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淺析地下管網(wǎng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)建
（作者未知） 2010/8/15
論文關(guān)鍵詞 ：地下管網(wǎng) 空間數(shù)據(jù)模型 三維可視化
論文摘要：為了實現(xiàn)對地下管線的數(shù)字化與可視化管理 ，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)對地下管網(wǎng)進行研究。系統(tǒng)根據(jù)分層概念和管網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點 ，設(shè)計城市地下管網(wǎng)的概念模型，著重介紹柵格矢量一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式，利用空間數(shù)據(jù)庫將地下管網(wǎng)的相關(guān)信息存儲在計算機上并做相應(yīng)處理，最終運用 GIS和 LOD模型的建立實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的可視化和實時漫游 功能。
城市地下各類管網(wǎng)是一個城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著信息傳輸、能源輸送等工作，也是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。但由于多方面的原因，我國現(xiàn)有地下各類專業(yè)管網(wǎng)的資料殘缺不全，且有關(guān)資料精度不高或與現(xiàn)狀不符，在建設(shè)施工中時常發(fā)生挖斷或挖壞地下管網(wǎng)，造成停氣、停水、停暖、通信中斷、污水 四溢等嚴(yán)重事故。另一方面，我國現(xiàn)有地下專業(yè)管網(wǎng)的資料都以圖紙、圖表等形式記錄保存，采用人工方式管理，效率低下。為了解決這個問題 ，必須使用新的技術(shù)手段對地下管網(wǎng)進行管理。
城市地下管網(wǎng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)屬于處理地下管網(wǎng)專題數(shù)據(jù)的一種信息系統(tǒng)，是以地下管網(wǎng)空間信息和屬性信息為核心，利用計算機地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計算機圖形學(xué)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和信息可視化技術(shù)對城市地下管網(wǎng)進行綜合管理，為施工部門和管理部門提供地下管網(wǎng)準(zhǔn)確的走向和埋深等有關(guān)信息，通過進行各種分析，為領(lǐng)導(dǎo)部門進行管網(wǎng)規(guī)劃、管網(wǎng)改造等提供輔助決策功能。地下管線虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一是可以實現(xiàn)傳統(tǒng)手工處理方式向現(xiàn)代化信息管理轉(zhuǎn)型，以保證數(shù)據(jù)的實時更新、有效管理，避免重復(fù)收集數(shù)據(jù)信息；二是可為市政建設(shè)提供規(guī)劃、設(shè)計、決策服務(wù)；三是可為應(yīng)對突發(fā)事件提供支撐。
1 管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互問聯(lián)系的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組織和設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫模式提供基本方法。管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型是空間數(shù)據(jù)模型的一種，在管網(wǎng)數(shù)據(jù)的表達和管網(wǎng)空間分析等方面起著極其關(guān)鍵的作用。
1．1 城市地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)特點
城市地下管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施中的生命線，有地下神經(jīng)之稱，包括給水管網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)、供熱管網(wǎng)、排水管網(wǎng)、電力管網(wǎng)、排污管網(wǎng)和電信管網(wǎng)等。每一類管網(wǎng)都由管線段和附屬設(shè)施組成，呈樹狀、環(huán)狀或輻射狀，形成一個系統(tǒng)，系統(tǒng)的各組成元件相互影響，共同發(fā)揮作用 。
首先，地下管 網(wǎng)數(shù)據(jù)是一種基本網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，滿足網(wǎng)絡(luò)的一般特性 ，其基本構(gòu)成包括弧段和節(jié)點。節(jié)點包括管網(wǎng)點狀實體和三類特征點，即管徑變化點、埋深變化點和管網(wǎng)交點，弧段表示相鄰節(jié)點問的管線段 。其次 ，地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)有區(qū)別于一般網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的特殊性。地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)包括兩種基本類型：樹狀管網(wǎng)和環(huán)狀管 網(wǎng)。樹狀管網(wǎng)大多是重力管網(wǎng)，其弧段都是單向弧段，方向取決于起始節(jié)點的高程值，如排水管網(wǎng)就屬于這類管網(wǎng)。而燃氣、給水等壓力管線在設(shè)計時為了盡可能減少事故造成的影響，大多采用環(huán)狀設(shè)計，同時大、中城市的燃氣、給水等管網(wǎng)都采用多個源頭，使得這些管線呈多源環(huán)狀分布。
1．2 系統(tǒng)概念模型設(shè)計
概念模型反映了城市地下管網(wǎng)所包含的各部分?jǐn)?shù)據(jù)之間的關(guān)系。根據(jù)分層概念和管網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點，設(shè)計了城市地下管網(wǎng)的概念模型，如圖1所示。
在該模型中，首先將城市分成多個城區(qū)，每個城區(qū)的信息又分成基本框架信息和管網(wǎng)信息兩部分。管網(wǎng)信息包含給水管網(wǎng)層、燃氣管網(wǎng)層、供熱管網(wǎng)層、排水管網(wǎng)層、電力管網(wǎng)層、排污管網(wǎng)層和電信管網(wǎng)層等 7個層。每層包含點狀實體和特征點、線狀實體兩類數(shù)據(jù)。實體和特征點由節(jié)點和指明節(jié)點特征的標(biāo)記組成，點由幾何坐標(biāo)定位；線狀實體類由弧段和指明弧段特征的標(biāo)記組成，弧段由一系列坐標(biāo)點描述�；究蚣苄畔⒎从沉顺鞘谢久婷玻牲c狀、線狀和面狀三類實體組成。該模型中所有實體都有區(qū)別于其他實體的屬性特征。
1．3 地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)
在空間數(shù)據(jù)庫中，空間數(shù)據(jù)的表達方法主要有柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格矢量一體化結(jié)構(gòu)等。
1．3．1 柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
柵格模型由規(guī)則的正方形或矩形柵格組成，每個柵格代表 1個像元。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際上就是像元陣列，像元由行列號確定它的位置。點狀實體在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中表示為 1個像元；線狀實體則由在一定方向上連接成串的相鄰像元集合；面狀實體表示為聚合在一起的相鄰像元集合。柵格數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、空間數(shù)據(jù)的疊加和組合方便、各類空間分析易于進行以及模擬方便等優(yōu)點，但同時存在著圖形數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)精度低、地圖輸出不精美以及難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系等缺點。
1．3．2 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用點串序列來表示空間實體的邊界形狀和分布。點狀實體在矢量（未完，下一頁）
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