李亚林LIYa-lin
（上海梅山钢铁股份有限公司，南京210039）
（ShanghaiMeishanIronandSteelCo.，Ltd.，Nanjing210039，China）
摘要：本文以CityMake7.0三维地理系统为基础开发平台，以国内梅钢三维总图系统建设的案例为例，探讨了基于3DGIS系统建立工厂总图信息系统的关键技术与实现方案，以及在企业总图管理中发挥的重要作用。
Abstract:ThispapertakescityMake7.03Dgeographicinformationasthefundamentaldevelopmentplatform,takes3DgeneralinformationsystemconstructionofMeishanIronandSteelCo.,Ltd.,inChinaastheexampletodiscussthekeytechnologyandimplementationschemeofconstructinggeneralinformationsystemofthefactoryandtheimportantroleinenterprisegeneralmanagementbasedon3DGISsystem.
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关键词 ：三维地理信息；钢铁企业总图系统；系统开发；数据建设；管理创效
Keywords:3Dgeographicinformation；generalinformationsystemofironandsteelenterprise；systemdevelopment；dataconstruction;managementeffect
中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）21-0045-04
0引言
近年来，随着国家产业结构的调整，钢铁行业运行面临“需求下降、产量下降、价格下降、环保加压”等环境压力。在市场、资源和管理理念条件新常态下，钢铁企业更深刻地认识到厂内总图运输对生产成本、运营成本、厂区环境、预留发展等之间的影响，从而更加重视全厂总图管理的能力提升。总图运输设计（designofgenerallayoutandtransportation），是根据建厂（场）地区地理、自然和环境等条件，按照工艺要求、物料流程以及有关工程建设标准，正确选定厂（场）址，合理确定工业（园）区及工业企业内，各种建构筑物、交通运输设施、综合管线的平面关系、竖向关系、空间关系及与生产活动的有机联系，系统地处理物流、人流、能源流和信息流，并且能对施工的前中后期进行立体化管理的综合性学科。在企业的规划与发展中，总图管理信息系统的建设为企业提供了重要的决策支持，其系统的高效运行及优化更能适应新常态下的管理需求。
地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统的核心是空间数据，即具有空间位置信息的数据。地理信息系统以其特有的地理空间特征，广泛应用到社会生活各个领域。随着计算机技术、空间技术和信息技术、虚拟现实技术的飞速发展，GIS的表现形式也已经由二维过渡到了三维。将三维GIS技术应用于企业的精细化管理可提高运营管理水平。
各大钢厂现有总图数据主要是二维的，管理系统是单机版。在这样的背景之下，针对现有企业二维总图系统中存在的突出问题，有必要在现有的二维总图管理系统基础上建立三维总图信息管理系统。
本文以CityMaker三维地理系统为基础开发平台，以国内梅钢三维总图系统建设的案例为例，探讨了基于3DGIS系统建立工厂总图信息系统的关键技术与实现方案，以及在企业总图管理中发挥的重要作用。
1总图三维信息关键技术
1.1三维模型测绘数据获取技术
随着现代测绘、地质勘探和地球物理技术的发展，3D空间数据获取技术不断发展和丰富，已经由传统的大地测量和工程测量方式发展到一些更方便和快捷的获取3D空间数据的技术方法。其中激光扫描测量技术因其快速高效而倍受青睐。3D激光扫描测量技术由传统的单点数据获取提升为连续自动数据获取，不仅提高了观测精度和速度，而且很好的解决了柔性物体、珍贵文物和危险区域的非接触式测量问题。
1.2三维地理信息技术
三维地理信息系统由二维地理信息系统发展而来。它是将三维空间坐标（x，y，z）作为独立参数来进行空间实体对象的几何建模，其数学表示为：F=f（x，y，z），因而所建立的模型不仅可以实现三维可视化，还可以进行三维空间分析。相比于二维GIS，三维GIS的空间信息的展示更为直观。
1.3软件工程技术
软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。软件工程的目标是：在给定成本、进度的前提下，开发出具有适用性、有效性、可修改性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可移植性、可追踪性、可互操作性和满足用户需求的软件产品。基于3DGIS系统的工厂总图系统的开发本质上是软件工程实施的一个案例，因此，软件工程的原则可以对3DGIS系统开发过程进行指导。
1.4系统集成技术
系统集成是指通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理。基于3DGIS系统的工厂总图系统本质上是也系统集成的一个案例，因此，系统集成技术的原则可以对其实施过程进行指导。
2系统架构
2.1系统网络架构
系统采用C/S（Client客户机/Server服务器）和B/S（Browser浏览器/Server服务器）相结合的架构。空间数据、属性数据、用户配置数据等数据都部署在服务器端，通过服务的方式发布数据。
C/S结构的大部分应用功能都是在客户端实现的，客户机要安装三维总图客户端程序，通过客户端程序输入分配好的用户及密码连接服务器浏览数据，该结构的最大优势在于将应用功能分布在不同的客户端计算机上，大大减轻了对服务器的负载压力。
B/S结构用户首次使用需要安装一个IE浏览器三维插件，使用IE浏览器输入分配好的用户及密码就可以访问三维总图服务器，可以浏览三维数据和使用发布好的相关功能。在系统安装部署时，可以根据不同的用户分别按客户端或浏览器配置。
2.2系统各功能模块框架
基于3DGIS系统的工厂总图系统以二三维一体化总图数据库为底层数据核心，以CityMaker三维地理开发平台、.NET程序开发平台以及大型关系数据库开发平台作为开发框架，通过插件式应用程序开发模式，定制专题功能插件，通过开发框架的插件引擎加载插件，构建可维护和可扩展的三维总图信息系统，系统各功能模块总体框架如图1所示。
3系统功能
3.1三维总图C/S客户端系统功能
三维地理信息系统C/S客户端功能模块的组织结构如图2，实现了下列功能要求：场景浏览、量算工具、查询与定位、高级SQL查询、缓冲区分析、通视分析、视域分析、日照分析、管线分析、系统的分级安全管理、对数据(库)的维护管理、数据输出等。
3.2三维总图B/S浏览器端系统功能
可以使用IE浏览器在企业内网主页上添加一个三维总图系统的链接，用户通过该链接使用分配好的用户名和密码可以访问三维总图服务器。三维地理信息系统B/S浏览器端相对C/S客户端功能少一些，键盘鼠标操作和C/S客户端一致，功能主要有场景浏览、信息查询、空间量测、分析统计、方案比较等。功能操作、实现效果和C/S客户端类似，不予详述。
4系统数据
CityMaker系列产品是北京伟景行数字城市科技有限公司研发的，拥有完全自主知识版权。CityMaker系列软件将二维信息融人三维场景中，并将传统的二维分析运算扩展成三维分析运算，实现可视化、分析功能的二三维一体化。
4.1CityMaker平台中，构成三维场景的数据内容主要包括部分
CityMaker平台中，构成三维场景的数据内容主要包括三个部分：一是三维模型数据；二是矢量数据；三是地形数据。
4.2数据开发
基于CityMakerSDK的3DGIS的数据开发一般遵循以下4步：
①初始化三维地球控件，设置访问权限，让客户端具有使用权限，具备一定得保密功能。
②加载三维场景数据。
③获取三维场景实体。
④业务逻辑处理。
5总图管理信息系统的建设与应用
基于CityMaker的三维总图信息系统的建设，需要采集厂区各类测绘数据，构建厂区三维模型数据，并录入三维总图信息系统。
在系统数据建设的过程中，为控制工程实施成本，需要充分利用已有的各类基础地理信息资源，并通过无人机航测、三维激光扫描仪等手段补充测绘其他相关厂区地形数据及建筑物、道路、管线等模型数据，建立厂区三维地形模型。
在此基础上，使用高分辨率数码相机或摄像机实地拍摄建构筑物、道路、管线等的立面照片，获取相应纹理；采用航测生成的高精度数字正射影像图，获得地表纹理，完成厂区的三维模型的构筑。整个系统的数据放在服务器上，各个终端通过网络实现系统数据的读取。
5.1系统建设主要工作
5.1.1现有厂区基础地理信息数据的充分利用与分析
①提取地形数据：1?誜500、1?誜1000电子版的地形图数据从质量、精度和现势性等方面完全可以满足三维总图管理系统对基础数据的要求，数据经过处理可以制作成高质量的数字高程模型。
②提取建筑物数据：利用现有厂区1?誜500、1?誜1000地形图提供的平面和基础高程数据，通过调查并使用三维激光扫描仪测量建、构筑物高度和结构信息，可以建立真实准确的建、构筑物结构模型。
③提取交通数据：利用现有厂区1?誜500、1?誜1000地形图提取道路边线，补充部分数据，可以构成道路面数据。
④提取地下管线数据：利用现有二维总图信息系统的地下管线的空间数据和属性数据，并补充调查各种检修井的空间数据，可以生成地下管线三维模型。
⑤提取植被数据：利用现有厂区1?誜500地形图提取植被面数据，可以生成植被面模型。
5.1.2厂区三维模型数据的补充测绘
①地形数据、建筑物三维模型数据、交通数据的补充测绘：利用无人机航空摄影测量补充测绘获取厂区DEM；由空三成果数据恢复立体模型，引入畸变差改正后的影像数据及空三加密成果，进行绝对定向，生成核线影像，内业判读地物，进行大型建筑屋顶结构尺寸数据采集。
②地表纹理、建筑物立面纹理、建筑物顶部纹理数据的采集：使用高分辨率数码相机或摄像机到实地拍摄建构筑物等的立面照片，照片经过裁剪、匀色、拼接等处理后贴到建构筑物框架模型立面上，可以形成真实美观的三维模型。采用航测生成的高精度数字正射影像图，获得地表纹理。
5.2系统的目标实现
本案完成了企业约5平方公里的三维建模，通过动态更新掌握总图的现势性；通过地形、高程、建构筑物和管线等矢量数据和影像数据的加载，实现厂区范围的客观场景可视化；通过地图查询、编辑和分析等功能，特别是管线断面、碰撞和通视功能的实现，有效提高了设计质量和效率；为道路、绿化、建构筑物等专业管理提供统一技术信息平台，房产信息基本实现账物统一，实现资源共享，最终得到的是专业技术管理效率的提升成为数字工厂不可或缺的子系统，为企业的规划与发展提供了重要的决策支持。
6结语
钢铁企业总图三维GIS系统，采用了当今先进的三维GIS技术和平台，兼容了原有二维系统，完成了地上和地下两大部分数据的实体构建和信息录入；使用各种地上浏览方式和地下浏览模式，可以以多种方式和从各个角度完成3D飞行，浏览与查询，为企业总图管理的实用、高效、准确和稳定提供了可靠保障，实现了企业总图管理在技术手段和管理方式上的变革，为企业信息化管理奠定了坚实的基础。
当然，本文仅就现有的成熟三维地理信息技术为依托，探讨了钢厂三维总图信息系统开发与建设的关键技术与一种系统实现的技术路线，并未深入探讨三维地理信息各项关键技术尤其是空间分析技术与工厂总图信息系统的深度结合；此外，限于技术的发展，当前的三维GIS技术在空间分析能力特别是真三维的空间分析能力还相对不足，这在一定程度上影响了其在工厂三维总图信息系统建设中的应用。这些都有待于后续工程实践中的分析与研究。
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参考文献：
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