一种城市地下管网建模方法、装置及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及三维模型构建，尤其是指一种城市地下管网建模方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、shapfile(shp)数据是一种用于地理信息系统中的矢量数据格式，能够描述地理空间对象的几何形状和属性。在地下管线表示中，shp数据通常用于存储和表示管线的空间位置和属性信息，如管线的起点、终点、长度、材质和管径等等，以便基于这些信息更方便地进行数据导入、导出、编辑和分析等操作，为地下管网建设时的规划、设计、施工以及管理过程提供了有力支持。

2、然而，由于城市地下管网规模巨大，传统的管网数据管理方式面临着效率低下、事故处置不及时等问题，数字孪生技术为地下管网智能化管理提供了新的可视化呈现，构建了检测、预警、诊断和分析为一体的智慧管网管理窗口。但是，地下管网的shp数据在可视化时呈现的是二维线条，其只能展示管网数据的平面形态，无法呈现管网的立体结构，无法充分表达地下管网中不同管道之间的空间关系，导致无法理解和分析地下管网的布局，也无法基于二维线条进行管网规划和地质勘探等，因此，需要采用三维可视化技术来展示地下管网的立体结构和空间关系。

3、现有技术中的管网建模方法大多是手工建模，需要先基于shp数据获取地下管线二维图纸，人工依照地下管线二维图纸在三维建模软件上进行手工绘制，工作人员需要仔细研究二维图纸，理解各个管段和管点之间的关系，之后结合各个管段和管点的尺寸信息，以及图纸中管段和管点之间的连接关系逐一绘制出管网中的各个管段和管点，从而得到地下管网的三维模型；但是，当需要构建整个城市地下管网的三维模型时，由于管网中的管段和管点数量太多，人工基于二维图纸建模的方法需要耗费巨大的人力和时间成本，效率低下，且整个城市地下管网的二维图纸相对复杂，人工建模过程中可能会出现连接关系理解错误的问题，从而导致建模精度较低。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的城市地下管网建模方法存在人力和时间成本高、效率低下且建模精度低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种城市地下管网建模方法，包括：

3、对管网的shapfile文件进行解析，得到管网的几何信息和字段信息，基于所述几何信息和所述字段信息，获取各个管段和管点之间的连接关系；

4、基于每个管段的半径、壁厚以及管段两端的二维坐标，得到每个管段两端横断面的几何中心点坐标；基于每个管段及其相连的管段之间的夹角，得到每个管段两端横断面的法向量；基于管段每个横断面的法向量、几何中心点坐标和管段的半径得到管段每个横断面的三维模型；基于每个管段两端横断面的三维模型，得到每个管段三维模型；

5、基于与套筒相连的多个管段连接点的二维坐标，得到套筒的起始点坐标、中间点坐标和终点坐标，从而得到所述套筒的轴线；计算所述轴线上m个采样点所在横断面上的顶点坐标，得到每个采样点所在横断面的三维模型，基于m个采样点所在横断面的三维模型，得到套筒三维模型；

6、基于井室半径、井室壁厚、井室两端的二维坐标、井脖半径、井脖壁厚、井脖两端的二维坐标以及预设井盖厚度，构建管井三维模型；

7、基于管网中所有管段三维模型、所有套筒三维模型、所有管井三维模型和所有附属物三维模型，得到城市地下管网三维模型。

8、优选地，若所述套筒为普通套筒，则基于与所述套筒相连的两个管段连接点的二维坐标得到所述套筒的中间点坐标；

9、将所述中间点坐标分别沿两个管段的轴线方向平移预设距离，得到所述套筒的起始点坐标和终点坐标；

10、将所述起始点坐标、所述中间点坐标和所述终点坐标相连，得到所述套筒的轴线。

11、优选地，若所述套筒为多通套筒，则基于与所述套筒相连的管径最大的两个管段连接点的二维坐标得到所述套筒的中间点坐标；

12、将所述中间点坐标分别沿所述管径最大的两个管段的轴线方向平移预设距离，得到所述套筒的起始点坐标和终点坐标；

13、将所述起始点坐标、所述中间点坐标和所述终点坐标相连，得到所述套筒的轴线。

14、优选地，采样点所在横断面上的顶点坐标的计算公式为：

15、

16、其中，pi表示轴线上第i个采样点所在横断面上的顶点坐标，pi-1表示轴线上第i-1个采样点所在横断面上的顶点坐标，m为预设参数，表示轴线上第i个采样点所在横断面的法向量，pc表示套筒的中间点坐标，pc-1表示套筒的起始点坐标。

17、优选地，基于井室半径、井室壁厚、井室两端的二维坐标、井脖半径、井脖壁厚、井脖两端的二维坐标以及预设井盖厚度，构建管井三维模型包括：

18、基于井室的半径、壁厚以及井室两端的二维坐标，得到所述井室两端横断面的几何中心点坐标；

19、基于所述井室的半径和两端横断面的几何中心点坐标，得到井室两端横断面的三维模型，基于所述井室两端横断面的三维模型，得到井室三维模型；

20、基于所述井脖的半径、壁厚以及井脖两端的二维坐标，得到所述井脖两端横断面的几何中心点坐标；

21、基于所述井脖的半径和两端横断面的几何中心点坐标，得到井脖两端横断面的三维模型，基于所述井脖两端横断面的三维模型，得到井脖三维模型；

22、基于所述井脖的半径和预设厚度，生成与所述井脖相同形状且尺寸匹配的井盖三维模型；

23、对所述井室三维模型的侧表面、所述井脖三维模型的侧表面和所述井盖三维模型的顶面进行纹理贴图，并基于贴图后的井室三维模型、井脖三维模型和井盖三维模型得到管井三维模型。

24、优选地，若所述管井为雨水箅或电力井，则获取与所述管井相连的所有管段中与所述管井距离最远的两个横断面几何中心点；

25、基于所述两个横断面几何中心点计算管井三维模型旋转角度，并基于所述管井三维模型旋转角度将所述管井三维模型绕z轴进行旋转。

26、优选地，所述管井三维模型旋转角度的计算公式为：

27、

28、其中，θ表示管井三维模型旋转角度，表示与所述管井距离最远的两个横断面几何中心点p1、p2组成的向量，表示向量的模，表示坐标系x轴正向，t表示转置。

29、优选地，还包括：

30、判断与所述附属物三维模型相连的多个管段靠近所述附属物三维模型一端的高程字段值与所述附属物三维模型的高程字段值是否相同；

31、若与所述附属物三维模型相连的多个管段靠近所述附属物三维模型一端的高程字段值与所述附属物三维模型的高程字段值不同，则判定所述附属物三维模型悬空；

32、将所述附属物三维模型底部几何中心点和多个管段连接点作为端点，生成连接管三维模型，从而避免附属物三维模型悬空。

33、本发明还提供了一种城市地下管网建模装置，包括：

34、数据解析模块，用于对管网的shapfile文件进行解析，得到管网的几何信息和字段信息，基于所述几何信息和所述字段信息，获取各个管段和管点之间的连接关系；

35、管段三维模型构建模块，用于基于每个管段的半径、壁厚以及管段两端的二维坐标，得到每个管段两端横断面的几何中心点坐标；基于每个管段及其相连的管段之间的夹角，得到每个管段两端横断面的法向量；基于管段每个横断面的法向量、几何中心点坐标和管段的半径得到管段每个横断面的三维模型；基于每个管段两端横断面的三维模型，得到每个管段三维模型；

36、套筒三维模型构建模块，用于基于与套筒相连的多个管段连接点的二维坐标，得到套筒的起始点坐标、中间点坐标和终点坐标，从而得到所述套筒的轴线；计算所述轴线上m个采样点所在横断面上的顶点坐标，得到每个采样点所在横断面的三维模型，基于m个采样点所在横断面的三维模型，得到套筒三维模型；

37、管井三维模型构建模块，用于基于井室半径、井室壁厚、井室两端的二维坐标、井脖半径、井脖壁厚、井脖两端的二维坐标以及预设井盖厚度，构建管井三维模型；

38、城市地下管网三维模型获取模块，用于基于管网中所有管段三维模型、所有套筒三维模型、所有管井三维模型和所有附属物三维模型，得到城市地下管网三维模型。

39、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的城市地下管网建模方法的步骤。

40、本技术提供的城市地下管网建模方法直接对shapfile文件进行解析，得到管段和管点的建模位置、类型、尺寸信息和管段管点之间的连接关系；通过管段半径、壁厚和管段两端的二维坐标得到管段两端的横断面中心点，再基于管段及其相连管段之间的夹角，得到管段两端横断面的法向量，基于横断面的中心点坐标和法向量得到横断面的三维模型，从而基于管段两端横断面的三维模型得到管段三维模型；基于与套筒相连的多个管段连接点得到套筒的起始点、中间点和终点坐标，从而得到套筒的轴线，并通过轴线上m个采样点所在横断面的三维模型，得到套筒三维模型；之后基于井室、井脖和井盖的二维数据信息构建管井三维模型，最后基于构建好的管段三维模型、套筒三维模型、管井三维模型和附属物三维模型得到城市地下管网三维模型；本技术提供的建模方法可以实现二维数据到三维模型的自动转换，直接基于shapfile文件构建城市地下管网三维模型，无需先绘制管网的二维图纸，再人工基于二维图纸和管段管点尺寸绘制各个管段和管点的三维模型，简化了建模流程，降低了人力和时间成本，提高了建模效率和精度。