摘要：地下管网是城市生活正常运行的“生命线”，其具有隐蔽性、复杂性、多样性等特点，通过GIS技术对地下管网进行管理，实现查询定位、增删改查、二维展示、空间分析等操作是目前大多数管线系统具备的基本功能，个别管线系统具有三维管线展示功能，但三维管线是通过手工建模实现，成本高、效率低，而且不能实现二维管线和三维管线的联动和数据同步更新。本文通过临潭县地下综合管线系统建设，利用ArcGIS Engine[1]平台实现管线二三维一体化建设，实现管线二三维展示、更新、联动一体化。
　　关键词：地下管网;二三维一体化;ArcGIS Engine
　　引言
　　近些年临潭县城市化进程进展迅速，管网资料越来越多，给管网普查及探测工作带来了较大的困难，另外管网管理人员频繁的流动，也造成管网资料不清，已有的资料与现状差别较大，甚至部分管网铺设的年代久远，历史资料无从查起。以纸质管网地图的传统管理模式已不能满足临潭县“合理管理、科学规划、快速抢险、高效服务”的社会要求。这迫切需要有一套二三维一体化地下管网的系统出现来帮助管理者去管理这些“隐形的”管线网络。
　　1管网系统架构设计
　　临潭县管网系统采用C/S体系结构进行设计，为地下管网管理提供各类地下管网数据、地形数据、专题数据、影像数据，系统采用ArcGIS Engine10.0为系统的二次开发平台，采用Personal Geodatabase为空间数据库，实现管网数据和地形数据的显示、查询、统计、分析、更新、服务等功能，为地下管网管理工作提供软件支撑。系统总体架构由用户层、功能模块层、数据库层以及支持平台组成，在架构设计的过程中还遵照了各类国家标准规范，如图1所示为系统总体技术架构图。

　　图 1 管网系统总体技术架构图

　　2管网系统数据库设计
　　2. 1GeoDatabase[2]空间数据模型
　　空间地理数据库模型设计是任何GIS系统设计的核心工作之一，该模型的设计也是推动GIS系统发展，使其不断完善提高的关键。在本系统中为了方便管网要素以及与其相关的地理要素，系统使用GeoDatabase空间数据模型来统一管理管网数据，GeoDatabase是一种全新的面向对象的空间数据模型，是建立在DBMS之上的统一的、智能的空间数据模型。GeoDatabase支持表达具有不同类型特征的对象，包括简单的物体、地理要素(具有空间信息的对象)、网络要素(与其他要素有几何关系的对象)、拓扑相关要素、注记要素以及其他更专业的特征类型。该模型还允许定义对象之间的关系和规则，从而保持地物对象间相关性和拓扑性的完整。临潭县三维地下综合管网系统利用GeoDatabase空间数据库模型以层次结构的管网数据对象来组织地理数据，这些数据对象存储在要素类、对象类和数据集中进行统一管理，这对有效地管理地下综合管网具有重要的意义[3]。
临潭县三维地下综合管网系统中GeoDatabase的基本体系结构包括网络数据集、影像数据、管点要素类、管网要素集、对象类、其他要素类等。如图2所示为系统的GeoDatabase体系结构图。

　　图 2 Geodatabase体系结构图

　　2.2管网分类代码与属性结构
　　按管线的功能将临潭县探测的管网分为7个大类，每一大类管网根据其传输物质、功能和管理部门的不同又分为若干小类，临潭县管网共有12个小类，管网大类、小类和颜色对应的种类、代码、名称和色号如表1所示。
　　表1管网分类及代码表

　　管线属性信息是建立管线数据库的基础，是地下三维管线系统中进行空间分析的必要条件，所有的查询、统计、分析都是基于这些属性信息。因此各类管网、管点要素属性信息的完整性与正确性与否对三维地下综合管网系统的数据模型构建、数据信息管理有至关重要的作用。 地下管线都是由管线和管点所组成，其属性信息结构如表2、 3所示。各类管网层的属性信息结构基本相同，但根据管线用途的不同，管线的属性信息结构表略有区别。
　　表2 管网属性结构表

　　表 3 管点属性结构表

　　3二三维一体化技术实现
　　3.1二三维展示一体化
　　通过ArcGIS Sense自带的模型样式对管网线状要素进行渲染，其本质是对二维管线要素进行符号化，并没有增加新的地理要素，这样即可实现二三维展示一体化。具体操作是在样式选择编辑器中首先选择样式类型为3D Simple Line Symbol(3D简单线状模型)，选择所渲染管网对应的标准颜色，然后选择Style为Tube类型，如图3所示是对供水管网进行渲染操作和三维展示效果。

　　图 3三维管网渲染与展示

　　3.2二三维更新一体化
　　本系统二三场景共用一套数据，因此二维和三维场景采用同样的基于模板的编辑(ArcGIS10.0以上版本新增功能)，支持标准GIS数据编辑功能(要素模板增、删、改，属性编辑)，三维捕捉，三维图形编辑等，无论在二维场景还是三维场景都可实现数据一次编辑，二三维数据同步更新的结果，以所见即所得的编辑方式同步实现二三数据更新一体化。
　　3.3二三维联动一体化
　　系统二三维展示各使用一个窗口界面，二三维数据平面、高程基准一致，两个窗口界面联动操作时会自动左右分屏显示，鼠标点击拖动任一屏地图，另一屏二维或三维地图便会自动联动，其本质是获取鼠标点击时的二维空间坐标、三维相机高度角、方位角等数学要素，再通过程序控制地图显示场景，二三维数据通过交互事件触发机制保持其显示区域的同步，图4所示是二三维联动场景。

　　图 4 管网联动一体化效果

　　4系统其他功能
　　系统除具有基本的地图操作、量测查询、空间数据管理、制图表达功能模块外，空间分析是整个系统功能的核心模块，包括纵横断面分析、净距分析、爆管分析、管阀分析、缓冲区分析、抢险分析、预警分析等功能，图5展示了系统若干空间分析功能。

　　图 5 系统功能截图

　　5结语
　　二三维一体化技术在地下管网管理系统的建设中充分利用了二维 GIS 强大的空间分析功能和三维GIS展示管理的直观性，二三维一体化技术的应用为地下管线数字化管理提供了有益借鉴。本系统不足之处主要是系统采用C/S结构进行研究开发，没有进行B/S结构下WebGIS[4]的应用开发。在功能应用上C/S侧重管网的维护管理，B/S侧重于管网信息的网络发布与共享，后续可以在C/S和B/S一体化上进行开发研究。
　　参考文献
　　[1] 邱洪钢,张青莲,陆绍刚.ArcGIS Engine开发从入门到精通[M].北京:人民邮电出版社,2010.
　　[2] 罗智勇，刘湘南. 基于Geodatabase模型的空间数据库设计方法[J].地球信息科学,2004,04:105-109.
　　[3] 杨志刚等.三维城市地下管网信息系统研究与应用[J].成都大学学报,2009,28(4) :346-348.

　    [4] M.zurMuehlen,J.V.Nickerson,and K.D.Swenson.DeveloPing Web Service Choreograph Standards—theease of REST VS.SOAP[J].Deeision Support Systems,2005,40(l):9-29.