地下管線開挖建模 整合三維地理資訊圖台

詮華國土測繪公司 彭德熙測量技師、蔡世霖副總經理

公共設施管線管理為工程執行之基礎,亦關係城市安全之因素,因此建立完整公共設施管線資料庫,為現今各縣市政府急欲推動之重點計畫。近年來3D圖台技術蓬勃發展,自高雄氣爆後,政府積極投入相關經費,建置地下管線資料庫,而地下管線中常見的管線,主要包含五大維生管線,包括、電力、電信、瓦斯、自來水與雨汙水管線,期望透過三維化展示成果,以3D呈現,來檢視地下管線分布情形,作為後續城市規劃與防災之決策應用。

建置3D管線資料,目前主要採兩種方式,第一種為利用原先2D管線孔蓋及固定設施物類別,建置標準檔案資料庫;第二種為利用道路挖掘修復前,透過錄影拍照或地面光達掃描方式建置。第一種方式,就現有的管線資料埋深相關資訊建置,依據營建署105年的標準規範,針對管線埋深起訖與轉折點,記錄其埋深(Z)值,方便於3D模型建立。但目前記錄埋深,乃依據地面往管線的上方到地面的距離,並非絕對高程,故系統需取得數值高程模型(Digital Elevation Model)資料(20M 間距 OpenData),再進行管線埋深的絕對高度進行換算。換算過程,必須要知道管線的單位(公尺、英吋)與詳細的管徑高度(寬度)等資訊。

依據不同管線資料特性,分別進行3D模型資料庫建置,將二維管線資圖資,轉換至三維管線圖資後,透過ArcGIS for Server發佈三維管線服務,實際作業時,需依據各種管線補正內容,來決定如何換算成絕對高度(埋深),不同管線所記錄的欄位,分別開發不同的模式,以進行3D公共管線建模,並發布於網路圖台,如下圖1。

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圖1 三維管線成果於3D圖台展示

第二種方式,則在開挖時,利用現今高科技測繪技術,採用地面光達進行現狀掃描,地面光達於掃瞄時,測製高精度三維點雲坐標成果,相較於傳統測量為單點量測,其特性為全面性測量,適用於工程需短時間採集大量高精度成果資料,掃瞄時僅需於周遭測設適當控制點位,如下圖2,成果即可複合於台灣法定坐標系統上。

於開挖完成後,將地面光達掃瞄儀,架設於開挖工地上方,如下圖3,並依開挖面積大小及形狀,進行不同角度掃描,以取得完整掃描點雲資料,現場作業僅需10分鐘,即可快速完整建置資料,並同步取得彩色照片成果。掃描完畢後,可以將管線在真實世界裡對應到地圖上的坐標位置。起點、終點、轉折點的坐標,都需要實測,管徑、管材、設置日期等相關必須欄位,由管線單位提供竣工資料,並建置於管線資料屬性,作為後續三維管線模型建置引用數據,如此可建置真實管線埋深位置。未來有關單位再進行開挖工程時,可透過3D GIS圖台(如下圖4),進行現地資料輔助,避免開挖過程誤挖其他管線,導致衍生相關安全問題。

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圖2 控制點測量

 

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圖3 地面光達掃瞄示意圖

 

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圖4 地面光達成果於3D圖台展示

因管線開挖復工時間緊湊,為提升測量作業效率,並將相關技術普及發展,亦採用GOPRO設備,針對現場進行錄影,透過錄影方式,操作者不需採特定角度進行拍照,僅需走動,來回拍攝,大幅降低現場操作的門檻,未來相關影片,不單可做為現場開挖施工的紀錄,更可將資料於內業,採電腦視覺及攝影測量技術,重建三維現場,如下圖5。而利用此方式,外業施測可交由現場施工單位直接進行紀錄,一來施工單位可有效掌握整體進度,二來可提升地下管線資料正確性,透過3D GIS圖台有效管理大量資料,並提供各種不同單位檢視討論。

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圖5 地下管線開挖三維建模成果(GOPRO方式建置)

管線單位申請端、與業務單位審查端,能在開挖前,有效透過3D GIS,了解目前地下管線現況,可提供申挖單位於繪製刨鋪範圍後,鏈結至三維管線圖台,檢視刨鋪範圍三維管線模型,如下圖6。並可進行各管線衝突分析,儲存於資料庫,且於公共設施管線三維展示平台中,供管線單位查閱衝突分析位置,如下圖7。

於3D GIS圖台分析後,可透過協商會議,邀請管線單位進行衝突協商,將管線衝突資料提供管線單位進行協商,並依據協商結果修正管線屬性,修正完畢後重複模型產製、衝突分析及衝突協商流程,直到管線無衝突情況。

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圖6 3D GIS圖台檢視管線申挖位置

 

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圖7 3D GIS管線衝突分析圖台顯示

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