城市地下綜合管線質(zhì)檢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李運健，李 沖，佘東靜，陽建逸

(1. 廣西壯族自治區(qū)測繪地理信息產(chǎn)品質(zhì)量檢驗站，廣西 南寧 530023；2. 四川省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，四川 成都 610041)

地下綜合管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施和城市建設(shè)的重要組成部分，是支持城市、工礦企業(yè)正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，更是城市的生命線[1]。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市擴建，各地市紛紛加大投入，建設(shè)各地的地下綜合管線管理系統(tǒng)，此類系統(tǒng)對地下管線綜合管理、城市規(guī)劃、建設(shè)施工、運行和應(yīng)急等工作至關(guān)重要[2-3]。

地下綜合管線普查的內(nèi)容多，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)庫存儲和展示功能已經(jīng)相對完善[4-5]。按照測繪成果的驗收要求，需要開展數(shù)據(jù)檢查工作，而傳統(tǒng)的人工檢查方法已不能適應(yīng)海量數(shù)據(jù)的檢查要求，雖然目前的管理系統(tǒng)也會設(shè)計一些檢查工具，但是主要是針對部分的屬性精度和拓撲關(guān)系等，功能不夠完善，定制性不足；因此目前還沒有專門針對城市地下綜合管線的質(zhì)檢系統(tǒng)。另外，還需要有針對性地將內(nèi)業(yè)檢查的抽樣和疑問點快速轉(zhuǎn)換到外業(yè)巡查驗收的環(huán)節(jié)，這就需要研究如何以軟件系統(tǒng)的方式實現(xiàn)完整檢查驗收流程，使技術(shù)人員對成果數(shù)據(jù)的質(zhì)量達成統(tǒng)一的認識，統(tǒng)一檢查尺度，快速高效地檢查發(fā)現(xiàn)普查數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題。

1 地下綜合管線質(zhì)檢內(nèi)容與方法

1.1 檢查內(nèi)容

根據(jù)地下綜合管線普查的內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)行管線普查的生產(chǎn)標準及成果表現(xiàn)形式，主要檢查內(nèi)容可歸納為以下3個方面。

1.1.1 數(shù)學精度

檢查管線點平面和高程精度、與地物相對位置精度、明顯點埋深精度、隱蔽點平面探測精度、埋深探查精度、開挖精度。

1.1.2 地理精度

檢查地下管線調(diào)查和探測的內(nèi)容完整性、正確性；綜合取舍合理性；檢查管線及其附屬物的類型、位置、材質(zhì)、連接關(guān)系、走向、流向等是否與實地一致，有無遺漏或錯誤。檢查各種管線點線的屬性注記及符號的規(guī)格、內(nèi)容的正確性，管線去向是否明確，符號及線劃與背景地形圖是否協(xié)調(diào)、無壓蓋，檢查管線圖圖廓外的注記和整飾與規(guī)定要求的符合性。

1.1.3 邏輯一致性

檢查數(shù)據(jù)文件命名、格式、數(shù)據(jù)組織、存儲方式與規(guī)定的符合性，數(shù)據(jù)文件有無多余、缺項，數(shù)據(jù)是否能夠完整、正確讀出；檢查重復要素；管線線段之間的空間碰撞，無連接的孤立點、線；檢查標識碼唯一性、數(shù)據(jù)項的取值范圍、管點屬性值關(guān)系、高程及埋深屬性;數(shù)據(jù)接邊連接性、屬性一致，有無遺漏或重復等情況。

1.2 檢查方法

對地下管線數(shù)據(jù)的檢查內(nèi)容，從工序上可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分，具體方式如下。

1.2.1 外業(yè)檢查

外業(yè)主要側(cè)重實地檢測數(shù)據(jù)的采集、屬性的實地檢查比對等。主要工作內(nèi)容包括管線點平面與高程精度數(shù)據(jù)、埋深數(shù)據(jù)采集;管線屬性實地核實;管線點與線的差錯漏檢查等。檢查方式一般是先按標準進行抽樣，然后打印出樣本對應(yīng)的管線圖與成果表作為外業(yè)工作的底圖，直接在上面記錄采集的檢測數(shù)據(jù)與屬性核實結(jié)果，標注差錯漏。

1.2.2 內(nèi)業(yè)檢查

內(nèi)業(yè)側(cè)重檢查數(shù)據(jù)是否標準化，精度統(tǒng)計及數(shù)據(jù)內(nèi)部的邏輯關(guān)系等，主要工作內(nèi)容包括數(shù)據(jù)的組織、存儲、格式、數(shù)據(jù)集定義、屬性項定義等是否與生產(chǎn)依據(jù)的標準或設(shè)計一致，數(shù)據(jù)中的各屬性值、編碼、代碼等是否符合數(shù)據(jù)字典的要求，數(shù)據(jù)內(nèi)部是否有邏輯矛盾、拓撲錯誤等，檢查方法除了傳統(tǒng)的人工目視檢查外，部分項目也開發(fā)有配套的工具式軟件進行輔助檢查。

1.3 方法分析

對于相對簡單、區(qū)域范圍不大或單一專題管線的檢查，上述檢查方法內(nèi)、外業(yè)可分別同時開展，但針對復雜的、綜合性的或大區(qū)域范圍的管線普查而言，其效率較為低下，有效把控質(zhì)量問題的風險較大。由于外業(yè)檢查一般采用抽樣檢查的方式，不可能覆蓋到所有的管線要素，復雜管線的屬性信息難以全部在有限承載數(shù)據(jù)的檢查圖紙上反映；外業(yè)檢查過程中需要隨時翻閱查看多個數(shù)據(jù)表，直接記錄在紙圖上的檢測數(shù)據(jù)與問題標注由于缺少位置關(guān)聯(lián)，還需要內(nèi)業(yè)對照數(shù)據(jù)文件進行核查并錄入到電子表格進行統(tǒng)計，工作量大容易出錯。

綜上所述，更為合理的檢查方法為：先利用軟件系統(tǒng)對所有的管線數(shù)據(jù)進行概查，重點包括數(shù)據(jù)組織定義的標準化方面、數(shù)據(jù)內(nèi)部的邏輯關(guān)系方面、屬性值的約束方面、數(shù)據(jù)賦值的有效性方面、各類要素的相關(guān)關(guān)系方面等，對發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，然后重點抽取屬于外業(yè)調(diào)查導致質(zhì)量問題或需要外業(yè)實地復核的數(shù)據(jù)作為樣本進行外業(yè)實地開挖檢查，并采用可以安裝在平板電腦上的檢查系統(tǒng)輔助外業(yè)檢查和問題記錄，這樣對整體質(zhì)量把控針對性強，效率高，可靠性更好[6-15]。

2 內(nèi)外業(yè)一體化地下管線質(zhì)檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 內(nèi)業(yè)檢查系統(tǒng)

由于內(nèi)業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)的問題是確定外業(yè)抽樣檢查的依據(jù)，因此內(nèi)業(yè)檢查系統(tǒng)應(yīng)能全面、快速、準確地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的問題，甚至疑似問題。根據(jù)上述思路，可將所有的檢查指標要求納入到一個定制化的檢查方案中，檢查方案采用“檢查對象+檢查算子+規(guī)則參數(shù)=檢查規(guī)則”→“規(guī)則1+規(guī)則2+…+規(guī)則n=檢查規(guī)則庫”的模式，針對不同要求的數(shù)據(jù)定制不同的檢查方案，如圖1所示。

由圖1可以看出，質(zhì)檢方案的關(guān)鍵在于如何將檢查的內(nèi)容形成算子化質(zhì)量檢查指標體系，并采用可程序化的算子集群進行實現(xiàn)。根據(jù)上文中歸納總結(jié)的檢查內(nèi)容，結(jié)合開發(fā)實際，提出地下綜合管線檢查算子集群見表1。

表1 地下綜合管線檢查算子集群

而對于內(nèi)業(yè)檢查系統(tǒng)而言，除了核心的自動化檢查功能之外，還需要一些輔助的功能，包括：工程管理、數(shù)據(jù)信息管理、檢驗模型管理、質(zhì)檢方案定制與管理、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)顯示、質(zhì)檢結(jié)果管理、精度統(tǒng)計與報表輸出、檢查模版管理等。據(jù)此研制的系統(tǒng)如圖2所示。

系統(tǒng)新建檢查工程時，指定使用的檢驗評價模型、檢驗方案、檢查數(shù)據(jù)后，便可進行一鍵式、全自動化檢查，由于檢查方案是由檢查算子參數(shù)化后形成的一系列規(guī)則集群組成的，因此可以根據(jù)不同項目要求靈活定制，如空間碰撞檢查，使用空間交叉算子，并通過指定不同類型的管線碰撞技術(shù)指標，實現(xiàn)包括雨水與污水的空間碰撞檢查規(guī)則、電力與燃氣的空間碰撞檢查規(guī)則等，檢驗方案制作如圖3所示。

2.2 外業(yè)巡查系統(tǒng)

外業(yè)巡查系統(tǒng)基于平板電腦設(shè)計，并以“簡單、穩(wěn)定、高效”為核心理念進行開發(fā)。由于外業(yè)檢查成本高，而且受地理環(huán)境、天氣狀況、作業(yè)時間等影響，外業(yè)巡查軟件的設(shè)計以簡單、快捷為第一理念，為此檢測數(shù)據(jù)采集與巡視檢查功能均不設(shè)計二級菜單，不作任何數(shù)據(jù)空間分析計算等，只作與外業(yè)現(xiàn)場相關(guān)的內(nèi)容。另外，外業(yè)快速操作時可能出現(xiàn)誤操作等情況，因此，采集的檢測數(shù)據(jù)能實時保存到后臺數(shù)據(jù)庫，防止用戶數(shù)據(jù)丟失。外業(yè)檢測核查數(shù)據(jù)采集完成后，直接導出給內(nèi)業(yè)檢查系統(tǒng)進行自動化的分析計算、精度統(tǒng)計、意見匯總，最大限度地實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)無縫銜接，以提高檢查效率。

外業(yè)檢查記錄的信息主要有錯誤的位置信息、屬性信息、錯誤描述、其他備注信息等，這些信息是檢查的原始憑證或過程數(shù)據(jù)，為此檢查過程中需要有底圖支持。底圖分為矢量數(shù)據(jù)和切片數(shù)據(jù)兩種，矢量數(shù)據(jù)包含的信息全面，缺點是數(shù)據(jù)量大，屬性信息不直觀。切片數(shù)據(jù)體量相對較小、屬性信息直觀、縮放效率高，缺點是做切片處理時屬性信息無法保留完整。因此，外業(yè)巡查系統(tǒng)應(yīng)可以同時加載兩種數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的聯(lián)動，一般以切片數(shù)據(jù)作為巡查的主數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)疑問需要查看詳細屬性信息時，再調(diào)用矢量數(shù)據(jù)，檢查過程中發(fā)現(xiàn)問題時通過繪制工具繪制點、線標記及屬性添加與編輯，記錄相關(guān)信息。據(jù)此研制的系統(tǒng)如圖4所示。

系統(tǒng)提供了包括交叉線、范圍線、問題點、問題線、暫歇點等巡檢標記，可用于外業(yè)巡檢時檢查結(jié)果與錯誤描述的記錄工作如圖5所示。

3 結(jié) 語

(1) 本文在總結(jié)地下綜合管線普查數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的內(nèi)容和方法的基礎(chǔ)上，提出了內(nèi)外業(yè)一體化質(zhì)檢系統(tǒng)的構(gòu)建方案，并實現(xiàn)了系統(tǒng)研制，解決了中、大型城市的地下綜合管線普查項目檢驗的無紙化、流程化、信息化。系統(tǒng)已在北京、四川、重慶、新疆、內(nèi)蒙古等多個省市的城市地下管線普查項目中得到應(yīng)用，大幅提高了檢查效率。

(2) 研發(fā)的基于可定制的算子化質(zhì)量檢查指標體系，能夠保證檢查驗收的完整性和統(tǒng)一性。城市地下綜合管線普查中，一個管線要素的調(diào)查數(shù)據(jù)項一般在10～40項之間，通過本文中提出的算子化檢查方法，除了解決一般數(shù)據(jù)庫要求的拓撲關(guān)系等檢查外，依據(jù)學習型的方式定制各類檢查的算子群，實現(xiàn)在大多城市存在管線類型復雜、布設(shè)集中、管線密集等情況下的一鍵式自動化檢查，時間零漏查，誤報少于10%的目標。

(3) 基于平板電腦設(shè)計的外業(yè)巡查系統(tǒng)在打破傳統(tǒng)紙圖的約束外，按照測繪地理信息成果驗收的基本規(guī)定，無縫鏈接內(nèi)業(yè)檢查到外業(yè)巡查再到內(nèi)業(yè)意見整理和質(zhì)量評定的完整流程，為地下管線的驗收減少煩瑣操作，提高了巡查的針對性，效率提高了一倍以上。

總的來說，地下綜合管線內(nèi)外業(yè)一體化質(zhì)檢系統(tǒng)是測繪成果檢查驗收標準化、流程化發(fā)展的必由之路，對加快項目進程，提高測繪檢查驗收效率有顯著效果，已在全國推廣應(yīng)用。