排水管網模型的三維動態(tài)可視化方法研究和應用

 

城市智慧水務

 

 

 

研究背景

 

排水管網模型采用數值化方法模擬和預測排水管網系統(tǒng)的運行狀態(tài)。由于城市的快速發(fā)展，排水管網的分布越來越復雜，其在三維空間分布特征等立體性信息越來越重要。充分利用排水管網模型中存在的空間信息，對多源異構數據進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排水管網分布、屬性信息等的展示。研究如何將三維可視化技術與排水管網模型結合，以期為城市內澇風險評估和溢流污染控制等提供有效的決策支持，是當前研究的熱點內容。

 

研究方法

 

排水管網模型三維動態(tài)可視化方法的建立包括四個部分。（1）三維地理場景的構建；（2）排水管網模型與三維動態(tài)可視化方法的耦合；（3）多源異構數據的存儲和耦合；（4）排水管網模型的三維動態(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平臺上將遙感影像數據與DEM數據、排水管網三維實體模型疊加而成。在對結構化的多源異構數據進行存儲和耦合時，采用Microsoft SQL Server數據庫對數據進行標準化、結構化。排水管網模型的三維動態(tài)可視化方法包括管道對象、節(jié)點對象的可視化分析。

 

結果與討論

 

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

 

 

 

水位數據方面，可以結合管網對象的直徑和埋深等屬性數據，在管網內部或外部同步直觀獲取水位數據，以及充滿度的動態(tài)變化過程。當節(jié)點發(fā)生積水時，節(jié)點將以高亮形式進行顯示，形成溢流節(jié)點和滿管流管道的三維空間分布圖。水質數據方面，可以快速直觀的獲取不同管網對象的水質差異情況。同時耦合水質標準信息，當水質數據滿足該標準時，管網對象將在三維場景中高亮顯示，并形成滿足各水質標準的節(jié)點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、滿管流管道在三維空間上的分布情況，進而為城市內澇和溢流污染控制提供技術支持，如下圖所示。

 

 

 

本研究的創(chuàng)新點主要體現在以下3個方面：(1) 充分展示排水管網空間信息，實現數據的深度挖掘；(2)  增加人機交互性，提高管理和決策支持效率；(3)  發(fā)展了城市排水系統(tǒng)領域的二維、三維聯動分析方法。

 

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

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