cesium與三維管線

本文轉載自查看原文 2021-06-24 11:10 420 paper/ Cesium/ 三維管網

Cesium從入門到放棄---三維地下管線的構建：https://xiaozhuanlan.com/topic/9527136408

C2——cesium加載城市級三維管網模型的方案：https://blog.csdn.net/qq_24641385/article/details/107150743

基於cesium的三維管線系統綜述：https://blog.csdn.net/xiaokcehui/article/details/113830217

面向城市管網網絡三維GIS關鍵技術與實現:

城市管網作為城市重要的基礎設施之一，承擔着人民生活所必需的物質能量傳輸工作，被稱為城市的＂生命線＂。緊隨智慧城市快速的建設步伐，針對管網的三維管網信息系統在城市的管理和應急中發揮着舉足輕重的作用。

但是傳統的網絡管網系統多依賴插件且存在瀏覽器兼容差等缺點，無法滿足多數用戶對網絡三維管網輕便性和實時性的要求。隨着互聯網技術和高性能計算機硬件的不斷創新，針對在網絡環境下三維圖形可視化的WebGL技術變得日益成熟。

本文基於WebGL技術的優勢，利用現有的天津師范大學體育館二維CAD管網數據自動化生成管網三維模型數據，並以此研究了在Web端基於Cesium框架的三維管網渲染可視化與空間分析方法，得到以下的研究結果：

１．基於管網數據特征擬定其標准數據結構及存儲模型，以天津師范大學體育館各類管網作為實驗區的研究對象，研究了其自動化建模相關算法，最終實現了基於CAD二維城市管網數據自動化三維建模可視化過程；

２．針對海量城市管網在三維場景中調度及可視化算法研究；

３．根據實驗區管理人員對管網系統的實際使用需求，將Cesium庫作為基礎地理信息系統平台的支撐，在B/S服務架構的網絡傳輸模式下，基於WebGL技術實現了在三維場景中支持海量城市管網模型調度和可視化繪制的原型系統；

４．基於管網系統實現了常見的的空間分析功能。

本文基於Web端構建的三維管網可視化系統，彌補了以往管網手工建模慢、拓撲易錯等缺點，滿足了用戶輕便性和實用性的需求，為管理人員合理規划及應急提供了積極的參考價值。

國內研究現狀：

2011年吳創奇基於Supermap己有的的二三維一體化平台開發技術進行了WebGIS系統的構建，其中包含了構建系統時引用的接口，並舉例詳細介紹了設計思路。2014年朱麗萍等人利用JavaScript腳本語言編寫了WebGIS系統用到的場景圖層等類庫以及網絡發布服務，簡化了GIS系統開發的復雜度，從另一個角度證明了WebGL是一種新一代構建WebGIS系統的行之有效的技術；2017年李俊金基於Cordova混合開發框架結合Cesium可視化設計了一個移動3DWebGIS原型系統，涉及地圖服務、地理定位技術、傾斜攝影模型批量動態展示等技術，為后續的跨平台移動3DWebGIS開發者提供了參考[32]；2018年傅蜀燕等人將BIM和數字水庫流域地理信息系統相結合，從而實現了區域內多源、多空間、多時態數據的融合分分析，也對水庫進行了三維BIM模型的展示，從而為水庫的科學管理提供科學的參考和依據[33]。

研究內容：

針對上述提到的問題，本文研究了管網中實體間幾何特征、時態特征、空間分布特征等，據此為依據對管網的數據結構及存儲模型進行了擬定，然后對模型進行了簡化表達，實現了基於CAD二維管網數據到三維管網模型的自動化構建生產技術；再者對構建系統所用的網絡服務和技術基礎做了介紹，對海量城市管網三維建模數據在場景中動態調度機制進行了研究，形成了整個城市三維管網模型系統構建的完整流程，克服了傳統建模中存在的諸多不足，從而滿足了大規模批量的城市管網的自動化建模和三維可視化。最終以天津師范大學體育館作為實驗區，參照系統構建的流程進行了設計和實現，並實現了管網系統中常見的空間分析算法，為學校管理部門的后期維護和規划提供了科學依據。

本文組織結構：

本文的主要內容分為5章，各章的具體內容分別如下：

第1章為緒論部分，主要介紹本文的研究背景與意義、國內外相關的研究現狀及相關領域的研究進展、存在的問題、論文的主要研究內容和文章結構。

第2章為針對城市管網數據庫的建立。主要從城市管網的特征、分類、表達和獲取、數據庫存儲和檢索方面進行了介紹。

第3章為主要介紹網絡環境下的三維可視化技術，包括網絡技術、調度機制、三維場景下數據格式等關鍵技術。

第4章為包括了管網自動化建模生產及爆管分析相關算法。

第5章為城市管網三維WebGIS系統的設計和實現過程。

第6章為結論和展望部分，總結了本文主要研究以及研究中存在的不足，並對未來工作進行了展望。

第二章：城市管網數據庫的建立

2.1 城市管網的特征

全面地分析和描述城市管網具有的特征，是正確制定和表達管網數據結構模型的必要條件。其中幾何和時間是其主要的特征，前者是對現實管網的抽象表達和空間關系的說明，后者則以管網生命周期為軸，記錄着不同時期管網的特性和狀態。兩者相輔相成，保持一致性，歷經管網規划、構建、使用、維護等各個階段。

2.1.1 幾何特征

幾何特征表示管網中管線、管點等附屬物等對象的大小、形狀、位置和空間位置關系。城市管網雖然存在數據量龐大、范圍廣、類型多樣、空間相對位置復雜、隱蔽性強的特點，但從幾何特征角度看相對簡單，和其他地理空間對象具有相似一致的維度特征，因為管網中的實體對象均具有精確的空間位置以及埋深等屬性信息。按照維度划分，可將管網中的實體對象分為零維、一維、二維、三維和多維對象。

零維主要是點對象。一維對象主要是線對象，還包括弧、鏈等特殊形狀的對象。它也分為二維對象和三維對象。二維對象主要指面對象。它具有形狀、大小、方向等擴展屬性，特點是具有一定的周長和面積且厚度可以忽略不計，由一維對象閉合構成。三維對象主要是指體對象。它具有體積、表面積、高度等度量屬性。

2.2 城市管網的分類

根據不同的分類規則，城市管網可以分為多種類型。這在一定程度上決定了管網數據的存儲模型。常見的有：按照壓力的大小分為壓力管網和重力管網；按照布設的形狀分為樹狀管網和環形管網；按照等級高低分為主干管網、分支管網和入戶管網。

我國行業標准《城市地下管網探測技術規程》把城市地下管網分為八類：給水、排水、燃氣、熱力、工業、電力、電信和綜合管廊。根據具體的用途，每一大類又可分為多個小類，如表2-1所示。

表2-1 城市管線分類

2.3 城市管網數據的表達與獲取

2.3.1 管線探測技術

管線探測是為了滿足城市建設、規划、管理的需要，根據有關城市規划部門的要求，針對不同的管線而采取准確、合理、經濟的探測技術，。它的主要任務是：探明管線的平面位置、埋深、高程、走向、規格、材質、管線性質、權屬單位以及官網中設施等附屬物等屬性，並編繪以地形圖為載體的城市管網圖，從促進了城市管網信息管理的科學化、規范化和標准化。

2.3.2 管網三維建模

城市管網存在隱蔽性強、復雜程度高、更新速度快、空間數據和靜態屬性數據關聯性強和管網系統耦合性緊密等特點，加之在空間分布上呈樹狀和環狀，使得管網中各個實體對象的拓撲關系更為復雜。為此，遵循嚴格的建模原則是管網三維建模成功的前提和關鍵。