基于GIS系统的自动参数化三维管线建模方法和系统与流程

基于gis系统的自动参数化三维管线建模方法和系统
技术领域
1.本发明涉及自动化三维建模技术领域，具体涉及一种基于建筑信息模型（bim）和地理信息系统(gis)系统的自动参数化三维管线建模方法和系统。


背景技术：

2.在三维综合管线或专业管线的地理信息系统(gis)项目中，涉及电力、电信、给水、排水、热力、燃气等多类管线建模，各类管线、特征、附属物、井等的结构、尺寸繁多，不同种类管线对于口径、埋深等部分属性的定义有些许不同，且其物探源数据的坐标多使用cgcs2000（china geodetic coordinate system 2000）坐标，有些物探单位会使用加偏的地方坐标系。采用人工建模的方式将面临很多问题：1、工艺繁琐，数据量大，效率低，费时长;2、人工成本高，但生产的模型复用率低;3、大量的重复或相近的操作，易出错;4、难以检查原始数据的正确性、完整性。


技术实现要素：

3.为了解决人工建模的方式所面临的诸多问题，本发明实施例的目的在于提供了一种能够自动检查原始物探数据的正确性、完整性，并自动高效的生成wgs84（world geodetic system 1984，是为gps全球定位系统使用而建立的坐标系统）坐标的易于发布的标准格式的参数化三维管线模型的系统和方法，通过建成的模型可生成web端使用发布的数据。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供了如下的技术方案：第一方面，在本发明提供的一个实施例中，提供了一种基于gis系统的自动参数化三维管线建模方法，包括以下步骤：获取原始物探数据；所述原始物探数据包括按管线类型分别保存的相应管线的点数据和线数据；对原始物探数据进行有效性和完整性检测，以得到有效性和完整性检测后的物探数据；遍历所有物探数据获得中心点，并将所述中心点创建为模型本地坐标系的原点；遍历所述物探数据中管线的点数据和线数据，以中心点为原点换算绘制所需的坐标并生成所需空间参考系下的三维管线模型。
5.在本发明提供的一些实施例中，所述对原始物探数据进行有效性和完整性检测的方法为：遍历获取的原始物探数据，检查所述原始物探数据中各类管线的所有记录数据是否包含管线必要字段，且管线必要字段的数值为有效值；根据管线必要字段中的编号保存所述原始物探数据中管线的点数据和线数据的
关联关系，并检测是否存在孤立的点；若检查不存在孤立的点，则得到有效性和完整性检测后的物探数据；若检查存在孤立的点，则无法通过检查，退出有效性和完整性检测程序。
6.在本发明提供的一些实施例中，所述管线必要字段根据管线的线数据包含管线编号、起点编号、终点编号、起点高程、终点高程、起点埋深、终点埋深、口径和材质中的一项或几项；所述管线必要字段根据管线的点数据包含编号、类型和口径中的一项或几项。
7.在本发明提供的一些实施例中，所述原始物探数据中shp（shape格式文件）或mdb (message driven bean，mdb格式文件)格式的数据库中读取。
8.在本发明提供的一些实施例中，所述获得中心点的方法为：遍历物探数据中的所有管线数据，取得管线数据的四至范围，根据四至范围的边界，计算出中心点，所述中心点创建为模型本地坐标系的原点，该点记为o(dx,dy)。
9.在本发明提供的一些实施例中，遍历所述物探数据中管线的点数据和线数据，以中心点为原点换算绘制所需的坐标并生成所需空间参考系下的三维管线模型的方法，包括：遍历所述物探数据中管线的线数据，以中心点为原点计算绘制管线的线数据所需的顶点坐标；遍历所述物探数据中管线的点数据，以中心点为原点计算绘制管线的点数据所需的顶点坐标；读取所需空间参考系，根据获得的中心点坐标、线数据对应的顶点坐标以及点数据对应的顶点坐标，在所需空间参考系下生成三维管线模型。
10.在本发明提供的一些实施例中，所述管线的线数据所需的顶点坐标的计算方法为：遍历管线的线数据中每一个管段，以中心点为原点计算绘制管段所需的顶点坐标；所述管段若为圆管，分别计算出管段两端点处截面的顶点，得到绘制三维管线模型所需的顶点坐标；所述管段若为方管，计算出管段两端点处截面所需的8个顶点，得到绘制三维管线模型所需的顶点坐标。
11.在本发明提供的一些实施例中，所述管线的点数据所需的顶点坐标的计算方法为：遍历管线的点数据，判断所述点数据类型，以中心点为原点计算绘制所述点数据处模型所需的顶点坐标；若点数据类型为圆井，读取圆井半径和井顶顶点坐标，根据井底埋深得到井底高程，并计算井底顶点坐标，获得绘制圆井所需要顶点，以及计算井盖顶点；若点数据类型为方井，根据方井的宽度和高度数据，计算方井的顶点坐标和井盖顶点；若点数据类型为附属设施，根据附属设施类型读取相应的模型，查找点数据关联的线数据，可得所述附属设施的旋转角，根据规格属性得到缩放比例，计算出附属设施的变换矩阵，计算出附属设施的顶点坐标；
若点数据类型为特征，查找所述点数据关联的管段数据，判断生成特征种类，计算特征截面各顶点相对坐标和变换矩阵，计算特征各截面获得创建特征模型所需要顶点。
12.在本发明提供的一些实施例中，所述所需空间参考系为wgs84坐标的空间参考系，所述空间参考系下的三维管线模型为obj文件格式。
13.在本发明提供的一些实施例中，所述gis系统自动参数化三维管线建模方法还包括：获取空间参考系下自动生成三维管线模型的管线属性数据，将管线属性数据写入数据库。
14.在本发明提供的一些实施例中，所述gis系统自动参数化三维管线建模方法还包括：获取数字地形模型中的数字高程模型数据，将数字高程模型数据接入空间参考系下自动生成三维管线模型中，生成管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面的地下管线三维可视化模型数据。
15.第二方面，在本发明提供的另一个实施例中，提供了一种基于gis系统的自动参数化三维管线建模系统，所述gis系统自动参数化三维管线建模系统采用前述gis系统自动参数化三维管线建模方法自动生成所需空间参考系下三维管线模型；所述gis系统自动参数化三维管线建模系统包括数据获取模块、原点创建模块、管线坐标计算模块以及三维管线模型生成模块。
16.所述数据获取模块，用于获取包括按管线类型分别保存的相应管线的点数据和线数据的原始物探数据，并检测数据的有效性和完整性；所述原点创建模块，用于遍历所有物探数据获得管线数据的四至范围，计算出中心点，并将所述中心点创建为模型本地坐标系的原点；所述管线坐标计算模块，用于读取物探数据中管线的点数据和线数据，以中心点为原点换算绘制所需的坐标；以及所述三维管线模型生成模块，用于根据原点以及换算的坐标数据在需空间参考系下自动生成三维管线模型。
17.在本发明提供的一些实施例中，所述gis系统自动参数化三维管线建模系统还包括数据写入模块以及高程模型接入模块，所述数据写入模块，用于将三维管线模型的管线属性数据写入数据库；所述高程模型接入模块，用于将数字地形模型中的数字高程模型数据接入空间参考系下自动生成三维管线模型中，生成管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面的地下管线三维可视化模型数据。
18.本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：1、本发明提供的gis系统自动参数化三维管线建模方法和系统，能够自动检查原始物探数据的正确性、完整性，并自动高效的生成wgs84坐标的易于发布的标准格式的参数化三维管线模型，通过建成的模型可生成web端使用发布的数据。
19.2、本发明提供的gis系统自动参数化三维管线建模方法和系统，通过读取管线物探数据，以极少的人工操作自动生成所需空间参考系下三维管线模型，实现管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面，形成近乎真实的地下管线三维可视化模型数据。
20.本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对示例性实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例提供的基于gis系统的自动参数化三维管线建模方法的流程图。
22.图2为本发明实施例提供的基于gis系统的自动参数化三维管线建模方法中生成三维管线模型的流程图。
23.图3为本发明实施例提供的基于gis系统的自动参数化三维管线建模系统的系统框图。
24.图4为本发明又一实施例提供的基于gis系统的自动参数化三维管线建模系统的系统框图。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
27.下面将结合本发明示例性实施例中的附图，对本发明示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.目前三维综合管线或专业管线的gis项目中，涉及多类管线建模，不同种类管线的部分属性的定义有些许不同，且其物探源数据的坐标多使用cgcs2000坐标或使用加偏的地方坐标系，导致需要人工建模，存在工艺繁琐，数据量大，效率低，费时长，大量的重复或相近的操作，易出错等问题。
29.为解决上述问题，本发明实施例提供的一种能够自动检查原始物探数据的正确性、完整性，并自动高效的生成wgs84坐标的易于发布的标准格式的参数化三维管线模型的系统和方法，以极少的人工操作自动生成所需空间参考系下三维管线模型，实现管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面，形成近乎真实的地下管线三维可视化模型数据。
30.以下结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
31.实施例1参阅图1所示，本发明提供了一种基于gis系统的自动参数化三维管线建模方法，
包括以下步骤：s1：获取原始物探数据。
32.本实施例中，所述原始物探数据包括按管线类型分别保存的相应管线的点数据和线数据。需要特别说明的是，所述原始物探数据可以是读取的包括但不局限于shp或mdb格式的数据库中管线的原始物探数据。
33.在本发明的实施例中，同样也可以读取相应管线的面数据。
34.s2：对原始物探数据进行有效性和完整性检测，以得到有效性和完整性检测后的物探数据。
35.需要特别说明的是，在本发明实施例提供的步骤s2的具体实现中，所述对原始物探数据进行有效性和完整性检测的方法为：遍历获取的原始物探数据，检查所述原始物探数据中各类管线的所有记录数据是否包含管线必要字段，且管线必要字段的数值为有效值；根据管线必要字段中的编号保存所述原始物探数据中管线的点数据和线数据的关联关系，并检测是否存在孤立的点；若检查不存在孤立的点，则得到有效性和完整性检测后的物探数据；若检查存在孤立的点，则无法通过检查，退出有效性和完整性检测程序。
36.其中，所述管线必要字段根据管线的线数据包含管线编号、起点编号、终点编号、起点高程、终点高程、起点埋深、终点埋深、口径和材质中的一项或几项；所述管线必要字段根据管线的点数据包含编号、类型和口径中的一项或几项。
37.因此，对原始物探数据有效性和完整性检测时，遍历原始物探数据的管线数据，检查各类管线的所有记录是否包含管线编号、起点编号、终点编号、起点高程、终点高程、起点埋深、终点埋深、口径、材质等必须的字段，且值为有效值;遍历管点数据，检查所有管点记录是否包含编号、类型、口径等字段及有效值;根据编号保存点数据和线数据的关联关系，同时检查是否存在孤立的点。若无法通过检查，则退出程序，能够快捷的检查原始数据的正确性、完整性。
38.s3：遍历所有物探数据获得中心点，并将所述中心点创建为模型本地坐标系的原点。
39.在本实施例中，所述获得中心点的方法为：遍历物探数据中的所有管线数据，取得管线数据的四至范围，根据四至范围的边界，计算出中心点，所述中心点创建为模型本地坐标系的原点，该点记为o(dx,dy)。
40.s4：遍历所述物探数据中管线的点数据和线数据，以中心点为原点换算绘制所需的坐标并生成所需空间参考系下的三维管线模型。
41.图2示出了本发明实施例提供的一种基于gis系统的自动参数化三维管线建模方法的另一个子流程图。
42.需要特别说明的是，在本发明实施例提供的步骤s4的具体实现方法为：s41、遍历所述物探数据中管线的线数据，以中心点为原点计算绘制管线的线数据所需的顶点坐标。
43.其中，所述管线的线数据所需的顶点坐标的计算方法为：遍历管线的线数据中每一个管段，以中心点为原点计算绘制管段所需的顶点坐
标。需要特别说明的是，在本实施例中，遍历每一个管段，以步骤s3中的中心点作为原点o(dx,dy)，计算绘制管段所需的顶点坐标。
44.（1）所述管段若为圆管，分别计算出管段两端点处截面的顶点，得到绘制三维管线模型所需的顶点坐标。
45.当管段为圆管时，具体的，以可生成正n边形棱柱以减少模型面数，若管段半径为r，则端点截面为正n边形，第i个顶点为pi()，设端点为o()管线方向单位向量为，截面顶点坐标转换为空间坐标的矩阵为m。
46.若为(0,1,0)，即与y轴平行，则有m = 。
47.若不为(0,1,0)，设： = (0,1,0)，，，，，设截面顶点坐标为 ，，，则有空间坐标的矩阵m为：m = 设截面第i个顶点在三维空间的坐标为，有根据上述方法分别计算出管段两端点处截面的顶点，则绘制三维管线模型所需的顶点坐标计算完成。
48.（2）所述管段若为方管，计算出管段两端点处截面所需的8个顶点，得到绘制三维管线模型所需的顶点坐标。
49.在本实施例中，若为方管，设其截面宽为w，高为h，则截面4个顶点的相对坐标为
，，，。同理可得变换矩阵m，并计算所需的8个顶点。
50.s42、遍历所述物探数据中管线的点数据，以中心点为原点计算绘制管线的点数据所需的顶点坐标。
51.其中，所述管线的点数据所需的顶点坐标的计算方法为：遍历管线的点数据，判断所述点数据类型，以中心点为原点计算绘制所述点数据处模型所需的顶点坐标。
52.在本实施例中，遍历管线的点数据，以步骤s3中中心点为原点o(dx,dy)，计算绘制点处的模型所需的顶点坐标。判断所述点数据类型：（1）若点数据类型为圆井，读取圆井半径和井顶顶点坐标，根据井底埋深得到井底高程，并计算井底顶点坐标，获得绘制圆井所需要顶点，以及计算井盖顶点。
53.其中，若为圆井，设半径为r，井顶顶点坐标为，根据井底埋深可得井底高程，同理计算井底顶点坐标，则可获得绘制圆井所需要顶点。同理可计算井盖顶点。
54.（2）若点数据类型为方井，根据方井的宽度和高度数据，计算方井的顶点坐标和井盖顶点。
55.若为方井，设宽度为w，高度为h，则顶点坐标为，，，，设旋转角度为，则有变换矩阵m = ，顶点p(x,y,z)，有。同理可计算井盖顶点。
56.（3）若点数据类型为附属设施，根据附属设施类型读取相应的模型，查找点数据关联的线数据，可得所述附属设施的旋转角，根据规格属性得到缩放比例，计算出附属设施的变换矩阵，计算出附属设施的顶点坐标。
57.在本实施例中，若为附属设施，则根据附属设施类型读取相应的模型(如：阀门、消防栓)，再查找该点关联的线数据，可得该附属设施的旋转角，根据规格属性可得缩放比例，则可计算变换矩阵m。
58.（4）若点数据类型为特征，查找所述点数据关联的管段数据，判断生成特征种类，计算特征截面各顶点相对坐标和变换矩阵，计算特征各截面获得创建特征模型所需要顶点。
59.在本实施例中，若为特征，查找该点关联的管段数据，可判断生成何种特征(如：弯头、三通等)。以弯头为例，设两管连接外曲率半径为r，两管夹角为，管段连接处各管段截断长度为，则有，以为插值间隔，对圆弧微分，以为初
始值，第i个插值点角度，则该处圆心为，再用同s4的方法计算截面各顶点相对坐标和变换矩阵m，可计算第i个截面各顶点坐标，各截面计算完成即获得创建弯头模型所需要顶点。
60.s43、读取所需空间参考系，根据获得的中心点坐标、线数据对应的顶点坐标以及点数据对应的顶点坐标，在所需空间参考系下生成三维管线模型。
61.需要特别说明的是，所述所需空间参考系为wgs84坐标的空间参考系，所述空间参考系下的三维管线模型为obj文件格式。
62.在本发明提供的另一个实施例中，提供了一种gis系统自动参数化三维管线建模方法，该方法还包括：获取空间参考系下自动生成三维管线模型的管线属性数据，将管线属性数据写入数据库。
63.在本发明提供的另一个实施例中，提供了一种gis系统自动参数化三维管线建模方法，该方法还包括：获取数字地形模型中的数字高程模型数据，将数字高程模型数据接入空间参考系下自动生成三维管线模型中，生成管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面的地下管线三维可视化模型数据。
64.本发明提供了一种gis系统自动参数化三维管线建模方法通过读取管线物探数据，以极少的人工操作自动生成所需空间参考系(wgs84)下三维管线模型，实现管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面，形成近乎真实的地下管线三维可视化模型数据。
65.应该理解的是，上述虽然是按照某一顺序描述的，但是这些步骤并不是必然按照上述顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本实施例的一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
66.实施例2图3示出了本发明实施例2提供的基于gis系统的自动参数化三维管线建模系统的结构框图，所述基于gis系统的自动参数化三维管线建模系统包括：数据获取模块100、原点创建模块200、管线坐标计算模块300以及三维管线模型生成模块400。其中：所述数据获取模块100，用于获取包括按管线类型分别保存的相应管线的点数据和线数据的原始物探数据，并检测数据的有效性和完整性。
67.在本实施例中，所述原始物探数据包括按管线类型分别保存的相应管线的点数据和线数据。需要特别说明的是，所述原始物探数据可以是读取的包括但不局限于shp或mdb格式的数据库中管线的原始物探数据。
68.在验证数据的有效性和完整性时，遍历获取的原始物探数据，检查所述原始物探数据中各类管线的所有记录数据是否包含管线必要字段，且管线必要字段的数值为有效值；根据管线必要字段中的编号保存所述原始物探数据中管线的点数据和线数据的关联关系，并检测是否存在孤立的点；若检查不存在孤立的点，则得到有效性和完整性检测后的物探数据；若检查存在孤立的点，则无法通过检查，退出有效性和完整性检测程序。
69.对原始物探数据有效性和完整性检测时，遍历原始物探数据的管线数据，检查各类管线的所有记录是否包含管线编号、起点编号、终点编号、起点高程、终点高程、起点埋
深、终点埋深、口径、材质等必须的字段，且值为有效值;遍历管点数据，检查所有管点记录是否包含编号、类型、口径等字段及有效值;根据编号保存点数据和线数据的关联关系，同时检查是否存在孤立的点。若无法通过检查，则退出程序，能够快捷的检查原始数据的正确性、完整性。
70.所述原点创建模块200，用于遍历所有物探数据获得管线数据的四至范围，计算出中心点，并将所述中心点创建为模型本地坐标系的原点。通过遍历物探数据中的所有管线数据，取得管线数据的四至范围，根据四至范围的边界，计算出中心点，所述中心点创建为模型本地坐标系的原点，该点记为o(dx,dy)。
71.所述管线坐标计算模块300，用于读取物探数据中管线的点数据和线数据，以中心点为原点换算绘制所需的坐标。所述管线坐标计算模块300在计算时，遍历所述物探数据中管线的线数据，以中心点为原点计算绘制管线的线数据所需的顶点坐标；遍历所述物探数据中管线的点数据，以中心点为原点计算绘制管线的点数据所需的顶点坐标。
72.所述三维管线模型生成模块400，用于根据原点以及换算的坐标数据在需空间参考系下自动生成三维管线模型。所述三维管线模型生成模块400根据wgs84坐标的空间参考系，读取所需空间参考系，根据获得的中心点坐标、线数据对应的顶点坐标以及点数据对应的顶点坐标，在所需空间参考系下生成三维管线模型。
73.图4示出了本发明又一实施例提供的gis系统自动参数化三维管线建模系统的结构框图。所述gis系统自动参数化三维管线建模系统还包括数据写入模块500以及高程模型接入模块600。所述数据写入模块500，用于将三维管线模型生成模块400生成的三维管线模型的管线属性数据写入数据库。所述高程模型接入模块600，用于将数字地形模型中的数字高程模型数据接入空间参考系下自动生成三维管线模型中，生成管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面的地下管线三维可视化模型数据。
74.在本实施例中，gis系统自动参数化三维管线建模系统在执行时采用如前述的一种gis系统自动参数化三维管线建模方法的步骤，因此，本实施例中对gis系统自动参数化三维管线建模系统的运行过程不再详细介绍。
75.综上所述，本发明提供的技术方案具有以下优点：本发明能够自动检查原始物探数据的正确性、完整性，并自动高效的生成wgs84坐标的易于发布的标准格式的参数化三维管线模型，通过建成的模型可生成web端使用发布的数据，且通过读取管线物探数据，以极少的人工操作自动生成所需空间参考系(wgs84)下三维管线模型，实现管线与管点、附属物、特征点的自动连接，贴合地面，形成近乎真实的地下管线三维可视化模型数据。
76.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。