智慧管廊数字孪生系统_3d可视化城市管网建模

        智慧管廊 、综合管廊也称“共同沟”，是地下城市管道综合走廊。集电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种管线于一体的城市市政公用设施，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。

        智慧管廊数字孪生系统采用基于物联网的“管、控、营”一体化的统一管理，从数据采集、城市管网建模、通信网络、系统架构、智能联动力综合数据服务等方面考虑，通过在监控中心应用三级管理架构，实现对综合管廊内部环境参数的监测以及设备的远程管理与联动控制。系统对综合管廊全域内环境与设备的参数、运行状态实施全程监控，准确、及时的采集并传输到监控中心的统一管理平台，便于值班人员及时发现现场环境和设备问题，对故障的及时排查，对警情的及时处理，保证管廊正常运行。

   伴随着城市经济发展水平的提高以及城市现代化建设的发展,三维管网地理信息系统已成为城市管网管理系统研究开发的新热点。三维管网数据模型、空间数据库的建立及数据检索方法是三维管网系统的基础,三维可视化及空间分析是3DGIS发展需要解决的技术难题。

            本文结合国家科技部国际合作项目,对综合管网系统的数据存储、索引与三维可视化算法进行了深入研究,主要工作与创新点包括:

   1、综合管网三维空间数据库及空间数据引擎的设计与实现。 

    (1)以地下管网的空间分布特征为出发点,研究了地下管网的数据模型,借鉴Geodatabase数据库模型的思想,设计了三维管网的Shape几何存储结构,并初步形成了综合管网数据的三维空间数据库结构。

    (2)构建了三维管网的空间数据引擎。在该引擎中利用了数据库索引表提高了大数据量综合管网数据的实时调度速度;建立了管网数据集模型,实现了管网数据的有效管理;在数据层与可视化层实现了管网二维、三维显示的一体化。

   2、综合管网的三维可视化、空间分析功能的实现及其关键技术研究。 

    (1)综合利用Com组件、GDAL开源库等技术实现了综合管网中各个要素的可视化建模与三维显示,并提出了一种基于GPU的管线衔接处的平滑处理,改善了管线要素的三维可视化效果; 

    (2)将信息系统的数据存储与访问技术——Hash映射技术引入到三维可视化中,实现了三维综合管网复杂数据资源的高效管理; 

    (3)综合应用背面剔除、视见体裁减、LOD等算法,保证了大数据量综合管网三维场景绘制的实时性; 

    (4)采用空间几何分析方法,实现了管网要素的点选查询,并结合图论搜索算法和粒子系统实现了三维场景中的爆管分析功能及可视化显示。 

  3、借鉴MVC模式的设计思想,开发了“三维综合管网地理信息系统”,并开始了初步应用。 经算法集成,研发了一个功能较强,效果良好、性能稳定的三维管网地理信息系统——3DPipeGIS,利用南昌市某区域的地下综合管网数据进行了试验和初步应用,效果良好。