GIS_3D_Network_Design_Implementation

地信与三维——基于ArcGIS的三维管网信息系统设计与实现

一、引言

随着信息技术的发展，特别是虚拟仿真技术的进步，三维地理信息系统（3D GIS）的应用日益广泛。三维管网信息系统作为一种重要的应用领域，对于提高城市基础设施管理水平具有重要意义。将详细介绍基于ArcGIS的三维管网信息系统的设计与实现。

二、系统建设原则

1. 实用性：系统设计注重实际需求，确保功能全面、结构合理、操作简便且界面友好，便于日常维护和功能扩展。
2. 扩展性：系统预留接口和模块化设计，以便于未来新增功能和技术升级。
3. 安全性：采用多层次权限管理，保障数据安全，防止非法访问和数据泄露。
4. 兼容性：支持多种数据格式转换，确保与其他系统的互联互通。
5. 标准性：遵循相关行业标准和技术规范，便于数据共享和交换。

三、系统建设目标

三维管网信息系统利用基础测绘数据，实现CAD与ArcGIS数据的双向转换及一系列功能，包括但不限于数据裁剪、输入输出、管网设计、符号管理、数据显示、数据查询、数据统计、标注、量算、断面观察、管网分析、三维显示以及权限设置等。系统需能够实时管理和更新管线的二维和三维数据，确保数据的现势性和准确性，以发挥空间分析及辅助决策的作用。

四、系统开发方式

1. 开发工具：采用Microsoft Visual Studio系列开发工具，基于C/S架构，结合SQL Server 2005数据库系统，在ArcGIS Engine平台上进行二次开发。
2. 开发语言：使用C#语言进行开发，C#是从C和C++演化而来的现代编程语言，专门为.NET Framework设计，具备高度的灵活性和安全性。
3. 开发框架：基于ArcGIS Engine + C#的开发方式技术成熟，市场应用广泛，适用于构建三维管网信息系统。

五、管线三维模型算法

1. 表面微分处理：管线三维透视图中的管段可用圆柱面表示，通过将管线表面分段构造成多个四边形来实现管线模型的构建。分段越细，模型越接近真实管线，但计算量也会增加。
2. 管线衔接处圆滑处理：为使虚拟管线形象逼真，对管线中心线的拐角以圆弧替代，并根据相邻线段的夹角确定圆弧弧度。此外，拐角圆弧的细分程度取决于圆弧弧度大小。
3. 管线段的连接：管线段的连接处通常涉及管线分叉或管径变化等情况，这些部位可通过三通、阀门、变径接头等附属设施连接。在三维系统中，这些附属设施作为立体符号存储，并根据管线的空间走向调整角度，确保与管线紧密结合。

六、结论

基于ArcGIS的三维管网信息系统通过集成先进的虚拟仿真技术和GIS技术，实现了管线空间位置关系的真实展现。该系统不仅提高了数据管理的效率和准确性，也为规划建设和辅助决策提供了强有力的支持。随着技术的不断进步，三维GIS在城市管理中的作用将会越来越显著。