专利名称：地面与地下管网快速三维测绘成型方法
技术领域：
本发明涉及一种三维测绘成型方法，尤其是一种地面与地下管网的快速三维测绘 成型方法。
背景技术：
城市地下管网主要有电力、电信、煤气、自来水、雨(污)水管等组成，是城市基础设 施的重要组成部分，担负着传递信息和输送能量的工作，是城市的生命线。改革开放以来，城市发展迅速，伴随着老城区改造和新城区建设，自来水管、污水 管等市政基础设施的增容改造工程量大幅度增加；我国大力发展的电信、燃气、电力、城市 集中供热、有线电视网络等也使得地下管道需求量激增；随着自然气候的变化，地下层发生 位移、上拱、下陷等地质变化，这些都会导致地下管网有所变化，需要将旧网更新为新网，对 其进行设计施工并规划成为新的基础设施；
随着社会的发展和人们对环境质量意识的增强，市民对于采用开膛剖肚方式进行的地 下管线施工所导致环境污染和交通拥堵问题反响很大。我国城市限制开挖施工的法规已陆 续出台，例如国务院于1996年颁布的《城市道路管理条例》中规定新建道路五年不准开 挖，修复道路三年内不准开挖。同时在新区建设中管线如要穿越高速公路、铁路、机场跑道 等环境时，开挖式技术已不适用，必须进行非开挖式技术的应用和推广。这极大的导致了对 地下管网的快速测绘技术的需求。地下管网现有的测绘方法包括
1、以X轴、Y轴、Z轴各面的二维视图作为人们认识空间信息的重要工具，具有制图复 杂，计算慢，不能直接感官地下空间位置的缺点；或者
2、对原有管道在开挖状态下进行修改测绘，进而修改二维图纸。3、市政部门各部门各自为政，电力、电信、煤气、自来水、雨(污)水管图纸分别绘 制，没有整体汇总；即便有也是价格昂貴。2010年7月观日南京地下煤气管道由于被施工队挖破而发生大爆炸，就是由于 施工队不愿意购买地下管网图所导致的。这是因为综合性的地下管线图都必须向测绘公司 买，并且价格非常高，一公里的单根管线图需要8119元，如果图上有5根管线，那么，每公里 共计需要4万多元！为了省事省钱，一些施工队干脆把这个必须的重要步骤给“省略”了， 才造成了重大事故。现有技术中公布的用于城市综合管网三维可视化系统的架构方法，包括如下步 骤(1)建立城市综合管网中心数据库、三维纹理数据库、空间数据引擎；(2)通过空间数据 引擎，对中心数据库、纹理数据库进行读取建模从而构建地上、地下的二维视图与三维可视 化场景；(3)建立二三维数据层面与可视化层面的对应，数据层面的对应为系统的二维视 图和三维场景的地理坐标对应，可视化层面的对应为三维场景中各种空间地物模型与二维 视图的地图符号相对应，实现二、三维联动；(4)设定交互界面，实现用户对系统的应用。使 在三维场景中难以实现或宏观性的功能通过二维视图实现，而在二维中不能实现或不够 真实性的功能通过三维场景实现，达到两者优势互补，从而可实现城市综合管网的高效管理。但是，应用这种方法建立的三维可视化信息，必须首先建立大量数据库，通过应用程序 与数据库管理系统之间的空间数据引擎技术再进行建模，即地面与地下管线建模；二维、三 维数据，必须与三维可视化层面对应，在电脑显示界面，三维管网视图容易迷失方向，必须 要二维建模图像与三维建模图像一起看，才能分析清楚；此外，管网计算复杂，不利于施工 队不同文化程度人员看懂。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种快速高效、地面场景与地下 管网坐标对应、成型后的管网模型易于施工人员查找和分析的地面与地下管网快速三维测 绘成型方法。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是 一种地面与地下管网快速三维测绘成型方法，包括如下步骤
(1)地面场景数据采集，建立地面三维模型图像；
(2)地下管道数据采集；
(3)建立地下管网三维模型图像；
(4)根据坐标，建立地面三维模型图像和地下管网三维模型图像之间的链接，并保存至 数据库；
(5)根据快速成型机的成型范围，分段进行快速成型，得到地下管网分段分布实物模
型；
(6 )对分段分布实物模型进行拼接，得到地下管网分布实物模型。地面三维场景与地下三维管网通过坐标合并链接，相关人员可以非常形象直观的 通过故障管道位置找到对应的地上场景，进而制定维修方案，进行现场施工，同理，如果需 要对一处地面场景下的地下管网进行整改、维修等操作，也可以直接通过该处地面场景获 知地下管网分布模型，无需分别向各个相关部门调取图纸或高价购买测绘图纸，不但节约 了维护与施工成本，也对提高工程安全度和质量起到了不可或缺的辅助作用。上述技术方案还可以进一步完善
作为优选，地面三维模型图像的建立手段包括地面逆向扫描系统、全站仪系统及三维 设计软件中的至少一种。作为优选，地下管道数据的采集手段包括雷达、红外、超声波、流量仪、管线仪中的 至少一种。作为优选，地下管道数据包括管线位置、走向、各类管线的管径、材质、厚度、配件 形状。对于新建地下管网，可以通过三维设计软件直接对地面景观和地下管网进行三维 建模设计，还可以运用三维设计系统根据各部门已有的二维图纸进行综合设计，而对于一 些没有图纸参考的地下管网，如较老的居民小区，则需要采用逆向扫描系统对地面数据进 行数据采集或者是用全站仪测量，再利用三维设计软件进行建模设计，利用地下探测仪器 进行管道信号收集，再将仪器信号转换为数据导入三维设计系统进行建模设计。作为优选，步骤(2)进一步包括运用三维设计系统对新建管网进行建模的步骤。作为优选，地下管网三维模型图像基于采集到的地下管道数据和新建管网三维模型图像建立。作为优选，步骤(4)包括如下子步骤
(a)在地面场景中确定一个坐标原点和一个坐标方向；
(b)确定地下管道相对于地面场景的坐标原点和方向的相对位置；
(c)建立地面三维模型图像和地下管网三维模型图像之间的链接。作为优选，步骤(4)和步骤(5)之间进一步包括如下步骤 (4.1)确定同质管道的交叉接口 ；
(4. 2)确定管道的井口连接状态；
(4.3)对地面场景和地下各种管线三维模型图像添加不同颜色； (4. 4)在地下管线三维模型上标记管材的安装年代和坐标。作为优选，步骤(4. 4)和步骤(5)之间进一步包括如下步骤 (4.5)按一定比例缩小得到的三维模型图像。由于上述技术方案的采用，本发明具有以下优点
本发明所采用的技术方案无需建立大量的单一的数据库，本发明地面三维场景与地下 三维管道通过坐标合并链接，相关人员可以非常形象直观的通过故障管道位置找到对应的 地上场景，进而制定维修方案，进行现场施工，同理，如果需要对一处地面场景下的地下管 网进行整改、维修等操作，也可以直接通过本发明已测得综合数据库快速获得该处地面场 景及地下管网分布模型，无需分别向各个相关部门调取图纸或高价购买测绘图纸，不但节 约了维护与施工成本，也对提高工程安全度和质量起到了不可或缺的辅助作用。此外，本发 明还具有一次投入多次使用的优点。本发明是一种快速高效、地面场景与地下管网坐标对 应、成型后的管网三维模型图像易于施工人员查找和分析的地下管网测绘成型方法。
图1是本发明的一种流程图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明。 如图1所示的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，包括如下步骤
(1)地面场景数据采集，建立地面三维模型图像，地面三维模型图像的建立手段包括 地面逆向扫描系统、全站仪及三维设计软件中的至少一种，本实施例所采用的三维设计软 件为Freeform设计系统，该系统可以直接在三维界面上进行增添、删减、修改数据，具有高 效、快速的优点；
(2)地下管道数据采集，或者运用三维设计系统对已有的管网进行建模，其中，地下管 道数据的采集手段包括雷达、红外、超声波、流量仪、管线仪中的至少一种，采集到的地下管 道数据包括管线位置、走向，以及各类管线的管径、材质、厚度、配件形状；
(3)基于采集到的地下管道数据和新建管网三维模型图像建立地下管网模型；
(4)根据坐标，建立地面三维模型图像和地下管网模型图像之间的链接，即合模，具体 的，它包括如下子步骤
(a)在地面场景中确定一个坐标原点和一个坐标方向(b)确定地下管道的相对于地面场景的坐标原点和方向的相对位置；
(c)建立地面三维模型图像和地下管网三维模型图像之间的链接；
存储步骤(4)得到的多个模型为备用模型图像，并从中整理选取部分进行后续步骤
(5)确定同质管道的交叉接口；
(6)确定管道的井口连接状态，井口采用数字编号显示；
(7)在三维模型图像中，对地面场景和地下各种管线图像添加不同颜色，这里所说的各 种管线图像是指不同类型的管道，如水管、电力管、煤气罐、排污管、电缆管等；
(8)地下三维管线三维模型图像上标记管材的安装年代和坐标位置；
(9)按一定比例缩小得到的三维模型图像；
(10)将步骤(1) (9)形成的模型保存至数据库； 如果需要得到实物模型，则进行接下来的两个步骤
(11)根据快速成型机的成型范围，分段进行快速成型，得到地下管网分段分布实物模
型；
(12)对分段分布实物模型进行拼接，得到地下管网分布实物模型，地面景观与地下管 网采用分部快速成型，再进行拼接，地面可采用透明材料制成。本发明所采用的技术方案无需建立大量的单一数据库，地面三维场景与地下三维 管线图像通过坐标合并链接，如果无需通过成型机进行成型，则可以将其存储形成一个三 维综合数据库，这样，相关人员可以通过三维综合数据库或实物模型，非常形象直观的通过 故障管道位置找到对应的地上场景，进而制定维修方案，进行现场施工，同理，如果需要对 一处地面场景下的地下管网进行整改、维修等操作，也可以直接通过该处地面场景获知地 下管网分布模型，无需分别向各个相关部门调取图纸或高价购买测绘图纸，不但节约了维 护与施工成本，也对提高工程安全度和质量起到了不可或缺的辅助作用。对于新建地下管网，可以通过三维设计软件直接对地面景观和地下管网进行三维 建模设计，还可以运用三维设计系统根据各部门已有的二维图纸进行综合设计，而对于一 些没有图纸参考的地下管网，如较老的居民小区，则需要采用逆向扫描系统或用全站仪对 地面数据进行数据采集，再利用三维设计软件进行建模设计，利用地下探测仪器进行管道 信号收集，再将仪器信号转换为数据导入三维设计系统进行建模设计。应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在 阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等 价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于，包括如下步骤(1)地面场景数据采集，建立地面三维模型图像；(2)地下管道数据采集；(3)建立地下管网三维模型图像(4)根据坐标，建立所述的地面三维模型图像和所述的地下管网三维模型图像之间的 链接，并保存至数据库；(5)根据快速成型机的成型范围，分段进行快速成型，得到地下管网分段分布实物模型；(6)对所述的分段分布实物模型进行拼接，得到地下管网分布实物模型。
2.根据权利要求1所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于所述 的地面三维模型图像的建立手段包括地面逆向扫描系统、全站仪系统及三维设计软件中的 至少一种。
3.根据权利要求1所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于所述 的地下管道数据的采集手段包括雷达、红外、超声波、流量仪、管线仪中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于所述 的地下管道数据包括管线位置、走向、各类管线的管径、材质、厚度、配件形状。
5.根据权利要求1所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于步骤 (2)进一步包括运用三维设计系统对新建管网进行建模的步骤。
6.根据权利要求5所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于所述 的地下管网模型图像基于采集到的地下管道数据和新建管网模型图像建立。
7.根据权利要求1 6中任意一条所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其 特征在于，所述的步骤(4)包括如下子步骤(a)在地面场景中确定一个坐标原点和一个坐标方向；(b)确定地下管道相对于地面场景的坐标原点和方向的相对位置；(c)建立所述的地面三维模型图像和所述的地下管网三维模型图像之间的链接。
8.根据权利要求1 6中任意一条所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其 特征在于，所述的步骤(4)和步骤(5)之间进一步包括如下步骤(4.1)确定同质管道的交叉接口 ； (4. 2)确定管道的井口连接状态；(4.3)对地面场景和地下各种管线三维模型图像添加不同颜色； (4. 4)在地下管线三维模型图像上标记管材的安装年代和坐标。
9.根据权利要求8所述的地面与地下管网快速三维测绘成型方法，其特征在于，所述 的步骤(4. 4)和步骤(5)之间进一步包括如下步骤(4.5)按一定比例缩小得到的三维模型图像。
全文摘要
本发明涉及地面与地下管网快速三维测绘成型方法，包括如下步骤采集地面场景数据和地下管道数据，分别建立地面和地下管网三维模型图像；根据坐标，建立地面和地下管网三维模型图像之间的链接，并保存至数据库；根据快速成型机的成型范围，分段进行快速成型，得到地下管网分段分布实物模型；对分段分布实物模型进行拼接，得到地下管网分布实物模型。地面场景与地下管道通过坐标合并链接，不同层次的人员可以形象直观的通过故障管道位置找到对应的地上场景，制定维修方案，同理，也可以有针对一处地面场景下的地下管网进行整改维修，实现了城市基础设施的科学管理，节约了维护与施工成本，减少了事故的发生几率，提高了工程安全度和质量。
文档编号G06T17/00GK102087753SQ201110024198
公开日2011年6月8日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者何开胜, 周秉威, 张林文君, 李海涛, 林楠, 陶登伟, 龚瑞云 申请人:浙江理工大学