深圳地铁安保区范围地下管线与地质资料三维信息管理系统

时间：2022-01-24 理论教育版权反馈

【摘要】：综上所述，基于三维GIS技术建立深圳市地铁安保区范围地下管线与地质资料三维信息管理系统，是根据三维GIS技术功能特点，结合深圳市地铁发展现状以及长远规划的必然选择，同时也是深圳市三维数字城市发展的必由之路。2　系统分析与设计深圳地铁安保区地下管线与地质资料三维管理系统运用3DGIS技术，实现了空间数据三维管理、应用分析的三维可视化，以及地铁隧道、站点、地下管线、岩土工程地层、安保工程的综合虚拟现实展示。

深圳地铁安保区范围地下管线与地质资料三维地理信息系统建设与研究_深圳地质工程三十

深圳地铁安保区范围地下管线与地质资料三维地理信息系统建设与研究

陈　鸿1^[1]，王　勇²

（1.深圳市市政设计研究院有限公司，深圳518029；

2.深圳市伟图科技开发有限公司，深圳518034）

摘　要:本文介绍了深圳市地铁安保区范围地下管线与地质资料三维地理信息系统的设计与实现、主要技术成果和综合应用效果。该系统建立了基于3DGIS的地铁安保区范围内的地下管线、工程地质、安保综合信息的二维、三维一体化的数字地铁系统；实现了深圳地铁安保区范围内管线和地质信息的集中管理、统一调配、资源共享；为地铁项目的规划设计、施工及运行管理、地铁及周边地下空间统一开发利用提供了完整的信息服务与决策支持。

关键词:地铁安保区；地下管线与地质资料；三维地理信息系统；建设与研究

Construction of 3DGIS in Shenzhen Metro

Chen Hong¹，Wang Yong²

（1.Shenzhen Municipal Exploration ＆Design Institute Co.Ltd.，Shenzhen518034；

2.Shenzhen Wayto Technology Co.Ltd.，Shenzhen518034）

Abstract:Introducing the design，implementation，main technical achievements and comprehensive apply effects of“3Dmanagement system for underground pipeline and geological data of Shenzhen metro security zone”.This project builds up the 3DGIS-based 2D＆3Dintegration digital metro system for underground pipeline，engineering geology and comprehensive information within metro security zone；implements the central management，unified deployment and resource sharing of pipeline and geological data of Shenzhen metro security zone；provides integrated information services and decision support to metro project’s design，construction and operation management，unified development of metro and the surrounding space.

Key words:metro security zone；underground pipeline and geological data；3DGIS；the construction and research

1　背景

随着近几年深圳地铁建设进程的加速，由地铁施工引起的沿线管线改迁工程规模越来越大，地下管线资料的管理和应用问题日益突出。在传统的管线资料管理模式下，图文表格不统一，分类统计、检索速度慢，不利于综合分析，存在较多弊端。采用人工方式管理，资料更新维护效率低下，导致资料的更新差。这些因素为管线的设计与施工埋下了隐患，也不可避免的给地铁工程建设带来损失。

同时，地铁建设积累了大量的地质资料，用传统的图表不能完全表达地质信息的空间分布及岩层和结构面间的位置关系。建立地铁沿线的地质三维可视化信息管理系统，能逼真地反映地铁沿线岩土层的空间分布情况以及地下主要地质结构，为地质工作者分析研究工程地质现象和发现掌握岩土体结构规律，提供一种新的研究手段和方法。建立可视化信息管理系统，可对庞大的地质数据进行高效管理，实现快速查询分析，还可避免不必要的重复勘察工作。

综上所述，基于三维GIS技术建立深圳市地铁安保区范围地下管线与地质资料三维信息管理系统，是根据三维GIS技术功能特点，结合深圳市地铁发展现状以及长远规划的必然选择，同时也是深圳市三维数字城市发展的必由之路。

2　系统分析与设计

深圳地铁安保区地下管线与地质资料三维管理系统运用3DGIS技术，实现了空间数据三维管理、应用分析的三维可视化，以及地铁隧道、站点、地下管线、岩土工程地层、安保工程的综合虚拟现实展示。

2.1　系统功能

本系统主要由两大模块构成，即系统维护模块和应用分析模块（图1）。其中系统维护模块主要使用对象为系统维护人员，该模块主要任务是进行系统权限设置，对服务器端保存的各类数据进行维护，包括管线、地层、站点、建筑各种三维模型的更新，工程地质勘察资料的管理和安全保护资料的管理。

图1　系统主要功能示意图

应用分析模块的使用对象则是地铁规划设计、运行管理相关管理决策和工程技术人员。该模块提供了从二维到三维，涵盖地铁安保区范围的地下综合管线及工程地质，以及安全保护管理三方面业务的各种数据浏览、检索查询、分析计算功能。在最主要的三维应用方面，可以在任意位置上，对地铁相关地下空间剖切，生成剖面图和综合格栅图，对地下管线、钻孔、地层、隧道、站点进行全方位、三维立体透视观察，全面直观地进行分析计算，彻底了解各地层断面与地铁要素的关系。

2.2　系统架构

本系统是基于ArcGIS 10.1最新版的基础上开发而成的C/S架构的Windows桌面应用系统，采用最新的VS2010的C＃为开发语言，在服务器端主要利用ArcSDE存储管理各种空间数据和属性数据。另外还利用ArcGISServer提供影像和地图缓存服务，这样可以高效访问影像和相对固定的矢量地图数据。

在客户端，以ArcEngine10.1，VS2010的C＃为开发语言，在.NetFramework4.0的基础上开发。系统数据包括全深圳地表影像、各种基础地理矢量数据，地铁1、2、5线的工程地质钻孔数据，工程勘察文档，1、2、5线安保区范围的地下综合管线，安保区检测和工程数据。另外，还有标志建筑、地铁隧道、站点、地下管线、岩土工程地层等三维模型数据（图2）。

图2　系统结构示意图

3　系统特点

为了实现深圳地铁安保区范围内管线和地质信息的集中管理、统一调配、资源共享，建立综合管线和地质数据处理与维护的统一平台、规划管理与设计服务的平台、各专业管线和地质信息系统交互共享的平台，系统以先进的3DGIS技术为基础对地铁沿线的管线、地质信息与数据实施综合管理；以地理空间数据库、三维模型库为基础，运用地理模型分析方法为手段组成一个共享平台。具有如下技术特点。

3.1　集成的地铁数字化系统

建立了以精确的地铁三维空间地理框架的地质、管线、安保综合信息的二维、三维一体化管理模型，系统准确、快捷、直观地表达地铁沿线各种信息、资源、数据，为地铁建设、安保、防灾、抢险、环境保护提供决策依据和有力的支持（图3～图4）。

图3　系统主界面

图4　综合剖面图

3.2　钻孔数据自动生成地层三维模型

大量的工程勘察钻孔数据，由于其来源不一、时间跨度大、地层划分方法各异，要将其建立地层三维模型，必须研究制定地层统一划分标准。为此必须设计一套计算机地层自动整理算法，可以按主层或亚层自动生成复杂地层三维模型（图5）。

图5　三维地层模型

3.3　模型的任意剖切和隧道模拟开挖

ArcEngine10.1主要提供了二维和三维地图控件等相关空间数据访问组件，为系统的快速开发提供了基础。系统实现地下三维模型的快速剖切算法，实现了动态剖切，极大地提高了分析的效率与可视化效果。利用ArcGIS的地理运算工具可以进行三维模型运算，但是参与运算的模型必须是ArcGIS判定的闭合模型。对于地铁站点、建筑等，手工建立的三维模型很难满足这个条件，为此项目组开发出了任意三维模型的剖切程序（图6、图7）。