排水管網(wǎng)模型的三維動(dòng)態(tài)可視化方法研究和應(yīng)用

 

城市智慧水務(wù)

 

 

 

研究背景

 

排水管網(wǎng)模型采用數(shù)值化方法模擬和預(yù)測(cè)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。由于城市的快速發(fā)展，排水管網(wǎng)的分布越來越復(fù)雜，其在三維空間分布特征等立體性信息越來越重要。充分利用排水管網(wǎng)模型中存在的空間信息，對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效耦合和解析具有重要意義。近年來，三維可視化方法多用于對(duì)排水管網(wǎng)分布、屬性信息等的展示。研究如何將三維可視化技術(shù)與排水管網(wǎng)模型結(jié)合，以期為城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和溢流污染控制等提供有效的決策支持，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。

 

研究方法

 

排水管網(wǎng)模型三維動(dòng)態(tài)可視化方法的建立包括四個(gè)部分。（1）三維地理場(chǎng)景的構(gòu)建；（2）排水管網(wǎng)模型與三維動(dòng)態(tài)可視化方法的耦合；（3）多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和耦合；（4）排水管網(wǎng)模型的三維動(dòng)態(tài)可視化分析。方法框架圖如下圖所示。

 

 

 

三維地理環(huán)境是在Unity3d Engine平臺(tái)上將遙感影像數(shù)據(jù)與DEM數(shù)據(jù)、排水管網(wǎng)三維實(shí)體模型疊加而成。在對(duì)結(jié)構(gòu)化的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和耦合時(shí)，采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化。排水管網(wǎng)模型的三維動(dòng)態(tài)可視化方法包括管道對(duì)象、節(jié)點(diǎn)對(duì)象的可視化分析。

 

結(jié)果與討論

 

排水系統(tǒng)的水位、水質(zhì)、流向和流速四種類型數(shù)據(jù)的三維展示如下圖所示。

 

 

 

水位數(shù)據(jù)方面，可以結(jié)合管網(wǎng)對(duì)象的直徑和埋深等屬性數(shù)據(jù)，在管網(wǎng)內(nèi)部或外部同步直觀獲取水位數(shù)據(jù)，以及充滿度的動(dòng)態(tài)變化過程。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生積水時(shí)，節(jié)點(diǎn)將以高亮形式進(jìn)行顯示，形成溢流節(jié)點(diǎn)和滿管流管道的三維空間分布圖。水質(zhì)數(shù)據(jù)方面，可以快速直觀的獲取不同管網(wǎng)對(duì)象的水質(zhì)差異情況。同時(shí)耦合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)信息，當(dāng)水質(zhì)數(shù)據(jù)滿足該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，管網(wǎng)對(duì)象將在三維場(chǎng)景中高亮顯示，并形成滿足各水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)和管道三維空間分布圖。

 

此外，該系統(tǒng)可以模擬不同降雨事件下積水節(jié)點(diǎn)、滿管流管道在三維空間上的分布情況，進(jìn)而為城市內(nèi)澇和溢流污染控制提供技術(shù)支持，如下圖所示。

 

 

 

本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：(1) 充分展示排水管網(wǎng)空間信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘；(2)  增加人機(jī)交互性，提高管理和決策支持效率；(3)  發(fā)展了城市排水系統(tǒng)領(lǐng)域的二維、三維聯(lián)動(dòng)分析方法。

 

      作者信息：智國錚，博士，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，主要從事排水系統(tǒng)三維可視化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用研究。

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