基于webGL的地下管网系统的设计与实现

—科教导刊（电子版）·2019年第33期/11月（下）—285基于webGL的地下管网系统的设计与实现王星汉连懿何龙（天津师范大学地理与环境科学学院天津300380）摘要地下管网是城市基础设施的重要组成部分，三维可视化技术实现了地下管网系统的高效管理，本文使用Web-GL基于B/S框架可在浏览器端高效实现三维官网可视化，阐述了系统的总体设计和功能实现，实现了地下管网系统的科学管理。关键词地下管网系统设计与实现中图分类号：TP368.2文献标识码：A0前言城市地下管网是城市基础设施的重要组成部分，是人类生存生活不可或缺的物质条件，深埋在地下管线分布错综复杂，在城市化的不断推进中，城市中的各种功能的管线不断增加的同时存在大量急需更换的废弃管线，如今借助二维图纸已无法满足对各种管线实时有效的管理，其隐蔽性不仅影响施工进度还容易引发安全事故。随着网络技术和计算机硬件的发展，基于三维可视化的建模技术日渐成熟并应用到不同领域，使用三维可视化技术建立地下管网系统可实现对地下管网的高效管理。目前国内外对三维可视化的研究主要通过C/S(Client/Ser-ver，客户机/服务器)框架实现，这种框架相对成熟，不具有跨平台的特点；在互联网和大数据技术不断发展中形成了B/S(Brower/Server)框架，这种框架和GIS交融形成了全新了Web-GIS，但是基于B/S框架的三维管线可视化多依赖第三方插件和软件平台的二次开发，并且对不同浏览器的兼容性不佳，如何在网络上高效实现三维管网可视化是当今网络三维GIS面临的关键问题。WebGL作为全新的开放跨平台技术在浏览器端兼容和渲染效果理想，无需第三方插件，可直接使用GPU对图形进行绘制和渲染，具有很好的跨平台性和可维护性，WebGL技术是在浏览器端实现海量三维管线管网可视化的重要途径。本文在已有的CAD二维数据基础上使用oracle对管线数据的存储和管理，基于WebGL在浏览器端实现地下管网的三维可视化。1系统设计1.1总体设计本文基于B/S架构使用WebGL技术构建天津师范大学管网系统，结构上前后台分离，后台使用的C#语言开发的各种分析功能的算法，前台使用JavaScript语言展示系统功能，使用AJAX接口与后台对接。整个系统分为客户端层，逻辑层、数据层和服务层，客户端层负责浏览器端显示管网数据的加载显示以及各种分析功能的可视化；逻辑层负责数据与客户端之间的交互以及各种分析算法的实现；数据层中包含系统中所需要的矢量、影像数据和数据库中的管线管点数据。网络服务器层负责系统各种分析功能的运算和输出结果（如图1）。1.2系统功能模块设计为了实现对管网进行有效管理，系统设计了管网系统中常见的功能，共分为数据管理、空间分析和爆管分析三个模块（如图2）。图2：系统功能模块1.2.1数据管理模块（1）数据输入与输出。可将管网数据导入系统并加载，同时支持将管网数据转换格式输出。（2）数据编辑。可自定义选择位置对管点、管线或实体进行移动、增加和删除。1.2.2空间分析模块（1）空间量测功能。包括测量两点间的空间距离、折线的长度以及多边形的面积等。（2）空间查询功能。查询管点、管线以及多边形的信息，如管点管线标号、名称、建筑信息等属性信息。（3）统计查询功能。根据查询类型和属性来筛选满足条件的数据。1.2.3爆管分析模块当发生爆管时，点击爆管位置可显示管线编号，在服务层里运行爆管分析算法，根据数据库中建立的管点管线拓扑关系计算出距爆管处最近的止水阀，然后将止水阀关闭并以高亮红色显示。2数据预处理2.1数据采集体育馆室内外场景三维模型采用的是天津师范大学Li-DAR点云测距和无人机倾斜摄影测量得到的建筑模型[a]。本文使用的矢量数据是前期已经获取的天津师范大学1:2000数图1：系统总体设计科|学|技|术—科教导刊（电子版）·2019年第33期/11月（下）—286字线画图数据和体育馆各类管线的CAD数据，具有完备的空间坐标和属性信息，空间坐标系为天津90地方坐标系，在Ces-ium平台上加载需要借助ARCGIS转换为WGS84大地坐标系。最终要将室内和室外模型与管线模型进行叠加。2.2管网模型构建管网模型指各类管线模型和管点模型的总称，每一根管线都通过管点和其他管线段相连。本文结合管网CAD数据图根据管线、管点实际使用情况将管线分为给水、排水、电力、电信和暖通五类，将管点分为弯头、三通、四通、电动阀、蝶阀、法兰、截止阀、球阀和止回阀九类。管网模型构建需要用到的软件主要有成图软件AutoCAD和三维模型制作软件3DMAX。在此之前对管网数据进行了合理的层次编码，即对每一个图层的不同管线点用字母缩写和阿拉伯数字结合的方式命名，方便了对管网数据的组织和管理。然后把各种管点管线数据按图层导出成DWG文件并导入3DMAX中，管