王俊雷，赵启龙，李会娟，王 娜

（1.中国地质大学 (武汉)信息工程学院，湖北武汉430074；2、中南财经政法大学，湖北武汉430073）

基于ArcEngine小区三维排水管网验收系统设计与实现

王俊雷1，赵启龙1，李会娟1，王 娜2

（1.中国地质大学 (武汉)信息工程学院，湖北武汉430074；2、中南财经政法大学，湖北武汉430073）

分析了小区地下排水管网的设计、建设、验收的自动检测系统的必要性，介绍了利用ArcEngine开发GIS软件的优点，实现了小区地下排水管网的三维建模及其自动检测系统，即小区三维排水管网的验收系统；重点讨论了地下排水管网的三维建模方法，解决了以往三维场景中的三维模型只能显示、不能查询编辑的问题。

ArcEngine；三维排水管网；三维建模

近几年,多地报道由于小区排水管网设计不合理（如市政接口过高、管网溢水等）造成居民小区遭受暴雨时被淹，致使小区交通瘫痪，威胁居民人身财产安全。事后追究责任已不能挽回事故造成的损失，更不利于和谐社会的建设。在小区建设方面急需一套地下排水管网设计、建设、验收自动检测系统，而基于ArcEngine的三维GIS开发为我们提供了方便。

1 ArcEngine简介

ArcEngine是ESRI公司推出的一组完备的、打包的嵌入式GIS组件库和工具库。用户可以用来构建自己的GIS和制图应用程序，并且这些对象平台是独立的，可以从不同的平台来访问。它的核心是 AO（ArcObjects）组件。基于ArcEngine我们可以根据客户需求开发出具有特定分析功能的GIS应用软件。

ArcEngine具有面向对象的特性，它支持类、对象、继承等特性，同时它的类下面还定义了不同的接口，接口实现了对象的不同属性和方法，这样实现了灵活、快速地开发和功能扩展。本文以江苏某小区的数据为基础，基于.NET开发平台，用C#开发语言，实现了三维排水管网验收系统的开发。

2 系统设计

2.1 三维地下管网建模的需求分析

现代城市地下管网大多沿街道而设，在不同深度有不同的管线，由于缺乏必要的技术保证以及软硬件条件的限制，在这些系统中，管线一般采用二维平面图表示。这种表示有很多缺点，如：在二维平面图上以不同颜色的直线表示这些管线就会显得管线之间拥挤不堪，无法正确清晰表示；采用分图层显示不同种类的管线则又无法表现管线之间的空间位置关系，并且现在的大部分管线是上下起伏的，如果与地面垂直的一段管线（如下水井）在平面图上就只能以一个点与相应的文字来表示，没有任何直观的视觉效果。现代城市建设中各类管网资源需要进行综合有效的信息化存储管理，传统的二维表示方式不能满足实际应用需求。由于管线用途的特殊性和复杂性，其布设遍及地下、空中、水下等，只有通过三维显示才能够真实反映其空间位置关系。因此通过建立三维管网仿真场景，真实反映在交错复杂条件下管线之间的位置关系以及管线与周边地物的位置关系，并提供必要的三维辅助分析及决策工具，已经成为各城市的建设规划部门在城市信息化建设中的迫切需求。

2.2 系统数据库的设计

数据库是GIS各种应用系统的核心组成部分。本系统采用的是GeoDataBase数据库的存储方案。在GeoDataBase数据库中图层数据主要是以FeatureClass的形式存储在 GeoDataBase数据库中，而图层的分类是依据其几何关系分为 Point、Polyline、Polygon等类型的要素图层。GeoDataBase的设计主要是针对标准关系数据库技术的扩展，它扩展了传统的点、线、面特征，为空间信息定义了一个统一的模型。

2.3 系统结构设计

系统的实现将从3个方面进行介绍，如图1所示，系统由三维浏览模块、三维查询模块、三维分析模块组成。三维浏览模块主要实现视图的拉框放大、拉框缩小、居中放大、居中缩小、漫游、导航、全屏等；三维查询模块主要实现了空间属性查询、条件查询；三维分析模块主要实现排水管网三维建模、小区地下管网的验收等。

图1 系统结构图

3 三维浏览模块的功能设计

为了实现三维排水管网的验收系统，在这模块中主要实现了以下功能：

1）拉框放大：就是将鼠标拖出来的方块区域放大到全屏。

2）拉框缩小：拉框缩小和拉框放大是对应的操作，它是把全屏区域缩小到鼠标拖出的方块区域中。

3）居中放大：就是以当前视图的中心点为缩放中心把视图进行放大的操作。

4）居中缩小：居中缩小和居中放大是相对应操作，它的目的是以当前视图中心点为缩放中心进行缩小。

5）全屏：就是把所有可见的地理要素显示在视图范围内，并且视图是恰好把所有的地理要素囊括进来。

6）漫游：改变观测者位置（X，Y），Z值不变。

7）导航：改变观测者位置的Z值。

4 三维查询模块的设计

查询模块包括空间查询和条件查询。空间查询包括点击查询、拉框查询、领域查询等。在本系统中主要实现了点击查询,它是基于空间位置的查询,所使用的接口主要是ItopologicalOperator、IspatialFilter。最后得到的结果在ListView控件中显示其属性信息，如图2所示。条件查询主要是使用IQueryFilter接口，通过设置查询字段的条件来实现。查询条件可以是简单的SQL语句，也可以是较为复杂的组合SQL语句，通过查询过滤器QueryFilter得到目标要素集合，并在图层中高亮显示，如图3所示。主要实现代码如下：

frmMain.axSceneControl1.Scene.SceneGraph.ActiveViewer.Camera.SetDefaultsMBB(pEnvelope);

pA c tiveView.PartialRefresh(esriView D rawPhase.esriViewGeoSelection,null,null);

图2 空间查询

图3 条件查询

5 三维分析模块的设计

5.1 三维建模

ArcGIS软件有自己的三维数据模型-Multipatch（多片）。Multipatch作为ArcGIS中一种新的要素专门用来描述三维实体的表面。它有 3种主要组成方式，分别为TriangleFan、Trianglestrip、Ring。其他三维格式必须转化为Multipatch或者动态创建Multipatch，才能实现GIS功能，对于本研究内容我们采用动态创建Multipatch。

动态创建Multipatch有2种方式：①按照一定的规则输入每一个顶点坐标创建Multipatch，该方法创建的Multipatch在创建的时候可以加上贴图信息；②将平面图形拉伸成的Multipatch，拉伸是将除平面图形之外的第三维加于平面图形上。这种拉伸可以沿一条线也可以沿一个三维向量进行，我们在小区三维地下管网进行建模时使用的是后者，即通过接口IConstructMultipatch实现 ConstructExtrudeAbsolute的方法。需要拉伸的平面二维图为Polyline而管线的外环为多片，通过这些片的组合可形成圆管的三维模型，如图4所示。

图4 管道

三维管线的外环多片描述越多越精确，在直观上也越接近真实管线，但模型的计算量也就越大，显示速度则会降低，否则则相反。经过实验表明，当管线的横截面以300到450等分时显示速度与图像质量能达到一种较好的平衡。

利用以上分析方法对江苏某小区地下管网及排水井数据进行建模，如图5所示。

图5 地下管道建模

5.2 验收分析

小区管网通过市政接口与周围道路下的城市排水系统相连接，倘若市政接口高程高于小区内部局部入水口的高程，在自流条件下，将造成入水口无法发挥排水功能，发生溢水情况，甚至使得局部倒灌淹水。

针对这种类型问题将分析方法设计为：以市政接口高程为基准，搜索排查所有排水井的高程，将所有高程过低的排水井筛选出来高亮显示，并在界面右边的ListView控件中把符合搜索条件的排水井ID及对应积水深度显示出来进行提醒和警示，如图6所示。结合小区DEM及房屋数据住宅小区三维地下管网分析系统整体结构，如图7所示。

图6 验收分析

图7 系统界面

6 结 语

本文讨论了地下三维排水管网验收系统的设计与实现，着重从浏览模块、查询模块、分析模块 3个方面进行说明。该模型的建立将在城市管理的科学化，防汛指挥决策的及时性方面发挥重要作用。此系统可作为政府部门对开发商所建小区地下排水管网的验收系统，也可以作为开发商设计、建设地下排水管网的分析系统，具有实用价值。

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Design and Implementation of 3D Drainage Pipelines Network Acceptance System Based on ArcEngine

by WANG Junlei

This paper discussedthenecessity of the automatic detection system which was the design,the construction,and the acceptance of the underground drainage pipelines network in the community,introduced the advantages of GIS software which was developed using ArcEngine,and realized 3D modeling of the underground drainage pipelines networkinthe community and automatic detection systemwhichwas3D drainage pipelines network acceptance system.It focused on 3D modeling method of the underground drainage pipelines network,and solved the problem of the 3D scene of the 3D models which could only be showed,and couldn't be edited.

ArcEngine,3D drainage pipelines，3D modeling

2011-12-19

项目来源：国家自然科学基金资助项目 (40974002)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（CUG090110）。

P208

B

1672-4623(2012)02-0101-03

王俊雷，硕士，研究方向为测量数据处理理论及应用研究、GIS应用研究。