1 引言

城市地下管线是城市的主要基础设施之一，它担负着传输信息、输送能量、排送废物等工作，被称为是“城市的生命线”[1]。规划、建设和管理好城市地下管线，既是未来充分利用地下空间的一项重要工作，也是现代化城市可持续发展和有效应对突发灾害的保证。目前，各地区都在建立信息系统来实现对城市地下管线的管理和应用。

随着地理信息技术（GIS）的发展，其被广泛地应用于各个领域，也给城市地下管线信息系统的建设提供了新的方向。利用GIS进行城市地下管线的管理, 不仅仅能够实现信息的存储、查询、检索等，在此基础上实现常规的查询、统计、标注、量测等基础功能, 更重要的内容在于还能利用GIS的空间分析功能，实现对地下管线的分析、预测和模拟, 为管理和应用部门的规划提供技术支持[2]。

近几年，三维技术的发展给地下管线信息系统的建设带来了新的前景，三维平台尤其是Web断三维平台技术的成熟使我们能够在客户端流畅的浏览地面建筑物模型、地面模型以及地下管线的模型，不仅能够以逼真的场景再现城市地下管线的现状，为规划设计部门提供最大程度上的便利，真正实现地上地下的一体化应用。

尽管三维技术有着二维GIS技术不可比拟的优势，但是在相当长时间内还无法完全替代二维GIS技术。二维GIS更加抽象、宏观、综合、易于进行空间分析，在地下管线信息系统中已有着非常广泛的应用[3]。为了最大限度地利用二维的数据资源，同时又能利用三维系统逼真的图形效果，实现在同一框架体系下两种技术的优势互补，本文基于应用较广的二维GIS（ArcGIS server）和三维平台（Stamp）进行集成开发设计，实现二三维一体化的地下管线信息系统。

2 二三维一体化应用系统结构

二三维一体化系统的逻辑框架如图1所示，主要可以分为基础设施层、数据层、服务层和一个用层四个层次：

基础设施层：基础设施层主要包括服务器主机、存储（一般为4或8GB光纤通道磁盘阵列）、网络、安全设备、路由设备及其它外围设备，还包括服务器虚拟化软件平台、操作系统、GIS平台(如ArcGIS)、数据库系统等。

数据层：由于管线数据的特殊性，三维数据应包括地上三维模型数据和地下管线三维模型数据，因此整个数据层包括基础地理数据、综合管线数据、地下管线三维数据、地上三维模型数据，元数据等。

服务层：系统设计将以WEB服务为中心、以分布式数据库为基础、以XML为桥梁来搭建，从而实现有效处理信息的互操作和共享问题，并把各模块的信息有机关联。以WEB服务为中心的信息系统不是一种孤立的系统，而是一个存在于WEB上的WEB服务中心和一个分布式服务系统，消除了用户与数据之间的信息鸿沟，体现了分布和集中相结合的特点,也为系统自身功能扩展打下了基础。

应用层：指的是最顶层的应用系统，即二三维一体化应用系统，提供用户与系统交互的界面，与服务层的交互通过JavaScript API以及相应的插件来实现。

安全子系统和相关的标准规范将贯穿于系统的所有层次。

                            图1 二三维一体化应用系统逻辑架构

3 二三维一体化地下管线信息系统

地下管线的管理以及应用部门对地下管线信息系统的需求主要体现为城市规划设计、辅助审批、应急抢险管理等方面的决策参考，希望通过较权威的数据发布，统一审批环节的用图，并提供施工单位可靠的参考依据。基于二三维一体化技术的地下管线信息系统能够提供二三维的数据浏览，并基于管线数据进行查询统计、管网分析、辅助设计、辅助审批等功能。

3.1 系统设计

二三维一体化技术实际上将二维GIS系统和三维GIS系统两个独立的软件系统进行集成。两个系统具有相对独立性，各自调用不同的地图服务以及功能服务，每个子系统都能完成独立的地理信息系统功能；通过二三维一体化技术整合后，两个系统之间具有联通性，可以实现两个系统间的联动显示和互操作，如在二维系统上进行缩放、漫游时，三维场景也跟着变化，反之亦然，另外，在二维系统上添加一个对象时，三维系统也要同时出现所标的对象。

本地下管线信息系统中二维GIS系统采用ArcGIS平台，利用ArcGIS API for JavaScript调用后台的管线地图服务以及相应的功能服务，采用Ajax技术加载其他非GIS数据；而三维GIS系统采用国内的Stamp平台。考虑到信息系统的跨平台兼容性以及系统的性能问题，整个地下管线信息系统的前段开发采用HTML5+JavaScript实现，后台应用采用ASP.NET实现。

3.2 管线数据处理

二三维一体化地下管线信息系统中二维GIS系统和三维GIS系统调用的数据各不相同，数据处理的方式也不相同。二维系统中采用ArcGIS平台，需要将地下管线数据处理成shp格式，利用ArcGIS Server发布成动态服务的形式，以供前端调取；空间数据利用Oracle Spatial来存储，将通过ArcSDE来进行数据导入。

三维系统中采用的Stamp平台是国内一家比较领先的三维软件产品公司所提供的三维平台，其在地下管线应用系统的设计开发上也有较为丰富的经验，为地下管线在三维平台上的应用提供一整套的解决方案。Stamp平台对于地下管线三维模型的制作提供了一套成熟的编译工具，能够将原始的shp格式管线数据自动生成三维模型，shp文件中应包括地下管线管点、地下管线、地下管线附属设施三个图层，文件数据来自于地下管线数据库。地下管线三维模型制作流程如图2所示。

             图2 Stamp平台地下管线三维模型制作流程

3.3 功能设计

二三维一体化地下管线信息系统建设的目的在于共享和发布地下管线数据，实现地下管线数据在二维和三维模式下的浏览，并提供检索、分析、辅助审批等业务功能，更好地为地下管线的管理和应用部门服务。系统的功能模块如图所示。

在管线浏览模块提供管线在二维模式、三维模式下的浏览，实现两者之间的无缝切换，另外，还提供双屏浏览功能，在同一屏幕联动显示二维数据和三维数据，完成二三维一体化的浏览。查询、统计、量测、标注、分析、辅助设计功能模块在两种模式下都能实现相应的功能，真正体现二维一体化。

图3地下管线信息系统系统功能结构图

图4 二三维一体化地下管线信息系统

4 结束语

基于二三维一体化技术为地下管线信息系统的建立提供了支撑平台。通过信息系统可以快速地掌握地下管线的现状，并依据GIS的分析功能，为地下管线的管理和应用部门提供了便利。通过二三维联动，以三维方式模拟地下管线的埋深现状，为领导提供更加直观的决策依据。

参考文献

[1] 杨志刚. 三维城市地下管线信息系统研究与应用[J].成都大学学报（自然科学版），2009,28,346-349.

[2] 吴信才.地理信息系统原理与方法[M] . 北京: 电子工业出版社, 2002.

[3] 王燕. 二三维一体化的WebGIS系统的研究与实现[J]. 现代测绘,2011,34,46-47.