矩阵、平移矩阵（M_translation），可以将标准雨水管道实例化出一个对象表达当前雨水管道。

同样地，对于大范围雨水管网，可以基于实例化建模方法构建不同的雨水管道，实现雨水管网。

在接头建模的一个实施方式中，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型包括：将目标多通接头分解为多个直管，其中，多个直管的数量与目标多通接头的通道数量相同；针对目标多通接头的每个直管，以多个通道的共同交汇点为起点，沿直管的管线方向以预设长度进行采样得到采样点，并采用交汇点到采样点的连通段构成直管的管段；采用标准管道模型构建目标多通接头的多个管段的管段模型，并基于多个管段模型组合得到目标多通接头的接头三维模型。

在本实施例中，接头包括弯头（二通）、三通、四通等，用于实现管道之间的连接。接头可以被拆解成多段管道组合而成，因此接头实例化建模可以在管道实例化建模的基础上实现。二通可以被分解为两个直管相连，三通可以被分解为三个直观相连，四通可以被划分为四个直观。接头不同分段之间的过渡，可以通过三维模型遮挡实现平滑。

在一个示例中，以三通实例化建模为例进行说明，图4是本发明实施例管网接头实例化建模原理图，管线PA、PB和PC在特征点P处基于三通接头相连，分别以特征点P为起点，沿着管线方向以长度为k进行采样得到点E、F、G，则PE、PF、PG为构成三通接头的管段，点E的坐标计算为：

因此，位于点P处的三通实例化建模，可以通过实例化管道建模方法构建PE、PF、PG三个管道，然后通过组合形成三维三通模型。

在本实施例附属设施的实例化建模过程中，管道附属设施包括管井、阀门、水表、变压器、变电箱等设备。基于实例化建模需要根据附属设施类型构建附属设施标准模型库，通过判断当前管点类型获取当前标准模型，设置缩放、旋转和位置等参数实例化一个设施对象，图5是本发明实施例管网附属设施实例化建模的原理图，与上述图3所示的管道实例化建模的原理类似。

S13，采用接头三维模型连接管道三维模型，并在管道三维模型上部署附属设施三维模型，得到第一地下管网三维模型。

针对地下管网的特点，基于实例化参数三维建模方法分别构建管道、接头和附属设施模型，通过实例化技术显著减少模型数据量，提升大范围三维管网渲染效率。

地下管网通常沿着道路分布，管理人员查看地下管网三维模型数据时，由于三维模型数据量较大容易出现加载缓慢和渲染卡顿的现象，因此本实施例基于多级索引策略实现管网模型数据组织，如图6所示，图6是本发明实施例管网道路关联多级索引组织的原理图。在本实施例的一个实施方式中，基于道路面的分布对第一地下管网三维模型进行数据组织包括：

S21，确定待索引的地形金字塔的层级k，其中，k为正整数；

S22，获取目标区域的地理坐标区域范围，基于地理坐标区域范围计算地下管网三维模型与k层行列的映射关系，构建地下管网三维模型的一级空间索引；

S23，根据一级空间索引的瓦块范围从道路面获取对应的道路线矢量数据；

S24，根据道路线矢量数据构建地下管网三维模型的二级分块索引。

在其中一个示例中，根据道路线矢量数据构建地下管网三维模型的二级分块索引包括：从道路线矢量数据中获取道路交叉口位置，基于道路交叉口位置沿道路设置长宽均为w的第一矩形框；在地下管网三维模型中检索落在第一矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第一矩形框内对象的外包矩形，并更新第一矩形框的长宽，其中，每个第一矩形框对应一个二级瓦块；从道路线矢量数据中获取两个交叉口之间的道路长度，基于步长s对道路长度进行分段，并在每一段构建长度为s宽度为w的第二矩形框；在地下管网三维模型中检索落在第二矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第二矩形框内对象的外包矩形，并更新第二矩形框的长宽，其中，每个第二矩形框对应一个二级瓦块；其中，管网对象包括：管道、接头、附属设施，s为正数，w为正数。

在一级管网四叉树索引的过程中，为了快速查询获取到当前范围的地下管网数据区域，基于地形四叉树对城市区域地理范围进行一级分块。对于道路区域，由于其对应的地下范围较小，可以将金字塔层级设定为较大层级，如第18级。根据四叉树剖分，将地下管网三维模型进行一级组织，通过获取当前移动端摄像头对应的层行实现一级数据调度。

在一个实施场景中，设移动端摄像头拍摄的场景地理范围左上角和右下角坐标分别设为（minLon, maxLat）和（maxLon, minLat），计算其与地形金字塔层行列的映射关系。则对应于地形第k级金字塔，该数据的行列范围可以计算为：

基于上述实施场景，在二级道路管网关联索引的过程中，通过一级四叉树分块索引，用户可以根据移动终端经纬度快速定位对应的地下管网瓦块。但是直接加载显示整个瓦块的地下管网三维模型，数据量依然很大，容易导致增强显示渲染卡顿的现象。本实施例基于地下管网具有沿道路狭长分布的特性，且用户通常沿道路观察，因此沿着道路构建二级分块索引，减少当前视角下的载入和渲染数据量。对于第k（0 ≤ k ≤ n）层第i行第j列四叉树瓦块，其瓦块范围如下：

根据一级索引瓦块范围获取对应的道路线矢量数据，二级沿道路分块索引的策略实现步骤包括：

（1）获取道路交叉口位置，设置长宽均为固定大小w的矩形框，判断管道、接头、附属设施等落在该矩形中的对象ID。对象检索完成后，重新计算当前瓦块内对象的外包矩形，并更新其长宽，构建为当前瓦块；其中接头和附属设施当做点要素处理，基于包含运算判断是否落在矩形框。管道类型为线要素，基于叠置分析判断是否落在矩形框。

（2）获取两个交叉口之间的道路长度，基于步长s进行分段，每一段构建为长度为s宽度为w的矩形框，判断管道、接头、附属设施等落在该矩形中的对象ID。对象检索完成后，重新计算当前瓦块内对象的外包矩形，并更新其长宽，构建为当前瓦块。

基于实例化管网建模和二级索引机制实现地下管网组织和渲染，效果如图7所示，图7是本发明实施例管网道路关联分析的原理图，三维地下管网绘制效果较好，渲染较为流畅。

在本实施例的一个实施方式中，根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成第二地下管网三维模型与道路面的关联分析图，包括：以道路面的道路中心点为原点，垂直于道路线方向构建道路断面的二维平面坐标系；针对第二地下管网三维模型中的每根管道，以管道的断面中心点为断面特征点，将每根管道的断面特征点的地球经纬高坐标转换为基于地球三维笛卡尔坐标系的第一坐标；将第一坐标转换为基于二维平面坐标系的第二坐标；根据第二坐标，以及对应管道的断面数据绘制管道断面，并计算管道的净距和离地高程，生成第二地下管网三维模型与道路面的关联分析图，其中，管道断面数据包括以下至少之一：半径，长宽。

道路根据其常见类型可以划分为高速公路、快速路、一般公路等。根据道路矢量数据的坐标位置和属性信息，可以构建道路断面分布图。如图8所示，图8是本发明实施例地下管网实例化三维建模效果图，以道路中心点为原点，垂直于道路线方向构建二维平面坐标系o-xy，根据道路属性中的隔离带、车道数量、车道宽度等参数，构建道路断面。以道路断面为基准，计算管道断面特征，步骤包括：

将特征点的地球经纬高坐标转换为地球三维笛卡尔坐标O-XYZ。

将地球三维笛卡尔坐标O-XYZ转换到二维平面坐标o-xy，具体通过七参数转换法来实现。设采样点在二维平面坐标系o-xy的坐标为（x, y），在全局笛卡尔坐标系O-XYZ坐标为（X, Y, Z），则转换方程为：

其中，s为缩放比例系数，α为平面坐标系x轴与地球笛卡尔坐标系X轴的夹角，β为平面坐标系y轴与地球笛卡尔坐标系Y轴的夹角，γ为道路线方向与地球笛卡尔坐标系Z轴的夹角，地球中心点在二维平面坐标系的坐标为(x0，y0)。

根据上述步骤，可以计算每根管道断面中心点的平面位置坐标，然后根据管道断面数据（半径或长宽）绘制管道断面，并计算管道的净距、到地面的高程等数据，实现管网道路关联分析制图，管网道路关联分析效果如图9所示，图9是本发明实施例管网道路关联分析的效果图。

本实施例的方案通过实例化参数三维建模方法构建地下管网模型，并关联地下管网和城市道路进行数据组织和关联分析。对地下管网的特点，基于实例化参数三维建模方法分别构建管道、接头和附属设施模型，通过实例化技术显著减少模型数据量，提升大范围三维管网渲染效率。针对地下管网设施普遍具有沿着道路狭长线状分布的特性，基于道路分布进行地下管网数据组织，实现对应道路的地下管网快速查询分析，提高分析效率。针对地下管网和道路的断面特征，计算其空间方位关系并生成分析结果，提高分析结果的空间关联性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例2

在本实施例中还提供了一种管网道路的关联分析装置，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图10是根据本发明实施例的一种管网道路的关联分析装置的结构框图，如图10所示，该装置包括：第一构建模块100，第二构建模块102，组织模块104，生成模块106，其中，

第一构建模块100，用于获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；

第二构建模块102，用于获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；

组织模块104，用于基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；

生成模块106，用于根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

可选的，所述第一构建模块包括：获取单元，用于从所述矢量地下管线数据或所述管点数据中获取管道的第一实例化参数，接头的第二实例化参数，附属设施的第三实例化参数；构建单元，用于采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型，采用所述第三实例化参数构建附属设施三维模型；处理单元，用于采用所述接头三维模型连接所述管道三维模型，并在所述管道三维模型上部署所述附属设施三维模型，得到第一地下管网三维模型。

可选的，所述构建单元包括：获取子单元，用于获取标准管道模型的标准半径r和标准长度d，获取目标管道的半径R，起点管线球形坐标和终点管线球形坐标；转换子单元，用于将所述起点管线球形坐标和终点管线球形坐标分别转换为第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标；计算子单元，用于根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标，所述r，d和R，计算缩放矩阵，根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标计算旋转矩阵；转换子单元，用于基于管线中心点坐标，所述缩放矩阵，以及所述旋转矩阵，将所述标准管道模型转换为所述目标管道的管道三维模型。

可选的，所述构建单元包括：分解子单元，用于将目标多通接头分解为多个直管，其中，所述多个直管的数量与所述目标多通接头的通道数量相同；构建子单元，用于针对所述目标多通接头的每个直管，以多个通道的共同交汇点为起点，沿直管的管线方向以预设长度进行采样得到采样点，并采用所述交汇点到所述采样点的连通段构成所述直管的管段；组合子单元，用于采用标准管道模型构建所述目标多通接头的多个管段的管段模型，并基于多个管段模型组合得到所述目标多通接头的接头三维模型。

可选的，所述组织模块包括：确定单元，用于确定待索引的地形金字塔的层级k；第一构建单元，用于获取所述目标区域的地理坐标区域范围，基于所述地理坐标区域范围计算所述地下管网三维模型与所述k层行列的映射关系，构建所述地下管网三维模型的一级空间索引；获取单元，用于根据所述一级空间索引的瓦块范围从所述道路面获取对应的道路线矢量数据；第二构建单元，用于根据所述道路线矢量数据构建所述地下管网三维模型的二级分块索引。

可选的，所述第二构建单元包括：第一构建子单元，用于从所述道路线矢量数据中获取道路交叉口位置，基于所述道路交叉口位置沿道路设置长宽均为w的第一矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第一矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第一矩形框内对象的外包矩形，并更新第一矩形框的长宽，其中，每个所述第一矩形框对应一个二级瓦块；第二构建子单元，用于从所述道路线矢量数据中获取两个交叉口之间的道路长度，基于步长s对所述道路长度进行分段，并在每一段构建长度为s宽度为w的第二矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第二矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第二矩形框内对象的外包矩形，并更新第二矩形框的长宽，其中，每个所述第二矩形框对应一个二级瓦块；其中，所述管网对象包括：管道、接头、附属设施，s为正数，w为正数。

可选的，所述生成模块包括：构建单元，用于以所述道路面的道路中心点为原点，垂直于道路线方向构建道路断面的二维平面坐标系；第一转换单元，用于针对所述第二地下管网三维模型中的每根管道，以管道的断面中心点为断面特征点，将每根管道的断面特征点的地球经纬高坐标转换为基于地球三维笛卡尔坐标系的第一坐标；第二转换单元，用于将所述第一坐标转换为基于所述二维平面坐标系的第二坐标；生成单元，用于根据所述第二坐标，以及对应管道的断面数据绘制管道断面，并计算所述管道的净距和离地高程，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图，其中，所述管道断面数据包括以下至少之一：半径，长宽。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

实施例3

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；

S2，获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；

S3，基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；

S4，根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子设备还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；

S2，获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；

S3，基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；

S4，根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种管网道路的关联分析方法，其特征在于，包括：

获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；

获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；

基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；

根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模包括：

从所述矢量地下管线数据或所述管点数据中获取管道的第一实例化参数，接头的第二实例化参数，附属设施的第三实例化参数；

采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型，采用所述第三实例化参数和附属参数模板构建附属设施三维模型；

采用所述接头三维模型连接所述管道三维模型，并在所述管道三维模型上部署所述附属设施三维模型，得到第一地下管网三维模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用所述第一实例化参数和管道模板构建管道三维模型包括：

获取标准管道模型的标准半径r和标准长度d，获取目标管道的半径R，起点管线球形坐标和终点管线球形坐标；

将所述起点管线球形坐标和终点管线球形坐标分别转换为第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标；

根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标，所述r，d和R，计算缩放矩阵，根据所述第一笛卡尔坐标和第二笛卡尔坐标计算旋转矩阵；

基于管线中心点坐标，所述缩放矩阵，以及所述旋转矩阵，将所述标准管道模型转换为所述目标管道的管道三维模型。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用所述第二实例化参数和管道模板构建接头三维模型包括：

将目标多通接头分解为多个直管，其中，所述多个直管的数量与所述目标多通接头的通道数量相同；

针对所述目标多通接头的每个直管，以多个通道的共同交汇点为起点，沿直管的管线方向以预设长度进行采样得到采样点，并采用所述交汇点到所述采样点的连通段构成所述直管的管段；

采用标准管道模型构建所述目标多通接头的多个管段的管段模型，并基于多个管段模型组合得到所述目标多通接头的接头三维模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述道路面的分布对所述地下管网三维模型进行数据组织包括：

确定待索引的地形金字塔的层级k；

获取所述目标区域的地理坐标区域范围，基于所述地理坐标区域范围计算所述地下管网三维模型与所述k层行列的映射关系，构建所述地下管网三维模型的一级空间索引；

根据所述一级空间索引的瓦块范围从所述道路面获取对应的道路线矢量数据；

根据所述道路线矢量数据构建所述地下管网三维模型的二级分块索引。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述道路线矢量数据构建所述地下管网三维模型的二级分块索引包括：

从所述道路线矢量数据中获取道路交叉口位置，基于所述道路交叉口位置沿道路设置长宽均为w的第一矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第一矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第一矩形框内对象的外包矩形，并更新第一矩形框的长宽，其中，每个所述第一矩形框对应一个二级瓦块；

从所述道路线矢量数据中获取两个交叉口之间的道路长度，基于步长s对所述道路长度进行分段，并在每一段构建长度为s宽度为w的第二矩形框；在所述地下管网三维模型中检索落在所述第二矩形框中的管网对象；在管网对象检索完成后，重新计算第二矩形框内对象的外包矩形，并更新第二矩形框的长宽，其中，每个所述第二矩形框对应一个二级瓦块；

其中，所述管网对象包括：管道、接头、附属设施，s为正数，w为正数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图，包括：

以所述道路面的道路中心点为原点，垂直于道路线方向构建道路断面的二维平面坐标系；

针对所述第二地下管网三维模型中的每根管道，以管道的断面中心点为断面特征点，将每根管道的断面特征点的地球经纬高坐标转换为基于地球三维笛卡尔坐标系的第一坐标；

将所述第一坐标转换为基于所述二维平面坐标系的第二坐标；

根据所述第二坐标，以及对应管道的断面数据绘制管道断面，并计算所述管道的净距和离地高程，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图，其中，所述管道断面数据包括以下至少之一：半径，长宽。

8.一种管网道路的关联分析装置，其特征在于，包括：

第一构建模块，用于获取目标区域的矢量地下管线数据和管点数据，并基于管网模板根据所述矢量地下管线数据和所述管点数据进行实例化建模，构建第一地下管网三维模型；

第二构建模块，用于获取目标区域的道路矢量线数据，对道路矢量线进行分段，每个分段分别构建道路面；

组织模块，用于基于所述道路面的分布对所述第一地下管网三维模型进行数据组织，得到第二地下管网三维模型；

生成模块，用于根据所述目标区域的地下管网与道路的断面位置关系，生成所述第二地下管网三维模型与所述道路面的关联分析图。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述权利要求1至7中任一项所述的方法步骤。

10.一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；其中：

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于通过运行存储器上所存放的程序来执行权利要求1至7中任一项所述的方法步骤。

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