CN101634398A

CN101634398A - 三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法

Info

Publication number: CN101634398A
Application number: CN200910115929A
Authority: CN
Inventors: 王家耀; 徐青; 孙伟; 姚志强; 周桥; 刘志勇; 姜超
Original assignee: SUZHOU DIGITAL CITY ENGINEERING RESEARCH CENTER Co Ltd; PLA Information Engineering University
Current assignee: SUZHOU DIGITAL CITY ENGINEERING RESEARCH CENTER Co Ltd; PLA Information Engineering University
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2010-01-27

Abstract

本发明涉及一种三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，它包括如下步骤：(a)在地理信息***中创建城市地下各类管网的三维可视化场景；(b)在所述的城市管网的三维可视化场景中对爆管事故发生的位置进行定位；(c)搜索出爆管附近的可控阀门并加以区别显示；(d)确定爆管管线的类型并进行相应地爆管效应的显示。本发明爆管分析方法是基于GIS***下三维可视化城市管网爆管分析方法，该爆管分析方法可封装在城市管道相关管理部分的监测***中，通过向其输入爆管位置，则管理部门会得到关闭哪些阀门的信息，确保方便、快速的进行管道的维护工作。

Description

三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法

技术领域

本发明涉及城市地下管网的爆管分析方法。

背景技术

城市各类地下管网是城市基础设施的重要组成部分，它就像人体内的神经和血管，日夜担负着传递信息和输送能量的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的生命线。良好的基础设施和完善的城市功能所形成的良好的投资环境是加快经济发展、加速现代化进程的保障。

爆管是对管网危害极大的一种管网故障，其具有突发、破坏性大的特点。一旦发生爆管，如给水管网发生爆管，其不仅会造成水资源浪费，给供水企业带来经济损失，还会影响其它行业的正常经营，给居民的正常生活带来不便。如果抢修不及时，再发生诸如塌方、交通堵塞等次生灾害的话，后果可想而知。因此爆管分析对于维护管网的正常运转、减少管网故障带来的能源浪费和经济损失具有重要的现实意义。目前大多数管网***是基于二维平面的分析显示，即当监测设备检测到有爆管事故发生，其将实际爆管位置与二维管网显示图相对应，从而分析其邻近的可控阀门，以进行关阀动作，但是，这种二维分析方法不能够直观的反映地下管网信息，在进行爆管分析时往往出现误差，从而不能及时判断出可控阀门的位置，因而不能及时关阀，抢修效率得不到提高。

随着信息技术的发展，数字时代的来临，地理信息***作为获取、整理、分析和管理地理空间的重要工具越来越多地应用到很多行业，因此，利用GIS***对城市管网进行三维场景再现并对结合三维场景对爆管进行分析，将成为技术发展趋势。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术的不足，提出的一种在三维场景中可实现对爆管分析的方法，该方法可直观地给出爆管分析的显示效果，从而保证管网的及时高效维护。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，它包括如下步骤：

(a)、在地理信息***中创建城市地下各类管网的三维可视化场景；

(b)、在所述的城市管网的三维可视化场景中对爆管事故发生的位置进行定位；

(c)、搜索出爆管附近的可控阀门并加以区别显示；

(d)、确定爆管管线的类型并进行相应地爆管效应的显示。

对上述技术方案的进一步优化为：

步骤(a)中，城市地下各类管网至少包括给水管网、燃气管网、供热管网、排水管网、电力管网、排污管网、电信管网。

步骤(c)中，对可控阀门的搜索采用图论搜索算法中的深度优先算法，包括如下步骤：

(c1)、以爆管点出发，选择与该爆管点邻接的管点，判断该管点是否为可控阀门；

(c2)、若上述邻接管点是可控阀门，则选中该管点以区别显示；若上述邻接管点不是可控阀门，以该邻接管点为出发点，选择与该管点相邻接的其他管点，直到选出可控阀门管点。

步骤(c)中，对选中的可控阀门管点进行区别显示的方式为高亮显示。

步骤(d)中，所述的爆管效应是依据爆管管线内部的介质采用不同的粒子表现形式。

所述的粒子表现形式包括烟雾、***、喷射。

本发明具有如下优点：本发明爆管分析方法是基于GIS***下三维可视化城市管网爆管分析方法，在三维场景中，根据爆管发生的位置，判断管线的类型进行相应的爆管效应，并搜索出离该处最近的几个阀门加以区别显示，从而直观的给决策者提供爆管关阀信息，本发明爆管分析方法可封装在城市管道相关管理部分的监测***中，通过向其输入爆管位置，则管理部门会得到关闭哪些阀门的信息，确保方便、快速的进行管道的维护工作。

附图说明

附图1为本发明所实施的基于图论算法的爆管关阀示意图；

附图2为本发明所实施的基于粒子***实现爆管结果可视化的流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

城市地下管网通常包括给水管网、燃气管网、供热管网、排水管网、电力管网、排污管网和电信管网等，每一类管网都由管线段和附属设施组成，呈树状、环状或辐射状，形成一个***，如图1所示，首先在GIS***下创建所述的城市管网三维场景，当外部***检测到有爆管发生时，在该GIS三维场景中确定爆管的位置，然后根据该爆管的位置利用图论搜索算法中的深度优先搜索(Depth-First Search，DFS)来确定出能够控制该泄漏管线最近的阀门的位置，所述的深度优先搜索的基本思想是：

以从顶点v出发为例，首先将v标记为已到达的顶点，然后选择一个与v邻接的尚未到达的顶点u，如果这样的u不存在，搜索中止；假设这样的u存在，则从u又开始一个新的DFS。当从u开始的搜索结束时，再选择另外一个与v邻接的尚未到达的顶点，如果这样的顶点不存在，则搜索中止；而如果存在这样的顶点，又从这个顶点开始DFS，如此循环下去。

那么在本实施例中，对爆管点附近的可控阀门的搜索过程如下：

参见图1，假设图中点A、F、G、C点为可控阀门，P点为爆管点，其他点为普通物探点号，则爆管关阀的具体步骤为：

从爆管点P出发，选择与P邻接的管点J，判断J点是否为可控阀门；

由已知条件知J点不是可控阀门，则以J点为出发点，选择与J邻接的A点，从而筛选出A点为关阀位置；

同样继续以J点为出发点，判断G、E点是否满足条件，筛选出G点为关阀位置，直至所有与J点相连接的管点全部筛选完毕；

跳到初始爆管点P，选择反向的邻接管点C，重复以上步骤。

通过以上步骤即可把爆管点P所关联的可控阀门一一筛选出来，并对各个阀门进行三维场景中的高亮显示，以区别于其他节点，从而可直观地呈现在管理人员的面前，以提高作业效率。

同时，本发明还可以对爆管的管线类型进行分析，并进行相应的效果显示，我们知道，对烟雾、***、喷射等表面具有动态性和流体性变化的不规则物体，其形体是实时变化的，如果仍采用常规方法构建模型进行描述，则模型运行时的空间复杂度和时间复杂度会随模型的规模呈指数级增长，不适合在实时性要求很高的场合采用。在本实施例中，这里采用粒子***对爆管分析结果进行三维可视化表现。

粒子***是用于不规则模糊物体建模及图像生成的一种方法，所绘制的景物被定义为有成千上万个不规则的并且是随机分布的粒子组成，每个粒子都有一定的生命周期，每时每刻都在不断地运动和改变形态。粒子***的实现分为：粒子的产生、粒子的运动和粒子的消亡三个步骤，同时为了解决粒子***显示效果和效率之间的矛盾，目前多采用带有纹理的微小图元做粒子。纹理映射在粒子***的模拟效果中起到了重要作用，可以减少了计算量，从而提高了粒子***显示的实时性。

由于城市地下管网包括给水管网、燃气管网、供热管网、排水管网、电力管网、排污管网和电信管网等，不同类型的管线爆管则对应于不同的粒子***表达。这里结合现实生活的常识，考虑因管网内部介质所引起的不同的爆管结果可视化效应，将综合管网分为三类：

(1)给水管网、排水管网、排污管网和供热管网：内部介质多为水质，可作为喷射状粒子***显示爆管；

(2)燃气管网：内部介质为气体，可通过烟雾粒子显示爆管；

(3)电力管网和电信管网：传输电力或通讯信号，可通过电火花粒子等显示爆管；

基于以上因素，并考虑代码的可移植性，在本实施例中利用Com技术实现了各类管线爆管可视化组件ParticleSystemCom的设计，图2为该组件实现爆管显示的流程图。其主要是根据发生爆管事故的位置，在三维场景中经过遍历筛选判断出当前管线要素的类型，根据不同的类型设置不同的粒子发射器，经过粒子的运动方程后改变每一个粒子的属性，并通过参数及纹理获取将粒子发送到帧缓存中，即可利用OpenGL三维显示出不同类型管线的爆管情况了。

本实施例将图论算法和粒子***显示综合起来引入到GIS实现的三维管网***中，能够较好实现三维场景中的爆管分析，并能以三维可视化的形式直观的给出爆管分析的显示效果，为管网***的3D GIS功能奠定了基础。

上述结合实施例对本发明的技术构思及特点进行了说明，但上述说明不能理解为对本发明的技术方案的限定，如本发明并不限定用图论算法进行可控阀门的搜索以及利用粒子***对爆管分析的显示，而且可控阀门的显示也不应受限于高亮显示，同时，对上述实施例中三类管网的粒子显示也不是唯一的，即由本发明所提供的实施例可进行多种等效的变化，但凡根据本发明技术方案的精神实质所做的改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，其特征在于：

(c)、搜索出爆管附近的可控阀门并加以区别显示；

(d)、确定爆管管线的类型并进行相应地爆管效应的显示。

2、根据权利要求1所述的三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，其特征在于：步骤(a)中，城市地下各类管网至少包括给水管网、燃气管网、供热管网、排水管网、电力管网、排污管网、电信管网。

3、根据权利要求1所述的三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，其特征在于：步骤(c)中，对可控阀门的搜索采用图论搜索算法中的深度优先算法，包括如下步骤：

(c1)、以爆管点(P)出发，选择与该爆管点(P)邻接的管点(J)，判断该管点(J)是否为可控阀门；

(c2)、若上述邻接管点(J)是可控阀门，则选中该管点以区别显示；若上述邻接管点(J)不是可控阀门，以该邻接管点(J)为出发点，选择与该管点(J)相邻接的其他管点，直到选出可控阀门管点。

4、根据权利要求1或3所述的三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，其特征在于：步骤(c)中，对选中的可控阀门管点进行区别显示的方式为高亮显示。

5、根据权利要求1所述的三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，其特征在于：步骤(d)中，所述的爆管效应是依据爆管管线内部的介质采用不同的粒子表现形式。

6、根据权利要求5所述的三维可视化环境下城市综合管网的爆管分析方法，其特征在于：所述的粒子表现形式包括烟雾、***、喷射。