實(shí)景三維② 丨全省十佳之“實(shí)景三維助力城市地下空間治理”
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2024-07-31 17:58
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近日，湖南省實(shí)景三維創(chuàng)新應(yīng)用優(yōu)秀案例評(píng)選結(jié)果出爐。經(jīng)過單位申報(bào)、形式審查、專家初評(píng)、現(xiàn)場答辯等環(huán)節(jié)，我院“實(shí)景三維與交通大數(shù)據(jù)模型仿真融合系列應(yīng)用”“長沙市地下空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)”兩個(gè)案例入選“湖南省實(shí)景三維創(chuàng)新應(yīng)用十佳優(yōu)秀案例”。
今天，讓我們一起走進(jìn)十佳案例之“實(shí)景三維助力城市地下空間治理”，了解長沙如何利用三維地下空間數(shù)據(jù)賦能城市治理。
一、案例概況
長沙市已建成覆蓋全市域1.18萬平方公里的地形級(jí)實(shí)景三維。覆蓋主城區(qū)1000平方公里的城市級(jí)實(shí)景三維。10平方公里重點(diǎn)區(qū)域地面建筑、2100萬平方米的地下空間設(shè)施以及42000公里的地下管線部件級(jí)實(shí)景三維。構(gòu)建了涵蓋地上下、水上下、室內(nèi)外全空間的實(shí)景三維數(shù)據(jù)體系，為長沙市高質(zhì)量發(fā)展提供了統(tǒng)一的空間定位框架和分析基礎(chǔ)。長沙市自然資源和規(guī)劃局基于實(shí)景三維長沙成果，利用三維地下空間數(shù)據(jù)賦能城市治理，開展了一系列應(yīng)用探索。其中，在城市內(nèi)澇應(yīng)急預(yù)警、城市水環(huán)境治理與應(yīng)急搶修、城市復(fù)雜地下工程設(shè)計(jì)以及城市水環(huán)境治理等四個(gè)應(yīng)用場景中，成效顯著。
地下空間信息平臺(tái)的建設(shè)將地下空間作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行統(tǒng)籌管理，通過先進(jìn)技術(shù)與地下空間業(yè)務(wù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)城市地下基礎(chǔ)設(shè)施信息的采集、更新、利用、共享，滿足設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行服務(wù)、應(yīng)急防災(zāi)等工作需要。構(gòu)建地下空間全要素綜合三維數(shù)據(jù)底圖，實(shí)現(xiàn)模擬仿真、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處置等功能，為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理以及應(yīng)急處置提供服務(wù)，支撐一網(wǎng)統(tǒng)管及新型智慧城市建設(shè)。
二、技術(shù)創(chuàng)新
01 高精度三維融合
采用基于實(shí)時(shí)定位與制圖（SLAM）的城市地下空間數(shù)據(jù)采集技術(shù),實(shí)現(xiàn)了全景影像與激光點(diǎn)云同步采集與匹配，使得移動(dòng)推掃系統(tǒng)獲取的體的空間幾何信息與高分辨率數(shù)碼相機(jī)能夠得到高質(zhì)量的二維紋理數(shù)據(jù)相融合。
02 海量三維渲染
采用數(shù)據(jù)分級(jí)切片、動(dòng)態(tài)調(diào)度的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了700公里地面傾斜攝影模型數(shù)據(jù)、4.2萬公里管網(wǎng)數(shù)據(jù)、2000多平方公里影像數(shù)據(jù)、500多處構(gòu)建筑物三維建模數(shù)據(jù)、實(shí)景點(diǎn)云等海量數(shù)據(jù)的快速加載和顯示。
03 管線自動(dòng)建模
采用管網(wǎng)模型自主式更新技術(shù)，通過提取二維管網(wǎng)空間及屬性數(shù)據(jù)庫的更新信息，主動(dòng)在三維系統(tǒng)中進(jìn)行單體管線模型及其附屬設(shè)施的重建，并同時(shí)更新其拓?fù)潢P(guān)系。應(yīng)用自動(dòng)耦合造型法的管網(wǎng)精細(xì)化自動(dòng)建模技術(shù)，將長沙市域內(nèi)3.2萬公里的管網(wǎng)數(shù)據(jù)快速三維建模。
04 智能分析決策
面向市政線性和面狀工程，提供了碰撞分析、沖突檢測、工程斷面圖等豐富的分析工具箱，為地下空間開發(fā)應(yīng)用提供支撐。當(dāng)新建一條地下通道時(shí)，相關(guān)單位可以將設(shè)計(jì)方案的三維模型放入系統(tǒng)，查看擬建通道的地質(zhì)環(huán)境是否存在較高風(fēng)險(xiǎn)，以及它與沿線工程的關(guān)系，方便決策人員快捷地判斷設(shè)計(jì)方案的選址走向是否合理、施工難易程度、安全風(fēng)險(xiǎn)等。
三、推廣應(yīng)用
1.城市內(nèi)澇應(yīng)急預(yù)警
利用高精度三維地下管網(wǎng)模型、DEM等實(shí)景三維成果，與城市下墊面模型的耦合分析，構(gòu)建片區(qū)水文水動(dòng)力模型、地表漫流模型，形成城市內(nèi)澇模型。通過動(dòng)態(tài)計(jì)算天上來水、管網(wǎng)排水、河道泄水情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)澇點(diǎn)的精準(zhǔn)識(shí)別和危害等級(jí)預(yù)判，在實(shí)景三維場景中動(dòng)態(tài)展示內(nèi)澇過程及范圍。從2022年起，為開福區(qū)防汛、內(nèi)澇應(yīng)急工作提供了提前預(yù)警、提前防范、提前疏散避險(xiǎn)技術(shù)支撐。
2.城市水環(huán)境治理與應(yīng)急搶修
利用實(shí)景三維長沙的地下管網(wǎng)、排水設(shè)施、水系等數(shù)據(jù)，建立了排水管網(wǎng)模型，借助地下空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)分析、流向分析、節(jié)點(diǎn)分析功能，結(jié)合水質(zhì)分析結(jié)果，高效開展排水口污水溯源工作，精準(zhǔn)定位污水來源。在金霞經(jīng)開區(qū)污水溯源工作中，精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)雨污管道錯(cuò)接192處。該工作經(jīng)驗(yàn)推廣到了龍王港河流域和靳江河流域的相關(guān)工作中，助力實(shí)現(xiàn)片區(qū)全面雨污分流，提升水環(huán)境質(zhì)量。
3. 城市復(fù)雜地下工程設(shè)計(jì)
利用實(shí)景三維成果能一體化直觀表達(dá)地上地下建構(gòu)筑物及地下管網(wǎng)現(xiàn)實(shí)狀況的優(yōu)勢，在清水路、麓山南路機(jī)動(dòng)車下沉隧道規(guī)劃方案設(shè)計(jì)時(shí)，通過規(guī)劃方案BIM模型與實(shí)景三維成果疊加分析，編制了六套規(guī)劃方案，清晰地展示了空間位置關(guān)系，精準(zhǔn)地測算了改遷工程量和工程造價(jià)，為市委市政府決策提供重要的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。
4. 三維地質(zhì)體輔助城市建設(shè)
平臺(tái)利用院內(nèi)已有鉆孔數(shù)據(jù)資料，通過內(nèi)插放樣的技術(shù)方法，生成全市的地址三維模型數(shù)據(jù)，基于該地質(zhì)體模型，長沙市開展了宗地前置評(píng)價(jià)服務(wù)。在供地的同時(shí)，使開發(fā)商提前了解地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的信息，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)有效避免工程建設(shè)中的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，保障工程建設(shè)的安全和可持續(xù)發(fā)展。
同時(shí)，三維地質(zhì)體還在長沙市國土空間規(guī)劃論證、地下空間開發(fā)利用研究、交通線網(wǎng)規(guī)劃論證、地質(zhì)災(zāi)害管理、重大工程選址等方面開展應(yīng)用。
四、應(yīng)用成效
數(shù)據(jù)集成，匯聚全資源“一張圖”
通過集成并管理城市各部門地下空間相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化管理，全面再現(xiàn)城市地上地下全資源數(shù)據(jù)的立體結(jié)構(gòu)，形成地上地下全資源“一張圖”，有效服務(wù)于城市安全、地下資源管理、地上地下空間協(xié)同開發(fā)等領(lǐng)域。
模擬仿真，賦能未來地下空間治理
面對(duì)地下空間未來發(fā)展中可能出現(xiàn)的問題難點(diǎn)，通過構(gòu)建地下空間模型，提供地下空間模擬仿真應(yīng)用，及時(shí)預(yù)判地下空間可能面臨的問題，例如事故影響范圍、救災(zāi)情況、施工問題、管線開挖、管線容量等進(jìn)行模擬分析，通過分析結(jié)果輔助管理部門提前做好應(yīng)對(duì)措施與科學(xué)規(guī)劃，進(jìn)而提高地下空間精細(xì)化、現(xiàn)代化、智能化治理水平。
應(yīng)急處置，提高綜合管理決策能力
針對(duì)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的隱患事故具有應(yīng)急處置能力，通過對(duì)地下設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和挖掘，當(dāng)?shù)叵驴臻g隱患事故發(fā)生時(shí)，能夠快速對(duì)事故影響范圍等情況作出分析，并給出應(yīng)急預(yù)案，提高綜合管理決策能力。
五、結(jié)束語
當(dāng)前已進(jìn)入城市地下空間開發(fā)利用勢頭迅猛的時(shí)代，智慧地下空間綜合信息管理平臺(tái)將與城市CIM基礎(chǔ)平臺(tái)深度融合，地上CIM空間與地下CIM空間共同構(gòu)成全要素城市CIM空間，有力推動(dòng)城市地上地下資源精細(xì)化協(xié)同管理，夯實(shí)新型智慧城市的建設(shè)。
我院將繼續(xù)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢、數(shù)據(jù)優(yōu)勢和多專業(yè)協(xié)同優(yōu)勢，探索基于三維城市模型和三維管線數(shù)據(jù)，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將地下管線三維數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)環(huán)境擬合，將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫“集成，把以往很難體驗(yàn)到的地下空間實(shí)體信息，地下管網(wǎng)，城市部件，模擬仿真后疊加。將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，專業(yè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相結(jié)合，為隱蔽空間作業(yè)，道路開挖等工作提供超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。
