地下管线多尺度几何语义建模研究

Spatial data of underground utility networks (UUN) is of great importance to their successful management. Now there are not any technique standards for multi-scale UUN information exchange, and it remains to be a barrier for UUN-related agencies from different fields to exchange and share appropriate data when necessary. During the course of our research we first make a thorough investigation of the management of typical utility networks and urban utility tunnel (UUT), then develop a multi-scale geometric and semantic model of UUN, and propose a scheme for multi-scale management and exchange of UUN information. This project focuses on the following aspects: .(1) By studying and analyzing the use cases of UUN&UUT management operations, we try to identify attributes of the UUN&UUT components and their inheritance & aggregation relationships, and determine the semantic scales of these components.. (2) By studying the geometrical structures and topological relationships between UUN components and the ground surface/buildings, especially that of UUTs and their auxiliary facilities, the pipelines and cables inside and the connected outside ones, we aims to establish the M:N relationship of their semantic scales and geometrical LODs..(3) We strive to develop and verify a thematic CityGML model for UUN&UUT, which ensures perfect match of 3D UUN&UUT models and the CityGML thematic models such as Building, DTM, and Tunnel model. .This research project will provide a solution for multi-scale UUN&UUT data management and exchange for related agencies to help them make full use of their data.

地下管线空间数据是做好地下管线管理工作的关键保障，我国目前还缺乏多尺度数据交换技术标准，不同行业管线管理部门还难以实时进行数据交换。本项目拟从地下管理业务工作入手，研究地下管线多尺度几何语义数据模型，设计管线数据分级管理和数据交换方案。具体研究内容为：分析各种类型管线和地下管廊的管理业务用例，研究各类管线对象的属性特征以及它们的继承、聚合等关系，确定它们的语义尺度级别；研究管线对象与地形表面、建筑物之间的几何拓扑表达，特别是地下管廊及其内部管线、附属结构、外接管线的几何构成和拓扑关系，并建立各语义尺度与几何LOD级别的多对多关系；研发并验证一种管线专题CityGML扩展模型，实现管线三维数据模型和CityGML建筑物、DTM、隧道等模型在不同LOD级别上合理匹配、无缝对接。通过本项目研究为地下管线管理部门开展地下管线数据采集、集成应用提供多尺度管理与数据交换方案，提高管线数据的使用效率。

针对各类管线的数据和管理需求，分析管线对象的组成以及相互关系，借鉴CityGML的多尺度建模思想，提出构建管线网络的多尺度几何语义数据模型。以供水管网为示例，设计了具有语义一致的供水管网集成数据模型，探讨了供水管网异构数据集成与共享的技术实现。利用3DMAX、Revit构建了输电网络、给排水管网的构件族库模型，探讨了利用构建族库快速构建管线三维场景的技术路线，实现了管线BIM数据与3D GIS的集成可视化应用。主要内容如下：①包含“源—网—厂—汇”的排水管网多尺度几何语义模型；②基于建筑信息模型（BIM）的发展程度模型（Level of Development Specification, LOD）规范的社区多尺度给排水管网数据模型；③输电网络多尺度几何语义数据模型；④利用Revit、3DMAX等建模软件，制作管网不同类型管件和附属物的三维符号模型，根据管网不同类型管件和附属物的形状特征和连接特征，提出一种于CSG/B-Rep混合数据模型的地下管网三维建模方法，实现管件和管线的三维模型在3D GIS中旋转匹配，快速构建管线的三维地下场景，支持管网的多尺度可视化分析。本项目提出的多尺度几何语义建模方法，对于支持不同尺度场景下的数据查询和分析具有较好的借鉴作用。