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              基于三維GIS的集中供熱平臺的三維數字化

              發布時間:2020-03-26 13:43:43 作者:臻圖信息 閱讀量:1727

                  城市管網是城市正常運轉的生命線和基礎設施,供熱管線是城市管網的重要組成部分。2014年6月發布的《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》,明確提出了城市管線數字化管理的要求。北京市熱力工程設計有限責任公司承擔北京市熱力管線的規劃和設計工作。公司自成立以來因設計的需要,逐年投入大量人力物力與資金,積累了海量的北京市熱力集團熱力管線及附近相關管線的高精度測量資料,主要是以紙質資料CAD圖形存在。傳統的管理模式和手段已遠遠落后,對于各種突發事故更不能及時作出應對決策,從而造成資源浪費。

                  20世紀90年代,美國率先提出了數字化管道的概念。地理信息業隨著智慧地球、智慧城市大數據時代的到來,得到了空前的發展。我國在地理信息業的發展不落后于世界先進水平。隨著3S(RS、GPS、GIS)技術的推廣與集成應用,城市管網管理已從CAD時代過渡到GIS時代。

                  城市三維模型是許多GIS應用領域迫切需要的基礎數據已廣泛運用于城市規劃、建筑設計、防災應用等領域。三維可視化也已經成為城市管網管理系統的必要特性之一,對供熱管網在設計和運行方面進行可視化仿真系統的研究和開發,將進一步提高供熱管網的設計、運行水平和管理水平,從而達到提高安全性和經濟性的目的。

                  本項目在管普綜合管線數據標準基礎上,根據熱力管線的專業特色,制定熱力專業管線數據標準,采用當前主流的二維GIS平臺軟件(ZTMAPGIS)和三維GIS平臺軟件相結合的方式,基于ZTMAPGISCity Maker SDK開發包,建立了二三維一體化的集中供熱地理信息平臺。為集團公司的成果管理和使用提供安全、快速、多形式的技術支持。系統不僅實現與北京城建檔案館無縫對接,還可以更好地為熱力集團信息化發展提供可靠的支撐服務。

              1總體技術路線

                  項目建設任務包括數據資源建設和系統功能實現。數據資源建設包括數據標準規范建設、基礎地理數據庫建設、熱力管線數據加工及數據庫建設、綜合管線數據庫建設、熱力管線三維建模。系統建設堅持數據、管理、服務、應用相分離的架構原則,在保持靈活性和擴展性的前提下,實現空間基礎信息數據的整合、管理和共享交換,依據使用用戶、網絡環境的不同,采用不同的技術路線,使用C/S( Client/ Server(客戶機/服務器))和B/S ( Browser/Server(瀏覽器/服務器))相結合的方式,實現不同業務應用系統與數據服務的集成。如下圖所示。

               

              2關鍵技術

                  2. 1三層應用體系結構

                  三層應用體系結構包含表示層、業務邏輯層、數據層。表示層是系統的人機接口部分,用戶和應用程序之間的交流在該層完成。通過用戶界面層,用戶可以完成獲取數據、輸入數據、修改數據、刪除數據等一系列操作。表示層也包含了一定的安全機制,用戶根據授權范圍可以控制數據和機密信息。業務邏輯層響應用戶界面層的用戶請求,執行任務并從數據層提取數據,然后將必要的數據傳送給表示層,從而實現表示層與數據層之間的交互。業務邏輯層包含了在應用程序中執行關鍵處理的組件,這些應用程序遵守所有的業務規則及限制。數據層負責對數據進行管理并向業務邏輯層提供標準化的開放訪問接口。

                  在三層結構中,三個層可以分別部署,表示層用戶界面只能與業務邏輯層相聯系,無須直接訪問后臺數據庫,使后臺數據庫與用戶界面隔離,提高應用系統的可靠性和擴展性,提高系統數據的安全性。

                  2. 2  XML與Web Service技術

                  XML(可擴展標記語言)是Internet上數據表示和數據交換的新標準。XML關注信息本身,是Web上表示結構化信息的一種標準文本格式。具有良好的可擴展性、語言簡單有效、可自行定義標記;有嚴格的語法要求,便于分析統一和與數據庫信息轉換;便于傳輸,為純文本形式,可通過Http協議直接傳輸,可跨越防火墻等。

                  Web服務(Web Service)使用基于XML的消息處理作為基本的數據通訊方式,消除使用不同組件模型、操作系統和編程語言系統之間存在的差異,使異類系統能夠作為計算網絡的一部分協同運行。由于Web服務是建立在一些通用協議的基礎上,如HTTP 、 SOAP 、XML 、WSDL、UDDI等,這些協議在涉及操作系統、對象模型和編程語言的選擇時,沒有任何傾向,因此Web服務將會有很強的生命力。

                    2. 3  3DGIS

                  3DGIS是三維GIS的簡稱,是一個解決空間數據的存儲、表現、查看、管理、量算和分析等一系列問題、具有良好的可擴展性及可伸縮性的三維地理信息系統。能實現實時反射、實時折射、動態陰影等高品質、逼真的實時渲染3D圖像。

                  在城市管線管理中能根據現有的相關圖形和屬性數據,使現狀與規劃相結合,快速真實再現城市管網三維場景??衫?/span>3DGIS平臺方便對城市管線三維場景進行各種操作,并能實現管線屬性信息快速查詢、管線場景的漫游、任意給定線路的三維飛行、圖形及動畫輸出、數據的更新與維護等。

              3數據資源建設

              3. 1數據資源建設內容

              1)數據標準規范建設,包括:制定北京熱力管線地理信息數據標準規范。

                  2)基礎地理數據庫建設,包括:北京市政務版電子地圖數據、北京市基礎地形圖數據和影像數據整合、處理、入庫;北京市政務版電子地圖數據、北京市基礎地形圖數據和影像數據的配圖設計與服務發布。

                  3)熱力管線數據加工及數據庫建設,包括:依據集團公司現有的熱力管線資料進行加工處理,開展管線資料整理、屬性掛接、數據加工及質量檢查工作,經過細致嚴謹復核工作無誤后,形成成果數據,生成熱力管線GIS數據,建立熱力管線GIS數據庫,并制作熱力管線符號庫。

                  4)綜合管線數據庫建設,包括:依據集團公司現有的資料,加工熱力管線周邊的綜合管線數據。

                  5)熱力管線三維建模,包括:建立熱力管線及附屬設施三維模型數據庫,并依據熱力管線GIS數據建立熱力管線三維模型數據。主要包括管點模型(包括各類特征、附屬物)、管線模型(包括管線、管溝和管廊)和建(構)筑物模型(包括小室、沉淀池等)。

                  3. 2數據標準規范建設

                  為了統一北京市熱力集團熱力地下管線地理信息數據建庫的內容與方法,保證與北京市地下管線數據建庫標準統一,特制定本標準。

                  地下管線建庫數據來源為驗收合格的地下管線基礎信息數據。包括供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、工業、地下管廊等各類管線及其附屬物的空間和屬性數據,以及地下管線工程元數據。

                  地下管線數據庫內容的幾何精度、屬性、邏輯一致性、完整性應符合相應要求。

                  地下管線數據應按管線大類分為點、線、設施面、輔助線和注記等不同類型。地下管線數據圖層宜按照“管線大類+數據類型”的組合方式命名。以熱力管線為例,具體分層、層名及顏色見下表。

               

                  3. 3數據庫總體設計

                  空間數據庫分為基礎地理數據庫、熱力管網數據庫、綜合管網地理數據庫三大庫,并且根據實際項目需求建立子庫及對應的元數據庫,為數據的高效檢索提供保障。為保證數據歷史可追溯,需要建立歷史數據庫,每年年底將現狀數據庫整版導入歷史庫,以年為時間單位對歷史數據進行整版保存??臻g數據庫總體設計見下圖。

               

              4系統功能實現

                  本項目通過建立管線數據庫,將空間化處理后的熱力管線、綜合管線及相應屬性信息錄入到數據庫中,使數據資料成果滿足數據信息化管理需求。建立數據庫管理系統和質檢系統,包括管線信息的編輯、刪除、檢查、檢測等功能,實現電子化管理手段。建立測繪資料應用分析子系統,可針對不同用戶的使用需求提供不同功能,隨著集團公司工程的不斷開展,測量管線資料將會越來越多,通過該數據庫可隨時更新、完善現有資料和新增資料,充分發揮測量管線資料的服務作用,輔助進行決策分析,提高管理工作效率。

                  4. 1熱力管線質檢子系統

                  熱力管線質檢子系統,作為工具型軟件,利用程序自動檢查,查找熱力管線數據中管點、管線、小室圖層的空間圖形、屬性信息和邏輯一致性等錯誤,提高檢查效率和數據質量。實現熱力管線數據加載,熱力管線文件檢查、圖形檢查、屬性檢查、邏輯性檢查、空間碰撞檢查、幾何表達檢查、檢查結果統計輸出和系統設置等功能。對于集中供熱地理信息系統而言,入庫數據質量的好壞決定了信息系統能否真正有效使用。

                  4.1.1技術路線

                  熱力管線質檢子系統基于熱力管線外業測量數據成果,在保密環境中的涉密終端進行部署運行,整個系統分為基礎設施層、數據層、中間件層和系統層四個層次。具體思路見下圖。

               

                  4. 1. 2軟件實現

                  軟件主界面主要分為五大功能模塊:數據加載、數據操作、數據檢查、統計輸出、系統幫助等,此外,還設有快捷功能區,即懸浮工具條,主要是數據操作常用的功能按鈕。

                  在普查數據檢查界面,勾選相應的檢查項,執行數據檢查。運行的過程中會實時顯示每一個檢查項規則的運行狀態以及總體的完成進度。檢查結束后,即將可視化范圍內的所有錯誤要素加載到當前視圖中,以方便整改人員對錯誤原因進行查看,通過單擊錯誤定位可以定位到每一個錯誤要素,并查看其詳細的屬性信息。

                  可查看每一項檢查結果文件的存放位置以及文件生成時間,也可刪除不需要的檢查結果,

              避免空間資源的占用。

                  通過配置檢查規則對軟件檢查規則中的檢查參數、數據字典進行管理配置。

                  4. 2測繪資料應用分析子系統

                  測繪資料應用分析子系統在北京市政務版電子地圖數據的基礎上,結合北京市熱力集團實際情況,基于GIS開發的系統。軟件主要實現GIS基本功能、熱力管線查詢定位、地下管線統計、地下管線空間分析、三維場景展示、二三維聯動、管線三維基本空間分析、離線包申請審核管理、運維管理、GPS竣工測量、智能移動設備管理、移動設備軌跡監控和現場踏勘工作統計等功能。

                  4. 2. 1技術路線

                  數據外部交換通過數據共享與交換平臺,實現數據的可靠、穩定、及時的交換,各個應用終端采用客戶端瀏覽器的方式根據不同權限進行數據的查詢、瀏覽、統計等操作。

              系統部署運行在北京市熱力工程設計有限責任公司與外界物理隔離的專用局域網內,整個系統分為基礎設施層、數據層、中間件層和系統層四個層次。具體思路見下圖。

               

                  基礎設施層主要包括政務內網網絡環境、軟硬件支撐環境安裝部署,主要用于滿足系統運行的必要環境。數據層包括地下管線成果數據庫,及基于成果庫加工的地下管線三維數據庫,元數據庫、GIS輔助數據庫及運行數據庫,上述數據庫除運行數據庫外,其他數據庫跟地下管線數據管理維護系統共用。中間件層包括二維GIS中間件、三維GIS中間件和數據庫引擎,一方面支持空間數據庫的讀寫,一方面支持系統的二三維功能開發與運行。系統層主要工作界面與工具,包括與地下管線數據共享、查詢、統計、分析相關的功能模塊。

                  4.2.2軟件實現

                  測繪資料應用分析子系統主要實現對管線成果的查詢、二三維瀏覽、數據統計、管線分析、更新維護、管線數據出圖及下載等。部分主要功能界面如下所示。

                  通用分析功能包括橫斷面、縱斷面分析,垂直凈距、水平凈距分析,覆土深度、連通性分析。

                  移動信息功能包括移動設備注冊、管理,移動設備軌跡監控、現場踏勘工作統計。

                  地圖定位、管線查詢、管線統計、通用分析等功能都能在二三維界面進行。其中三維橫斷面分析見下圖。

               

              5結束語

                  本項目的開展既能創建北京熱力集團自有管線的三維資料庫,完善測量成果,又能在北京市管網系統中取得技術上的領先。統一的標準,避免了各單位重復工作和投資,使項目竣工圖的驗收歸檔更加順暢。此外,熱力工程的測繪資料應用系統可應用于管網巡檢、搶修中,為集團各分、子公司提供服務。

                  隨著集團公司工程的不斷開展,測量管線資料將會越來越多,通過該數據庫可隨時更新、完善現有資料和新增資料,充分發揮測量管線資料的服務作用,提高管理工作效率。

                  根據國家《測繪法》的要求,城市大比例尺地圖為保密資料。在逐步建立和完善數據庫的基礎上,建立完善的熱力設計測量管線成果資料管理制度,可嚴防失泄密及損毀事件的發生。

                  利用建立的集中供熱地理信息平臺,可集成現有的管線測量資料,加大了資料的重復利用率,減少工程的測繪工作量,節約成本并加快工程進度。同時,隨著資料的動態積累和技術的不斷完善,將為相關單位提供更豐富的地理信息服務。


              原文來自:http://www.ficolor.com/blog/index.php/article/30.html

              標簽:3DGIS  

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