摘要：三维管网可以还原地下管线的复杂空间分布情况，而管网附属设施至关重要，为快速在三维场景中重现三维管网附属设施模型，本文以探索了一种基于标准符号库及属性数据的附属设施批量自动三维建模方法，可以实现以管线附属设施标准模型库为基础，结合其尺寸属性信息及节点直连管线分布情况，系统自适应调整管线附属设施尺寸、方位，完成大批量的管线附属设施三维场景自动建模。
关键词：管网附属设施；三维建模；自适应
引言：随着三维GIS技术的发展，各种地下三维综合管网系统层出不穷，针对三维管网基础数据模型建设方法也各不相同。传统的管网附属设施三维建模方法一般只能达到定性表示程度，即将同一种附属设施用同一个三维模型表示；部分软件可以提供对单个管网附属设施模型的修改[1]，然而面对动辄成千上万的数据量，建模要浪费大量的人力物力，针对这种情况，本文探索研究了一种以标准的三维模型符号库为基础，结合具体附属设施实测尺寸及属性信息、设施直连管线方位信息的三维管网附属设施自适应建模方法，以快速实现大批量的三维管网附属设施建模。
1.方法思路
该系统方法主要需实现管线附属设施三个方面的系统自适应：附属设施标准模型库类型匹配、附属设施尺寸自适应、附属设施实际方位自动调整。通过系统自动计算匹配这三个方面的模型实际情况，可以实现管线附属设施在三维管网场景中的模型再现，满足用户定量应用的需要，其思路如下图1所示。
图1 管网附属设施模型自适应思路
图2 模型符号方位匹配过程
1.1附属设施标准模型库建设
本文的系统方法是以SuperMap 作为基础GIS平台[2]，因此，标准模型符号库的建设可以使用其自带的符号管理工具进行建设。
具体思路是以3dMax作为基础建模软件，对每种管网附属实施类型，如污水井、雨篦、电力检修井等等，建立相应的基础尺寸三维模型；通过符号库导入功能将建立的模型导入到相应的符号库，并对每一种模型建立对应编号，建立完整的三维管网附属设施标准模型库。
1.2基于实测属性的尺寸自适应
每一种管网附属设施包含不同的尺寸信息，如连接设备的管径、井的井深等实测尺寸，通过与标准尺寸符号库模型进行对比，自动计算出在三维模型各个方向上的缩放比例，从而自动实现附属设施模型的自动匹配。
以方形检修井为例，假设标准模型符号库中的模型尺寸高为H标，截面长度为L标，截面宽度为W标，管网标准实测获得属性字段包含井设施底部高程H底，地面高程H地，长度为L测，宽度为W测，横坐标为X，纵坐标为Y。通过属性横坐标X、纵坐标Y、底部高程H底自动将相应符号生成到准确位置；通过自动计算模型在高度上的缩放比例SZ=（H高-H底）/H标将模型符号在高度上自动匹配为真实模型高度；通过自动计算模型横截面在长度方向上的缩放比例Sx=L测/L标将标准模型符号在长度上自动匹配为真实模型长度；通过自动计算模型横截面在宽度方向上的缩放比例SY=W测/W标将标准模型符号在宽度上自动匹配为真实模型宽度。
1.3基于直连管线结构的方位自适应
在对标准符号进行尺寸缩放后，还需对符号方位进行计算，如上图2中a为燃气三通节点符号缩放尺寸后结果，其在水平和竖直方位上的还需要进行旋转匹配。
水平方向旋转角度：水平方向调整角度即竖直方向不变，绕空间坐标系Z轴旋转。假设符号库初始建模时模型X轴与正北方向的方位角为ψ1，该点对应管线的端点坐标为（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z1），则可以计算管线方位角为ψ2[3]，则通过将模型符号绕Z轴选择ψ2-ψ1度使其在水平方向上对齐，效果如图2中b所示。
竖直方向旋转角度：由图2中d可以知道，要旋转竖直方向需要绕X轴、绕Y轴旋转。假设模型符号X轴方向与水平面的夹角为ψ3，可以通过管线坐标计算该管线与水平方向投影的夹角为ψ4[4]，则符号绕Y轴选中的角度为ψ4-ψ3；同理，可计算符号模型绕X周旋转的角度。通过竖直方向的旋转，可以得到如图2中c所示的模型结果。该模型不仅能正确匹配管线附属设施实物的尺寸，其在实地的部署位置也可通过系统自动计算进行匹配，避免了大量人工进行调整的工作。
结语：本文提供的管网附属设施自适应方法，可以有效解决三维管网建模中大量附属设施需要逐个进行人工建模干预的情况。本方法结合实测数据通过系统进行自动计算代替人工对模型进行调整，使整个建模自动化程度大大提高，不仅节约了大量人力物力，也很大程度提高了建模结果的准确性。该方法的不足之处在于对管网附属设施结构存在要求，附属设施结构越规则，生成结果准确度越高，对于不规则的模型自适应方法还有待进一步研究完善。
参考文献：
[1].超图软件.自适应管线场景符号配置操作流程[DB/OL].https：//blog.csdn.net/supermapsupport/article/details/50035835.2015-11-25.
[2].中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 61-2017 城市地下管线探测技术规程.中国建筑工业出版社，2017
[3].宁津生.测绘学概论[M].武汉：武汉大学出版社，2004.
[4].同济大学数学系.高等数学第六版[M].北京：高等教育出版社，2007.
论文作者:袁亚明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/7
标签：模型论文; 管网论文; 附属设施论文; 管线论文; 建模论文; 符号论文; 自适应论文; 《基层建设》2018年第34期论文;