葉延磊，李 勇，何 慶，劉甲軍

(山東正元地理信息工程有限責任公司，山東濟南250100)

我國石化企業(yè)、鋼鐵冶金企業(yè)、裝備制造企業(yè)等大都具有廠區(qū)規(guī)模大、建廠時間久的特點，而且為了適應生產、發(fā)展的需要，大多都進行過多次改造，廠區(qū)基建資料繁雜、支離破碎、記憶不清，地下管線也較城市管線更加密集、復雜，致使有效管理十分不便、安全事故時有發(fā)生。隨著科學技術的進步，廠區(qū)改造頻率將大大提高，因此大型廠區(qū)總圖管理采取先進而有效的手段就顯得十分重要和緊迫。

隨著GIS應用漸趨成熟，以及在城市管理各領域的成功應用，部分大型企業(yè)率先將GIS技術引入到廠區(qū)總圖管理中。二、三維一體化技術融合二維和三維GIS優(yōu)勢，使一個系統(tǒng)中能夠同時包含二維和三維GIS的功能。采用二、三維一體化技術能夠實現(xiàn)對大型廠區(qū)地上建筑物、地下管線等的綜合化、立體化管理，不僅能為土地利用、資源管理、工程設計和規(guī)劃、管理決策、應急響應等提供翔實的信息支撐與服務，而且可對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強有力的保障。

一、系統(tǒng)總體設計

二、三維一體化總圖管理信息系統(tǒng)二維功能采用ArcGISEngine作為系統(tǒng)開發(fā)的底層組件，三維功能采用Skyline作為底層組件，采用微軟公司的Visual Studio2008為開發(fā)工具，C#為開發(fā)語言，以Oracle為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以ArcSDE為空間數(shù)據(jù)庫引擎來完成本系統(tǒng)的開發(fā);三維模型利用3ds Max軟件構建。

如圖1所示，系統(tǒng)采用C/S結構，提供地圖瀏覽、報表輸出、地圖打印、管線管理與編輯、管線更新、管線分析、信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、安全管理、系統(tǒng)管理;三維地圖瀏覽、管線分析、查詢、量測、二、三維聯(lián)動等功能。C/S主要通過企業(yè)內網實現(xiàn)信息共享，更適合企業(yè)內部管理、使用安全，滿足對地下管線的管理。

通過二、三維聯(lián)動，實現(xiàn)二維模塊與三維模塊的結合，其中二維模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、編輯管理、空間分析、輸出等;三維模塊主要是進行數(shù)據(jù)展現(xiàn)，特別是地下管線空間的關系，有利于了解當前地下管線的敷設情況，避免事故的發(fā)生，指導廠區(qū)下一步的規(guī)劃改造。

二、數(shù)據(jù)庫建立

系統(tǒng)數(shù)據(jù)涉及的數(shù)據(jù)包括廠區(qū)基礎地形數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)、地下管線數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等，以及系統(tǒng)運行的配置數(shù)據(jù)庫。

1.數(shù)據(jù)獲取與處理

(1)基礎數(shù)據(jù)

從廠區(qū)1∶500數(shù)字線劃地圖(DLG)中提取以下信息：水系及附屬設施、建筑用地及附屬設施、交通及附屬設施、植被、建筑名數(shù)據(jù)及其屬性、其他重要的設施信息點及其屬性。遵循和諧美觀、易識別等電子地圖配圖原則，對基礎數(shù)據(jù)地圖要素進行詳細分層、地理編碼、命名、符號化、添加注記等，形成廠區(qū)電子地圖。

廠區(qū)高分辨率影像(0.05～0.5 m分辨率)一般有航片或衛(wèi)片(QuickBird等)，航片可通過航空攝影測量等獲取;高程模型DEM則可根據(jù)基礎測繪資料或探測成果生成。利用高分辨率影像及高程數(shù)據(jù)生成三維場景。

(2)索引數(shù)據(jù)

從基礎數(shù)據(jù)圖層或廠區(qū)規(guī)劃圖中提取道路、重點建筑物、廠內重要設施信息點等的位置信息，并對每一地物賦予準確的名稱、地理編碼，作為地圖索引數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)廠區(qū)位置的快速定位調圖功能。索引數(shù)據(jù)要求盡量詳細。

圖1 系統(tǒng)結構圖

(3)地下管線數(shù)據(jù)

地下管線數(shù)據(jù)以及地上管廊數(shù)據(jù)一般來自地下管線探測普查。由具有地下管線探測資質的公司按照地下管線探測規(guī)程進行實地探測，形成外業(yè)探測管線庫，然后將外業(yè)探測庫經過管線、點一致性等檢查后，進行管線成圖，生成矢量管線庫。所有管線、管點屬性表結構應完全相同，地下管線的屬性一般包括材質、管徑、建設年代、起點高程、起點埋深、起點管點編號、終點高程、終點埋深、終點管點編號等。管點屬性一般包括X、Y坐標、特征、附屬物、高程、埋深等。

2.三維模型處理

三維建模流程一般為基礎數(shù)據(jù)獲取，紋理數(shù)據(jù)獲取，模型制作，模型檢查和成果提交。地上建筑物模型表面紋理利用數(shù)碼相機實地拍射獲取，以使模型更加接近真實世界，利用3ds Max軟件人工逐一構建建筑物模型。地下管線三維模型是由程序根據(jù)管線的坐標、高程、埋深、材質、管徑等信息自動生成，抽象生成的管線模型盡量接近客觀世界的三維符號、簡明且易判別。

3.數(shù)據(jù)建庫

基礎數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)等統(tǒng)一采用Geodatabase數(shù)據(jù)模型進行存儲，基于數(shù)據(jù)庫的Geodatabase使用范圍廣，支持海量數(shù)據(jù)以及多用戶并發(fā)訪問、版本管理等。系統(tǒng)采用目前空間數(shù)據(jù)的主流管理方式：ArcSDE+Oracle。將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集中在關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，借助關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、有效的管理，保證空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)間的一致性和完整性。根據(jù)不同的應用功能，建立了系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫、用戶權限數(shù)據(jù)庫、地圖定義數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)界面控制數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫、專題應用數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)異常信息數(shù)據(jù)庫等。

三、二、三維一體化

GIS的優(yōu)勢在于能夠直觀直接地展示復雜的地理信息，同時具有強大的空間分析功能。二維GIS擁有成熟的數(shù)據(jù)結構、多種多樣的專題圖和統(tǒng)計圖、豐富的查詢、強大的分析手段、成熟的業(yè)務處理流程等。三維GIS相比二維GIS更接近于人的視覺習慣，具有更加直觀、更加具體的優(yōu)勢，能夠更具體地表達空間關系，容易被更多的用戶所接受。二、三維一體化技術融合了二維和三維GIS的優(yōu)勢，使一個系統(tǒng)中能夠同時包含二維和三維GIS的功能。

在大型廠區(qū)二、三維一體化總圖管理信息系統(tǒng)中，采用二、三維一體化技術對綜合構建地上建筑物、地下管線等的三維實景模型，開發(fā)實現(xiàn)管線的查詢統(tǒng)計、空間分析、數(shù)據(jù)編輯更新、應急決策、輔助設計、三維空間分析等功能，實現(xiàn)廠區(qū)總圖綜合化、可視化管理。

四、系統(tǒng)主要功能模塊

1.基本功能

系統(tǒng)提供GIS系統(tǒng)常規(guī)的地圖操作功能，如地圖瀏覽、地圖定位、屬性查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、量測標注、輸出等，這些操作相互配合使用，能夠幫助用戶快速的了解廠區(qū)總圖現(xiàn)狀信息，并可將相關信息打印輸出。

2.管線分析

提供管線橫斷面分析、縱斷面分析等功能，并將分析結果以圖件和數(shù)字的形式展現(xiàn)給用戶，使用戶更加直觀地了解該具體位置的地下管線情況(見圖2)。

管線垂直凈距分析、水平凈距分析、覆土深度分析等用于判斷具體位置的管線敷設是否符號國家管線埋設規(guī)范;首先選定管線上的某個點，判定管線類型，然后進行空間運算內插得到該管線該點處的空間位置、埋深等信息，計算相應的水平、垂直凈距、埋深等，將數(shù)值與管線埋設規(guī)范比較，以判斷是否符合規(guī)范，如不符則給出提示。

當某段給水或燃氣管線發(fā)生爆管事故時，可利用該功能在地圖上搜索需要關閉的閥門，并幫助用戶快速定位到應關閉的閥門位置，得知相應的閥門屬性信息，最大限度減少損失，避免引起人身安全。

圖2 縱斷面分析圖

3.管線編輯

當對地下管線進行改造、更新時，及時對系統(tǒng)內的管線數(shù)據(jù)進行相應的編輯，以保證數(shù)據(jù)的有效性，方便管理。包括添加、刪除管線、管點，修改管線、管點屬性，改變管線走向等。

4.地形編輯

當廠區(qū)部分區(qū)域重新規(guī)劃或進行修建性改造時，需及時對系統(tǒng)內的地形數(shù)據(jù)進行編輯管理，以保證地形數(shù)據(jù)的有效性，方便管理。包括添加、刪除地物點、線、面，修改屬性信息，修改點、線、面位置等。

5.輔助設計

當城市內某條道路要進行擴建時，利用道路擴建分析功能可對因道路擴建影響到的房屋、綠地、管線等進行統(tǒng)計分析，計算出受影響的范圍，生成報表。

利用管線規(guī)劃設計功能設計新管線，使設計的管線符合各規(guī)范值(水平凈距、垂直凈距、覆土深度等)。

當某區(qū)域發(fā)拆遷改造時，可以利用范圍拆遷功能對該區(qū)域進行分析，確定該區(qū)域內因拆遷而影響到的建筑物、綠地、控制點、管線等，生成報表。

6.三維空間分析

三維模塊同樣提供管線垂直凈距分析、水平凈距分析功能，分析結果更加直觀。同時提供地面挖洞分析、沿道路挖洞分析等開挖功能，幫助用戶隨時了解具體位置地下管線的空間位置信息，對施工、決策提供參考。

五、應用案例

攀鋼集團是中國最大、世界第二的產釩企業(yè)，有40多年的歷史，冷軋廠規(guī)模巨大，所處地理位置地形起伏較大，并且為適應企業(yè)發(fā)展，廠區(qū)經過多次改造、建設，并有大量的人員變動，導致基建資料雜亂無章，特別是地下管線現(xiàn)狀不清，總圖管理十分不便。為了更加有效地進行總圖管理，摸清現(xiàn)狀，攀鋼集團投入大量人力、物力建設完成攀鋼二、三維一體化總圖管理信息系統(tǒng)，構建了地上建筑和地下管線的三維實景模型，開發(fā)完成了地下管線的查詢統(tǒng)計、空間分析、應急決策、輔助設計、數(shù)據(jù)更新等功能，實現(xiàn)總圖管理工作的可視化，大大提高了總圖管理信息化進程和管理效率(如圖3、圖4所示)。

圖3 攀鋼二、三維一體化總圖管理信息系統(tǒng)的二維界面

圖4 攀鋼二、三維一體化總圖管理信息系統(tǒng)的三維界面

六、結束語

總圖管理信息化是大型生產制造企業(yè)信息化工作的重要組成部分?；诖笮蛷S區(qū)總圖管理現(xiàn)狀，綜合運用二、三維一體化技術，整理總圖資料，構建廠區(qū)地上建筑和地下管線的三維實景模型，建設二、三維一體化的總圖管理系統(tǒng)，能夠使廠區(qū)總圖管理工作可視化、具體化，使總圖管理工作能夠適應并滿足企業(yè)的發(fā)展需要和信息化進程。

［1］徐地保，王丙濤.張家港市數(shù)字城市三維平臺建設［J］.現(xiàn)代測繪，2010(6)：57-58

［2］王昌翰，李響.二維GIS與三維仿真結合的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.城市勘測.2008(3)：10-13.

［3］謝義林，汪云甲.利用虛擬場景實現(xiàn)3DGIS的研究與應用［J］.測繪工程，2006(6)：43-46.

［4］楊必勝，李清泉，梅寶燕.3維城市模型的可視化研究［J］.測繪學報，2000，29(2)：149-154.