周 龄
（赤峰学院 资源与环境科学学院，内蒙古 赤峰 024000）
摘 要：地下管网是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施的重要组成部分，本文主要阐述了GIS的原理及其在城市地下管道网络中的应用，并结合敖汉旗地下管线的管理的现状，以敖汉旗的地下给、排水管线为研究对象，进行三维地理信息系统在城市管网系统中的应用研究.
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关键词 ：地理信息系统；地下管网；敖汉旗
中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0056-02
地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是城市赖以生存和发展的重要物质基础[1].城市管网系统的合理建设及科学的管理是保证现代化城市可持续发展的必要条件.随着社会的发展与进步和当前我国城市化水平的不断提高，基础建设发展迅猛，地下管网体系越来越大，管理的复杂程度也在逐年增加.地下管网的管理经历了从手工到信息化的发展过程，地下管网管理应用三维地理信息系统，不仅能改变以往管网靠图纸来管理的局面，而且以计算机形式取代了以往复杂繁琐的手工操作形式，从而提高了生产效率.三维地理信息系统可真实再现地下管网的地形特点，为我们全面了解城市地下管网的环境提供一个理想的空间支撑，可极大地提高城市地下管网的建设和管理水平，从而全面实现城市地下管网管理工作的数字化，为更好地促进城市地下管网的发展奠定基础.
1 研究背景
1.1 虚拟现实技术
虚拟现实技术是利用三维图型生成技术、多传感交互技术以及高分变率显示技术并伴随多媒体技术而发展起来的计算机新技术，由此生成了三围逼真的虚拟环境，用户需要通过特殊的交互设备才能进入此虚拟环境中，由此可知虚拟现实技术与计算机技术存在着紧密的关系，并且在很大程度上推动了计算机技术的发展.虚拟现实技术的基本特征是：“多感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“自主性”[3].
1.2 城市地下管网系统介绍
地下管线由给水、排水、燃气、热力、电力、电信和工业管道七大类型组成各类管线纵横交错地分布在城市地下空间，构成了复杂的地下管线空间体系[7].
城市地下管网是一个城市非常重要的基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础，它担负着能源输送，信息快速传递等工作，因此城市地下管网为现代化城市进行高效率、高质量的发展提供了有利的条件.因此，分析和准确的掌握城市地下管网的现状，可为现代化城市的建设管理及规划提供不可或缺的基础信息资料.
早期，二维图形管理系统是主要的的地下管网信息管理系统，其缺乏直观性，无法表现管线之间的空间关系.在国内外竞相开发三维数码城市背景下，地下管网作为城市极其重要的组成部分，建立功能强大且操作便捷的三维地下综合管网管理信息系统已经成为当务之急.所以将三维地理信息系统引入到城市地下管网中具有重要的意义，它对城市地下管网信息可视化和建立的虚拟环境及交互能力都带来了极大的作用，同时也为城市地下空间开发问题的正确判断、分析提供大量的信息.
2 三维地理信息系统在城市地下管网中的应用
2.1 应用现状
三维地理信息系统技术作为城市建设的关键技术之一，是一种动态的可视化技术.在实现虚拟场景中观察地下管线的规划布局和空间设计的过程中，三维地理信息系统为布局规划、建设与管理提供了一种全新的辅助技术手段和方法.随着社会经济的快速发展，城市的建筑，道路，交通设施的增长速度越来越快，并进入了成倍的增长的趋势，其中的各类管线是能源、信息、物资等的重要传输者，对城市的基础设施建设具有重要的意义，同时是城市赖以生存和发展的生命线.
2.2 存在的问题
研究开发的部分三维管网信息系统不是真正意义上的三维系统，它没有给出真三维空间模型，只是给出了相对简单的三维走向图.
作为地下管网信息系统开发中的核心技术——地下管网的建模技术研究相对落后，还主要基于手工建模及基于标准连接件的半手工建模，将研究的重点放在了如何建立标准模型库和管线定位方面，没有实现三维管网的自动建模[14].对城市地下管网的建模采用现有的建模方式不仅实用化推广难度大、时间长、精度差、错误多，而且消耗大量的人力、物力、财力等给人们的经济设施带来一系列的麻烦.三维管网模型的构建相对比较复杂，使得系统显示效果差并且显示速度慢，对计算机硬件资源需求过高.地下管网数据的采集难度比较高，投入巨大，而且耗费的时间较长，数据采集由测量环境、测量人员的技术水平以及测量工具的精确度、等多种因素共同决定的，其测量所得的数据存在着一定的误差.很多系统只有三维图形的显示，而其三维场景交互性不强，且不能在三维漫游场景中实现分析与查询，同时也不能满足用户的三维可视化交互式的操作.
3 三维地理信息系统在敖汉旗地下管网系统中的应用
3.1 现状及存在的问题
随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，在市政建设中，由于自然或人为的因素，导致地下管网系统存在着一系列的问题.
3.1.1 规划滞后
敖汉旗这个小城镇基本没有形成一个完整、清晰的市政规划体系，而且很少有市政地下管网专项规划政策.与此同时，市政专项规划与城市用地规划存在着脱节的现象.市政专项规划同城市其他专项规划缺乏协调统一且矛盾百出.市政专项规划，特别是地下管网的编制深度及技术规定非常薄弱，甚至基本为空白缺项.长期以来导致“重地上，轻地下”的不良的结果.
3.1.2 不合理的建设，造成人、物、财力的浪费
由于管线运营单位自行主导各管线的建设规模和建设时间，从而没有合理的处理各管线之间与城市规划、建设的协调一致性.由于管线不祥、资料不全，在建设施工中，尤其是城市道路拓宽改造中经常造成管线的破坏、挖断，造成停水、停电、停气、通讯中断等，给城市生活带来诸多不便和重大损失.[15]
3.2 应用研究与展望
在地下管网项目全面展开前需要严格按照科学的系统的工程管理方法来进行系统设计，尤其是在空间数据的组织、数据库的设计和空间数据的模型的建立方面需要充分的调研，精心的设计和不断的测试改进.
实现信息多元化的应用[19].在此基础上建立三维信息平台，并将基础地理信息矢量数据在三维场中叠加，同时基于真实地理环境的浏览，直观的对城市地下管网进行管理，并进行虚拟城市地下管网的模拟，从而生动模拟再现地下管网的实景状况.与此同时将三维场景中剖面、侧面、选定区域坡度、关键点、最高点坐标、最低点坐标等分析与二、三维联动结合，从三维系统中发出指令，在二维系统进行分析，并提交报表，估算城市地下管网的实时情况；并利用GIS的空间分析功能实现统计分析、可视域分析和三维飞行浏览等功能，进行城市地下管网的数据库的快速定位查询、统计分析.
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参考文献：
（1）陈子辉.虚拟三维地下管网建模技术研究与实现[D].天津大学，2009.
（2）高天迎.地下管网虚拟漫游系统研究与实现[D].天津大学，2006.
（3）彭世红.浅谈地理信息系统在地下管道管理中的应用.浙江树人大学，2003，9（5）
（4）穆森.基于gis的城市地下管网综合管理系统的设计[D].中北大学，2007.
（5）陶国强，吴良才，李大军.城市地下管线三维模型的实现[J].东华理工学院测量系，2005，12（6）.
（6）丁国丽.基于gis的地下管网的三维表达与管理[D].西安科技大学，2011.
（7）陶青.浅析中小型城市地下管网集约化建设.福建省南平市市政工程管理处，2010，4（17）.
（8）陈靓，赵冬玲.三维可视化地理信息系统在校园地下管线管理中的应用综述[J].中国农业大学信息与电气工程学院，2006（1）.
（9）彭世红.浅谈地理信息系统在地下管道管理中的应用[J].浙江树人大学，2003，9（5）
（10）乔淑娟.基于gis的城市地下管网空间数据模型及其可视化[D].首都师范大学，2006.