裴 旭，施 昆

（昆明理工大学，云南 昆明650000）

城市化的迅速发展对城市的交通提出更高的要求。机场建设是城市交通建设的重要组成部分。地下管线是机场重要的基础设施，是机场运营、管理、赖以生存和发展的重要基础。机场地下管线具有管线种类繁多、管理任务复杂、分析统计工作量大、确保资料归档数据安全等亟待解决的问题。基于此，三维可视化管理对于地下管线的管理显得尤为必要。首先在三维环境中能够形象、直观表现二维平面中交叉在一起、无法区分平面位置相同而埋深不同的各种管线的空间形态；其次可以从不同的角度对管线进行分析和输出平面布置图，便于已埋管线的管理和新增管线的设计。鉴于地下管线信息管理具有资源的合理调配、安全管理、提高利用率，并实时地对地下管网更新、查询的优点，本文运用CJHJ开发语言在Micr osoft．NET平台上基于Skyline进行机场三维地下管线信息系统的二次开发。

1 基于skyline的系统开发方法

1．1 skyline开发工具应用分析

Skyline软件是利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其他的2D或者3D信息源，包括GIS数据集层等创建的一个交互式环境 它允许用户快速融合数据、更新数据库，并且有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术，还能快速和实时地向用户展现3D地理空间影像。

Skyline软件家族系列产品为网络和非网络环境提供了一个三维交互的窗口，用户可以在本地或者网络环境下进行基本数据生成、数据传输、数据可视化和数据分析等，产品分3个模块（Skyline－Globe产品系列技术白皮书），分别为Terra Explorer，TerraBuilder，Terra Gate。TerraExplorer是 基于互联网和本地环境的多元地形模型浏览、分析、编辑和发布工具；TerraBuilder使用航空／卫星影像和高程数据创建三维地形模型；Terra Gate是一种强大的网络数据服务器技术，用流方式来传输和管理三维数据的高效可升级的网络服务器。

Skyline提供了三维管线生成的接口［3］。地下管网数据主要包括两部分，即管线矢量数据和管点矢量数据。目前管线数据在三维中的显示主要是圆柱体对象，即Cylinder对象，包括管线的属性数据、管线种类、起点X，Y坐标、起点埋深、终点X，Y坐标和终点埋深，根据接口Creat Cylinder方法，创建三维管线数据。管点数据主要是模型数据，即Model对象。包括井X坐标、井Y坐标、井底深和旋转角，在skyline软件中根据接口Create Model方法，创建三维管点数据。

1．2 地下管线信息系统建设流程

地下管线信息系统的开发是由数据体系建设、三维基础平台建设、三维应用系统建设3部分组成。

前期准备的数据有基础地形图、遥感影像数据、数字高程模型、地下管线探测数据以及用于三维建模的基础场景、建筑模型和管网模型。将正射影像文件和DEM数据导入到TerraBuilder模块中制作成Skyline数据［4］，并转换为．mpt格式场景文件，这部分数据要和管线数据能够在空间范围上匹配，并通过Terra Gate发布，在Terra Expl orer Pr o中，进行二、三维模型的建立。管点管线数据通过程序自动生成和装配，并存储于工程文件（．fl y）中，按特定目录结构存放在客户端程序目录下，在工程文件中会引用到相应本地目录下，用Skyline工程文件（．fl y＋xpl2）实现地表模型数据制作，包含建筑、道路、绿化带、行道树、路灯、信号灯、地面模型等。Skyline无法支持复杂模型的动态建模，管点是较为复杂的模型，因此管点生成预先在3DMax软件中制作模型［5－6］，通过软件缩放、旋转到三维空间中的位置，用Terra Explorer Pr o模块创建应用程序，并将三维模型加载到程序中。

三维基础平台建设是指构建平台运行所必须的基础软件、硬件和网络运行环境。Skyline提供应用接口进行管线管理所需功能开发和后台信息数据库开发。本文系统采用PostgreSQL数据库，选用基于SOA构架的Microsoft．NET 4平台，接口服务采用Web Services技术。

三维应用系统建设即机场地下管线三维地理信息系统应用功能开发，通过平台强大的三维空间信息支撑，实现系统直观的地理信息三维展示和专业的空间分析。

2 系统设计

2．1 系统总体框架设计

系统建设自下而上可以划分为4个层次，即基础层、数据层、服务层和应用层。基础层是系统运行需要的基础支撑环境，包括基础软件环境、基础硬件环境和网络环境。数据层为整个平台的运转提供数据支撑，涵盖基础地形数据、三维地理信息数据库、管线专题应用数据库和平台业务数据的数据体系，以及在此基础上形成的数据处理、集成、组织、管理、维护和更新的机制。服务层是三维基础平台，包括三维基础软件、三维基础地理信息应用数据请求服务接口和应用集成，为整个平台的运转提供服务支撑。应用层即通过三维基础平台构建的应用系统，依靠基础平台的空间信息服务，开发面向机场管线信息管理、现状成果三维展示、管线抢修应用等功能的应用系统。

2．2 系统功能结构设计

机场三维地下管线信息系统实现对机场的地下管线可视化管理，方便管理人员对管线的空间位置直观掌握，辅助应对突发事件或建设规划的决策［7－9］。因此，系统功能设计既要考虑用户使用方便又要满足用户的日常业务管理需求。系统功能设计结构如图1所示。

1）基础数据管理模块。基础数据管理模块主要实现同外部系统的数据进行交换，提供输入输出接口。其可根据当前的视野位置和范围，即时发送到绘图仪或打印机，打印输出地图或即时导出图片文件；对于符合入库要求的地下三维管线探测数据成果，自动读取数据，三维管线自动建模，整库三维模型自动更新；对图形数据和属性数据全部或者指定范围的备份；按照数据图层和数据种类进行整片区数据更新；按照元数据标准，建立相应的元数据表。

图1 系统功能结构设计

2）三维场景浏览模块。功能有三维场景显示，即装载和显示机场片区三维地表建筑和三维管线模型；三维浏览场景控制，包括视野前后左右控制、缩放控制、旋转控制、飞行模拟（环绕、线性、弧线3种方式）。

3）三维交互模块。主要有三维查询、三维量测和三维定位功能。选择空间管线对象查询其相关信息，包括管线编号、长度、管顶及管底坐标、管线类型、管径、权属信息等；实时量测并计算管线水平净距和垂直净距，测量管线埋深等位置关系和长度信息；根据管线的属性信息、地名进行定位。

4）三维分析模块。分析模块的功能包括三维分析、数据统计、三维实时开挖。根据地表指定位置上的剖面线，显示相应横纵管线剖面，自动跟踪和动态显示管线的延伸方向。实时统计整个片区或指定范围内的管线类型、长度、权属等分类统计数据，并将数据以电子表格文档输出或者直接打印输出。三维实时开挖是根据地表指定的开挖范围，显示拨开地表后当地的管线现状。

2．3 系统数据平台设计

采用数据集中统一管理思想、数据统一分类编码原则，数据库系统软件选用PostgreSQL数据库。数据系统的体系结构如图2所示。入库的管线数据为标准的Access格式数据。数据更新时，整个机场片区所有的数据都包含在一个文件数据库中，一次性导入系统。二维管线数据入库后，根据算法自动生成三维模型。

3 系统实现

3．1 系统的功能设计实现

根据以上系统开发方法和系统设计，实现设计功能，如图3所示。

图2 数据系统结构体系

3．2 系统的关键技术实现

3．2．1 三维数据获取技术

人们越来越关注三维模型数据的准确性、逼真性和有用性。获取三维数据在追求模型逼真和准确的时候，带来数据生产的高投入。本系统三维数据获取采用先进的ALS50－II机载激光雷达系统、RCD105数码系统同步获取三维数据和建筑物正面影像、4个侧面的纹理，解决大型三维GIS系统建设的生产效率、质量控制、数据安全和有效存储与管理等问题。

3．2．2 空间数据的多时态管理技术

技术主要是实现空间历史数据的管理。实际应用中不但需要浏览现势数据，也要回放过去某一时刻某一地理区域当时的情况。这就需要考虑数据的时间序列问题。在数据库设计中以实体为单位建立时间索引，数据的变更以实体的变化为事件触发。数据库将实体的变化全部存储起来，用户可以在时间轴上的时间段过滤空间数据，做到任意时间数据快速回放。

图3 系统部分界面

3．2．3 海量三维数据管理及调用

逼真的三维表示不仅具有多种细节层次的几何表达，还要有表面描述，如逼真的纹理以及其他相关的属性信息。本系统优化设计了现有各种数据库管理系统，在保留现有的对象关系型数据库管理系统（ORDBMS）优点的同时，采用面向对象数据库设计的某些原理，具有将结构性的数据组织成特定数据类型的机制，这时数据库不仅能够处理三维数据的复杂关系，也能在逻辑上以整体对待的数据组织成一个对象。

3．2．4 三维地下管线自动生成技术

正如在本文2．1部分提到，Skyline提供了三维管线生成的接口。在管线场景生成时，读取每个管点的坐标、埋深、管段的管径等信息，自动生成管线三维模型，再对管网接头、变径进行二次自动模型化处理和装配，根据材质和管段类型装配材质和颜色，生成与现实情况接近的三维管线模型，最后将管线的各种属性信息与模型建立关联。管点数据生成较复杂，对于三通、四通，通过相连的管线圆柱自然形成。对于变径管线点，通过圆锥来模拟生成［9］。在3DMax软件中事先制作成Skyline的xp12格式管点模型，再将模型进行适当的缩放和旋转变换，放置在场景中适当位置。

4 结束语

本文介绍采用Skyline开发机场三维地下管线信息系统的基本过程和方法。采用三维建模和三维可视化开发等手段，建设地下管线管理系统，界面美观友好，功能使用方便，而且还具有量测管线水平净距和垂直净距、地名定位、显示横纵管线剖面、统计数据和实时开挖等特色功能。该系统将管线资料整理归档，使管线标准统一，便于机场的内部管理及相关部门信息共享。目前，本系统在昆明长水国际机场建设过程中成功应用，效果良好，能够达到昆明新机场管线管理工作规范化、系统化和信息化的要求，对相关机场GIS管线系统的设计与开发具有参考价值。

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