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研究生: 陳佩妤
PEI-YU CHEN
論文名稱: 基於Cesium之3D管線管理平台與自動化建模技術
3D pipeline management platform and automated modeling technology based on Cesium
指導教授: 謝佑明
Yo-Ming Hsieh
口試委員: 陳鴻銘
Hung-Ming Chen
吳翌禎
I-CHEN WU
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 107
中文關鍵詞: Cesium3D管線平台自動化建模
外文關鍵詞: Cesium, 3D pipeline management platform, automated modeling technology
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  • 有鑒於國內管線挖掘頻繁,傳統 2D 圖資不易判讀地下管線之立體空間位置,常導致挖損管線甚至造成嚴重的公共安全事件,故近年來政府積極推動3D管線平台以有效管理地下管線並降低施工不慎挖損管線的機率,進而提升地下管線的作業效率。目前常見3D管線平台常使用兩種方案:1) 商業的3D GIS系統或2) GIS系統與BIM展示查詢系統的結合。其中方案1無法建置管線內部的3D模型細節,不適合應用於共同管道,也因此有方案2的產生。但方案2常將整個管線系統分區建立完整的3D 管線BIM模型,造成資料儲存與傳輸的成本大幅增加,並對於操作使用的電腦造成負擔。
    本研究嘗試使用開放原始碼3D GIS軟體Cesium,開發一介於前述方案1與方案2中間的新解決方案。其中管道模型的部分基於使用者視點根據現有管線圖資自動生成三維管線模型,減少管線模型建置、儲存與傳輸的成本。共同管道內部重覆性細節如電纜托架以及固定架等,則使用Autodesk Revit 繪製元件模型,並將其轉換為glTF標準傳輸格式以匯入至Cesium並依等間距等規則自動佈設於管道中,使得共同管道內部能清楚呈現。透過前述手段可提供優於上述方案1的管線內部細節、並大幅降低方案2造成的模型資料儲存、傳輸、處理的負擔。地上建築物則可配合Cesium OSM Buildings其使用Open Street Map的3D建物資料,可查詢建築物基本資料,包含建築物名稱、位置等,達到智慧化管理地下管線與建築模型。


    In view of the frequent excavation of pipelines in Taiwan, it is difficult to read the three-dimensional spatial position of underground pipelines with traditional 2D map data, which often leads to the excavation of damaged pipelines and serious public safety incidents. In recent years, the government has actively promoted 3D pipeline platform to effectively manage underground pipelines and reduce the probability of inadvertent excavation of damaged pipelines, thus improving the operation efficiency of underground pipelines. Currently, the 3D pipeline platforms generally utilize two schemes: 1) commercial 3D GIS system or 2) combination of GIS system and BIM display query system. Among them, scheme 1 is unable to build the 3D model details inside the pipeline, which is not suitable for common pipelines, so scheme 2 is generated. However, scheme 2 often partitions the entire pipeline system to build a complete 3D pipeline BIM model, resulting in a significant increase in the cost of data storage and transmission and a burden on the computers used.
    This study attempts to use the open source 3D GIS software Cesium to develop a new solution between scheme 1 and scheme 2. Part of the pipeline model automatically generates a three-dimensional pipeline model according to the existing pipeline drawing data based on the user's viewpoint, reducing the cost of pipeline model construction, storage and transmission. For the repetitive details inside the common pipe, such as cable tray, one can use Autodesk Revit to draw the component model, and convert it into the gltf standard transmission format for import into Cesium and automatically arrange it in the pipe according to the rules of equal spacing, so that the inside of the common pipe can be clearly presented. Through the above-mentioned means, the internal details of the pipeline can be provided better than that of the above-mentioned scheme 1, and the burden of model data storage, transmission and processing caused by the scheme 2 can be greatly reduced. The above ground buildings can cooperate with Cesium OSM buildings to use the 3D building data of open street map. One can explore the basic information of buildings, including the name and location of buildings, to achieve intelligent management of underground pipelines and building models.

    論文摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究流程 2 1.3 論文架構 4 第2章 文獻回顧 5 2.1 公共設施管線 5 2.1.1 公共設施管線定義及種類 5 2.1.2 公共設施管線資料庫分組發展歷程 7 2.1.3 公共設施管線資料標準 14 2.1.4 公共設施管線資料庫 15 2.1.5 管線相關法規 19 2.1.6 台灣目前公共管線管理平台現況 21 2.1.7 建置公共設施管線相關文獻探討 23 2.2 共同管道系統 24 2.2.1 共同管道簡介 24 2.2.2 共同管道分類及其設計規範 25 2.2.3 台灣目前共同管道建設現況 29 2.2.4 共同管道管理系統現況 31 2.2.5 建置共同管道相關文獻探討 33 2.3 Web 3D管線系統 34 2.3.1 Web 3D GIS技術 35 2.3.2 Web 3D GIS軟體 37 2.3.3 台灣3D管線展示系統現況 39 2.4 計算兩點經緯度坐標之間的距離 41 2.4.1 Haversine公式 41 2.4.2 Vincenty's 公式 42 2.5 管線圖資高程 43 第3章 研究工具 45 3.1 CesiumJS 46 3.2 HTML 47 3.3 JavaScript 47 3.4 CSS 48 3.5 Node.js 48 3.6 PROJ - Proj4js 48 3.7 Autodesk Revit 50 3.8 Dynamo 51 3.9 glTF Exporter 52 3.10 建物部分 53 3.10.1 3D Tiles-內政部國土測繪中心多維度服務 53 3.10.2 Cesium OSM Buildings 54 3.11 ReMouse 54 第4章 平台設計 55 4.1 平台功能需求 55 4.1.1 地下模式 55 4.1.2 管線圖層 56 4.1.3 位置 56 4.1.4 建物 56 4.1.5 地圖/地形圖層 57 4.2 平台使用檔案格式 57 4.2.1 管線部份 57 4.2.2 建物部分 57 4.2.3 共同管道內部部分 58 4.3 平台3D管線自動化建置以及顯示方法 58 4.3.1 3D管線自動化建置流程 59 第5章 案例導入展示 63 5.1 案例介紹 63 5.2 案例導入說明 64 5.2.1 前置作業 64 5.2.2 管線顯示及查詢 65 5.2.3 建物顯示及查詢 67 第6章 平台效益評估 69 6.1 效能評估案例及方法 69 6.2 兩種3D管線建置方式於展示頁面之CPU之效能比較 71 6.3 兩種3D管線建置方式於展示頁面之記憶體之效能比較 72 6.4 兩種3D管線建置方式於展示頁面之FPS之效能比較 73 6.5 兩種3D管線建置方式於展示頁面之彩現之效能比較 74 6.6 小結 75 第7章 結論與建議 76 7.1 結 論 76 7.2 建議與未來展望 76 參考文獻 77 附錄A 台灣各縣市建置完成之共同管道狀況 82 附錄B 兩種3D管線建置方式效能評估比較之數據 88

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