城市基础设施三维可视化管理平台(简介)

城市基础设施三维可视化管理系统（简介）随着全球信息化的变革，科技的不断进步，三维模拟技术的适用领域也越来越广泛。基础设施三维可视化管理系统（以下简称为可视化管理系统）是就对当前基础设施资源基础数据三维模拟的综合应用。通过可视化管理系统的建立，模拟整全城的市貌，动态生成管网三维，并通过对基础设施的管理、分析，为基础设施建设、维护、指挥决策等各方面的应用提供依据。可视化管理系统是将基础设施平面数据的三维可视化展现，通过将平面数据以及三维数据动态的联动，增强了“所见即所得”的用户体验。可以通过属性查询来获取当前的三维信息，也可以通过三维图形获取对应的属性信息，达到真正的图文联动，“三维”和“属性”的互查；可以通过动态生产管网三维，展示当前管网的三维模拟效果，并在此基础上进行日常的测量、浏览、查询、分析等，加强了基础设施的数字化建设，为基础设施的建设、指挥决策提供了更加明了、更加形象的可视化依据。可视化管理系统的建立是符合当前社会新潮、满足当前社会需要的新型产业软件，是三维模拟技术与数字化基础设施结合的产物，具有蓬勃的发展潜力。一、系统目标建立可视化管理系统时，应在基础平台选择、数据规范、应用系统的可维护性和可扩充性等方面给予全面的考虑和留有充分的余地，使之能随着前期目标的实现，有计划有步骤地开展数据搜集和建库工作，不断完善系统功能、扩大应用范围，使系统逐步演进成一个更高层次的可视化管理系统。结合市当前规划管理的业务特征，遵循求实可行的方针，以实用性、先进性、开放性、可靠性为原则，在统一的软硬件平台上，建立起可视化管理系统，具体目标主要有：建立各种建筑物、纹理材质以及管网附属设施模型库，是动态生成三维场景必不可少的一部分；建立三维的基础地形数据库；实现动态生成管网三维并建立对应的管网数据库；建立可视化管理系统，实现对城市管网属性的查询、管理，以及分析功能，为城市规划、建设提供决策依据和服务，为管网规划、抢险、改建、扩建等提供技术支持。在实现初步目标后，通过充实和丰富基础地理数据库、管网数据库的内容，不断提高基础空间信息系统对基础设施管理应用的支持力度，由易到难逐步实现各种空间分析、管网辅助设计、监测、维修分析等功能，提高分析能力和辅助决策手段，强化管理的科学性。通过循序渐进、滚动发展的原则，在局与各权属单位的共同努力下，逐步建成一个具有相当覆盖范围的，设计方案与辅助决策结合，地形及管网现状与动态更新结合，具有图文一体化的，能实现多级管理模式的可视化管理系统。二、系统功能三维可视化管理系统功能分布图：1.可视化基础操作可视化基础操作是可视化管理系统基本操作的集合。集中表现为放大、缩小、拖拽浏览、滑动模式、环绕飞行等浏览模式以及可视化系统中日常使用的其他操作，是可视化系统的基础。1．放大/缩小浏览通过在三维界面上，滑动鼠标滚轮，从而实现放大/缩小三维图形。可以通过选定级别进行浏览。2．拖拽浏览通过在三维界面下，按住鼠标并拖动，从而实现拖拽浏览。3．滑动模式浏览即在三维界面下，通过鼠标移动一个方向，系统自动按照鼠标的方向进行自动慢慢平移。4．环绕飞行浏览以主视窗的中间点为中心360度环绕飞行进行浏览。5．地下管网浏览模式透过道路查看地下管网信息，实现沿路横剖或纵剖行走察看地下管网数据。6．行走模式通过制定人物视角，沿道路或者其他指定路线，对周围地物进行浏览。7．捕捉设置开启/关闭三维场景的捕捉开关、以及设置三维场景中捕捉的内容。8．二三维联动通过通信实现二维视图和三维视图之间的互动，体现在放大、缩小、移动等操作的互动。可以随时启动或者取消联动。2.可视化模型配置可视化模型配置集中管理了对三维符号模型以及管网纹理的配置，以便在动态生成三维管网过程时，根据模型配置调用适当的模型参数，生成更加形象逼真的三维管网。可视化模型配置主要提供了对三维符号模型和管网纹理的配置。1．三维符号模型配置三维符号模型配置功能主要针对当前管网数据，按照管点的节点性质，预先配置正确的节点模型，以便于在动态生成三维管网时，根据配置加载、应用正确的节点模型。模型文件以本地文件方式存储加载。三维节点模型分可缩放模型和不可缩放模型，不可缩放模型，按照管点位置，直接加载，移动即可，该类模型为实际固定大小（一般表现为路灯，调压箱等地上附属设施）。可缩放模型分三轴同步缩放和平面同步、垂直不同步缩放两种模型，该类模型一般是指定比例大小来制作（为方便缩放，统一半径为1个单位）。三轴同步模型是指在x/y/z三轴上的缩放比例一致，如直线点等；平面同步、垂直不同步缩放模型是指在水平面上缩放比例一致，但在垂直方向上缩放比例不一致的模型，比如污水井等附属设置。地下管网三维符号统一按照1：1比例进行建模，在将管点与管网进行配准时，首先计算与此管点连接的管网，取得每条管网的管径和管网夹角，由此可得出符号的缩放比例和旋转角度，考虑连接管径有不同以及角度不平行或者垂直的情况，模型在建立时要进行分解，就是将需要连接管网的地方单独做模型，然后合并为一个整体模型，这样可以实现针对管径不同来进行不同的缩放，也可实现根据角度调整符号中与管网连接部分。对于地上管网附属设施力争按照实际比例进行建模，在将管点与管网进行配准时，需要直接将该类管网设施按照实际的摆放位置插入即可。在实际应用中，可以根据实际需求，实现更多细节上的功能，比如说是否拉伸到地面（一般的井类附属设施都会拉伸到地面）；比如说模型底面是否固定，固定时，底部是圆形还是方形，大小为多少（井类附属设施底部一般都为固定大小）；不固定时，默认取与之相连的管道/管沟的最大尺度；为了效果的突出，往往会将附属节点在水平方向是扩充一定比例（底部固定大小的除外），垂直方向上向下偏移尺度（井类设施如污水井，在取与之相连的所有管道中高程值最低的一个以后，还需要在垂直方向上，向下偏移一定的尺度）。2．管网颜色以及纹理配置三维管网颜色以及纹理的配置，主要应用于在动态生成管网三维时，按照设定的正确配置来模拟生成地下管网三维的实际情况。其中管网颜色可以在管网生成界面中自己自定义设置，也可以选择随层，即默认管网图层的颜色；纹理配置是指按照管网的实际情况，在生成的管道/管沟上贴上实际的纹理图片。模型文件以本地文件方式存储加载。1.1动态生成三维管网对区域范围内基础设施资源管网数据，模拟生成基础设施资源管网的三维场景（地上三维地形场景通常静态建模以后直接调用）。并可以对生成的三维场景进行观察、漫游与查询。以便用户对区域范围内的复杂三维管线分布进行察看。根据基础设施资源管网数据生成管网三维效果，通过设置地下浏览模式可以到查看地下管网三维效果。通过设置整体浏览管道模式，可以透过路面直接查看地下管网，实现沿着道路的横剖面或纵剖面在有建筑参考的情况下浏览管网。图：动态生成三维管网动态生成三维管网通过遍历范围内的每一条管道，根据属性信息，获取管网的三维起点、终点的坐标，计算倾斜角度，来绘制管网。管网根据种类分圆形管道和方形管沟，圆形管道的圆柱体以12面为标准；方形管沟按照沟截面宽高属性值来绘制。通过管网颜色以及纹理配置，读取当前管网的颜色或者纹理文件，对当前管网绘色或者贴图。对于管点，通过三维符号模型配置获取对应的符号模型，以及缩放模式。然后通过计算与之相连的所有管线的高程值，管径值（圆形管网）、沟截面宽高（沟状管网）来计算当前管点符号模型的缩放值、偏移值以及旋转角度，从而更加贴近的模拟实际管网附属设施的分布情况、以及与管网间的连接情况。为方便管理，和平面二维数据类似，对于不同种类的管网，在动态生成管网三维时，同样按照管网种类分层管理。1.2可视化应用分析可视化管理系统的可视化应用分析模块主要是对系统动态生成的管网进行查询、分析，为基础设施的建设提供直观展示以及辅助决策。1．测量工具量测工具是指三维平台本身提供的一些常用的测量工具，其测量范围主要有水平距离、垂直距离、空间距离以及面积。（1）水平距离量算测量空间两点间的水平距离。（2）垂直距离量算测量空间两点间的垂直距离。（3）空间距离量算测量空间两点间的空间距离。（4）面积量算测量空间区域范围的面积。2．路径根据事先定义的路线，将整个过程进行回放。包括创建路径、路径记录、播放路径、路径暂停、路径停止、路径起始位置以及路径终止位置的设置等。（1）创建路径可以创建一个新的自定义路径。（2）路径记录路径记录可以将用户的操作顺序记录下来，保存在路径里边，以便今后的回放。（3）播放路径可以按照设定的路径进行自动浏览漫游，或者继续播放当前暂停的路径。（4）路径暂停可以暂停当前播放的路径。（5）路径停止退出路径执行状态。（6）路径起始/终点位置设置路径的起始、终点的位置。3．图形定位图形定位是在当前存在的基础资源数据中，通过指定条件、参数，将图形视野定位到该参数对应的位置。（1）建筑物/道路定位通过建筑物或道路名称进行查询匹配定位。将图形视野定位到该建筑物、道路对应的位置。（2）坐标定位通过指定坐标来定位到该位置。（3）图形对象定位通过图形对象列表，选择定位的对象，进行飞行定位。4．查询统计（1）点击查询通过在三维视图上点击查询指定的图形，从而查询该图形的属性信息。（2）区域对象分类统计选择多边形框选范围内的对象，并获得选中区域内的对象集，统计区域内的实体数并形成分类列表。5．分析模块针对当前的三维图形信息，对动态生成的管网图形，模拟实现GIS系统中常用分析功能，模拟现实管网的真实分布情况，增强视觉体验。主要有剖面分析、水平/垂直净距分析、汇水分析、等高线分析、最佳路径分析、视域分析等。（1）剖面分析对所选地区场景进行剖面观察，可分析出地表起伏状况。（2）水平净距分析同二维GIS中的水平净距分析，计算指定管网在区域范围内，和相邻管网之间的水平距离。（3）垂直净距分析同二维GIS中的垂直净距分析，计算指定管网在区域范围内，和相邻管网之间的垂直距离。（4）最佳路径分析根据给定的参数，如放样间隔，上升的最大坡度，下降的最大坡度，允许的放样宽度等信息，依据地形的走势，自动解算出最佳的放样线路（5）视域分析在场景中任选一点和视角范围可以进行视域可见分析。1.3系统维护模块系统维护模块主要是包含系统的日程维护信息、定位配置、以及符号模型的管理等功能。其中系统的日志维护信息主要有日志管理、用户管理等。是用户运行的基础保障。1．日志管理日志管理主要是对登录系统的用户的信息进行记录，同时根据设置情况，把用户对一些功能操作情况也进行记录。在管理窗口上可以对记录的日志信息进行按用户、按登录时间、按时间段、按角色(或用户组)、按IP进行查询；也可以把全部日志信息或部分日志信息进行导出归档；可以从记录表中删除日志信息；系统管理员可以根据业务管理需要，对用户使用的功能操作情况进行记录设置。（1）日志信息管理日志信息管理是从日志信息记录表中获取系统所有日志记录信息。用户可以根据需要，通过用户名、隶属角色(或隶属用户组)、隶属行政单位、IP地址、时间段等信息对日志信息表的各相关字段进行日志信息过滤查询，并可把查询到记录进行导出。用户可以根据日志信息是否还有实际意义，可删除有条件的删除日志记录。用户可以根据业务管理需要，对各子系统里的功能模块进行设置，在日志信息记录的时候可以根据设置情况进行功能操作的记录。（2）日志信息记录根据记录日志的三种情况(登录时、退出时、运行时),对外公布三个函数接口或一个函数有三种模式。系统登录时在日志信息表里添加一个新的记录，除退出时间和操作信息情况两个字段内容不填外，其余都要填写，同时在“退出时间”字段里填写“非正常退出”。系统运行时可以在每个功能项里调用日志信息记录函数，传入“当前用户名”、“功能编码”、“功能描述”三个参数，根据输入参数情况与日志操作设置情况进行比较，只记录在操作设置范围内的功能操作。系统退出时找到该用户最近的登录信息，并判断它的“退出时间”是否为“非正常退出”，若是则直接更改该字段内容为退出时间。2．用户管理用户管理主要是对系统的现有用户、新增用户、以及角色（用户组）等用户信息的管理。用户信息管理实现了以角色的方式对用户进行管