地下管線普查數(shù)據(jù)入庫(kù)質(zhì)量檢查方法研究

伍超云，丁孝兵

(佛山市測(cè)繪地理信息研究院，廣東 佛山 528000)

1 引 言

地下管線普查作為城市規(guī)劃、建設(shè)及管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)保障工作，成果資料應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)代化城市建設(shè)發(fā)展的需要[1]。管線數(shù)據(jù)成果作為地下管線空間、屬性的綜合數(shù)字化表達(dá)，其質(zhì)量檢核是管線普查工作的重點(diǎn)[2]。實(shí)際普查過(guò)程中，儀器探測(cè)誤差、數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤均會(huì)造成普查數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)不符，地下管線普查范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致不同區(qū)域的數(shù)據(jù)間組織方式差異大，普查數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法滿足后續(xù)信息化管理要求。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文基于.NET和CAD平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)編寫了管線數(shù)據(jù)檢查軟件，并形成一套普查數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量檢查方法，有效提高了普查管線數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)業(yè)檢查的工作效率，并以佛山市(市政道路)的地下管線普查數(shù)據(jù)庫(kù)為研究對(duì)象，介紹該方法的具體應(yīng)用。

2 地下管線普查數(shù)據(jù)特點(diǎn)

普查數(shù)據(jù)包括地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)(Access數(shù)據(jù)庫(kù)*.mdb)以及對(duì)應(yīng)的1∶500比例尺的管線圖(AutoCAD格式*.dwg)，其中管線數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表分為9大類，35個(gè)小類，每小類按管線點(diǎn)屬性和管線線段屬性表分開(kāi)存儲(chǔ)，管線數(shù)據(jù)成果如圖1所示，成果三個(gè)顯著數(shù)據(jù)特點(diǎn)如下：

(1)地下管線種類復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大、錯(cuò)誤隱蔽性強(qiáng)。佛山市管線普查中管線點(diǎn)屬性項(xiàng)29項(xiàng)、管線屬性項(xiàng)至多41項(xiàng)，不同類型管線屬性填寫要求不同，極易造成填寫錯(cuò)誤。同時(shí)平面檢查難以察覺(jué)管線的空間關(guān)系，檢查難度大。

(2)項(xiàng)目探測(cè)單位涉及廣，數(shù)據(jù)規(guī)范性無(wú)法保證。各普查單位對(duì)管線普查規(guī)范和質(zhì)量管理手段稍有不同，導(dǎo)致成果質(zhì)量存在細(xì)微差別。

(3)佛山市管線數(shù)據(jù)普查是各區(qū)分期開(kāi)展，接邊區(qū)域易存在數(shù)據(jù)重復(fù)等錯(cuò)誤。

3 普查數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量檢查方法

普查數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量檢查模式包括計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)檢查、三維碰撞檢測(cè)、跨區(qū)管線接邊以及管線外業(yè)核查，如圖2所示。

圖2 地下管線普查數(shù)據(jù)檢查流程

3.1 計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)檢查

計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)檢查是在深入挖掘各類管線數(shù)據(jù)的特性后，進(jìn)一步提取知識(shí)規(guī)則及檢查規(guī)則，高效地檢查數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。本文在對(duì)不同時(shí)期普查數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，針對(duì)佛山市管線數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)及錄入存在的問(wèn)題，對(duì)地下管線常見(jiàn)4大類、58小項(xiàng)[3～5]問(wèn)題開(kāi)展檢查，我們編寫了佛山市地下管線數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)管線數(shù)據(jù)檢查程序，采用人機(jī)交互的方法修改錯(cuò)誤，主要內(nèi)容如下：

(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢查包括：①各管線數(shù)據(jù)表命名是否正確；②數(shù)據(jù)表字段命名是否完整；③數(shù)據(jù)表字段數(shù)據(jù)類型是否滿足規(guī)范；④數(shù)據(jù)坐標(biāo)系是否正確。

(2)屬性檢查是自動(dòng)核查屬性本身特性的正確性，主要包括：①查看管線必填屬性(如物探點(diǎn)號(hào)、管點(diǎn)坐標(biāo)、圖幅號(hào)、要素編碼等)是否齊全；②物探點(diǎn)號(hào)等屬性是否唯一或存在錯(cuò)誤；③核查管線材質(zhì)、埋設(shè)方式、電力管線電壓值、特征值、附屬物等字段填寫方式是否準(zhǔn)確、規(guī)范。④坐標(biāo)是否在屬性范圍內(nèi)。

(3)拓?fù)錂z查是檢查點(diǎn)、線表之間空間拓?fù)潢P(guān)系，主要檢查項(xiàng)包括：①點(diǎn)表或線表中是否存在重復(fù)坐標(biāo)值；②不同作業(yè)片區(qū)接邊管線幾何位置、要素屬性是否一致；③管線是否存在空間碰撞[6，7]。

(4)邏輯檢查包括：①管線超長(zhǎng)檢查，管線長(zhǎng)度控制在 75 m內(nèi)(頂管除外)；②管點(diǎn)和管線一對(duì)多連接數(shù)是否正確；③一致性檢查，隱蔽點(diǎn)兩端埋深是否一致，轉(zhuǎn)折點(diǎn)、直線點(diǎn)兩端管徑是否一致，地面標(biāo)高是否為管頂標(biāo)高與埋深值之和(排水除外)；④電力和通訊類管線存在電纜條數(shù)是否小于等于孔數(shù)；⑤排水流向是否矛盾；⑥管線連接與前進(jìn)方向夾角是否大于65°[8]。

同時(shí)，考慮到檢修井井底深度、地面高程、管線埋深異常等問(wèn)題均無(wú)法通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)檢查全面找出，借助睿城三維平臺(tái)，將數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換成SHP圖層建立要素集，利用ArcSDE作為Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的“空間擴(kuò)展”，直接在三維場(chǎng)景下巡圖找到管線錯(cuò)誤。

3.2 三維碰撞檢測(cè)

三維碰撞檢測(cè)算法是基于三維實(shí)體的布爾運(yùn)算，利用ObjectARX在CAD平臺(tái)上建立Solid3D三維模型，從而查找出管線間存在碰撞。與上述空間碰撞分析相比，此算法更全面發(fā)現(xiàn)“海量”管線數(shù)據(jù)間的不合理，提高數(shù)據(jù)檢查的可靠性，步驟包括[9]：

(1)計(jì)算管線中軸線。根據(jù)管線的平面位置、管頂高程、管徑、埋設(shè)方式等屬性計(jì)算管線中軸線位置。

(2)建立三維模型。根據(jù)中軸線位置以及管線的管徑、埋設(shè)方式建立圓柱體或長(zhǎng)方體立體三維模型，三維管線圖如圖3所示。

(3)檢測(cè)碰撞。利用“體與體”的布爾運(yùn)算直接從圖塊間的空間關(guān)系判斷管線間是否碰撞，如圖4所示。

由于管線邏輯性復(fù)雜，管線數(shù)據(jù)檢查軟件及三維碰撞查出的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的處理方式無(wú)法一概而論，因而本次檢查軟件主要是查找錯(cuò)誤，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，下步將結(jié)合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和管線外業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行修改。

圖3 三維管線圖

圖4 三維管線碰撞點(diǎn)

3.3 跨區(qū)管線接邊

接邊處理主要是針對(duì)跨區(qū)管線，消除數(shù)據(jù)矛盾，實(shí)現(xiàn)不同測(cè)區(qū)間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確連接，以建立一個(gè)完整的佛山市地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)，具體流程如圖5所示。當(dāng)接邊處兩側(cè)管線材質(zhì)、規(guī)格、埋設(shè)類型等屬性一致，且平面位置較差不超過(guò) 40 cm，埋深較差在允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，取兩側(cè)管線平面位置及埋深的平均值，進(jìn)行內(nèi)業(yè)接邊處理；當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，則通過(guò)外業(yè)核查開(kāi)展跨區(qū)接邊處理。

圖5 地下管線普查數(shù)據(jù)接邊流程圖

針對(duì)內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)的接邊位置，查找多方資料并現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況，對(duì)于存在接邊的位置，檢查現(xiàn)場(chǎng)是否有檢修井、管徑、管線走向、標(biāo)志樁、埋深等屬性，保證跨區(qū)管線合理接邊，接邊發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題包括：①相鄰兩區(qū)地下管線普查庫(kù)中存在重復(fù)管線數(shù)據(jù)；②相鄰兩區(qū)接邊區(qū)域管線種類不一致；③接邊區(qū)域地下管線連接和走向存在疑問(wèn)；④相鄰兩區(qū)接邊區(qū)域管線標(biāo)高或埋深相差過(guò)大等。

3.4 管線外業(yè)抽檢

管線外業(yè)抽檢是通過(guò)抽取普查范圍內(nèi)部分區(qū)域，對(duì)比實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與原始普查數(shù)據(jù)的不同，對(duì)整個(gè)管線數(shù)據(jù)庫(kù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。主要是根據(jù)不同的管線類型和物理?xiàng)l件，利用包括地下管線開(kāi)井調(diào)查、地下管線儀器探測(cè)等多種物探手段實(shí)地調(diào)查其管線種類、連接關(guān)系、埋深、管徑、材質(zhì)、規(guī)格、載體特征、電纜條數(shù)、管塊孔數(shù)、權(quán)屬單位等屬性信息。

4 應(yīng)用情況

佛山市地下管線普查采用“市級(jí)統(tǒng)籌、各區(qū)實(shí)施”的模式，涉及5.1萬(wàn)公里的管線數(shù)據(jù)，其中涵蓋 1∶500標(biāo)準(zhǔn)管線圖幅近 27 000幅。由于作業(yè)單位多，片區(qū)間管線數(shù)據(jù)庫(kù)編碼不規(guī)范，采用常規(guī)的數(shù)據(jù)檢查方法無(wú)法滿足數(shù)據(jù)精度要求，因此采用本文普查數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量檢查方法。

應(yīng)管線信息化管理軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式及《佛山市地下管線計(jì)算機(jī)成果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》2015版要求，對(duì)各區(qū)提交的管線普查成果數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查及三維目視巡圖、三維碰撞檢測(cè)后，運(yùn)行程序如圖6所示，統(tǒng)計(jì)出佛山市管線的檢查結(jié)果，如表1所示。

圖6 管線數(shù)據(jù)檢查軟件運(yùn)行界面

佛山市地下管線普查數(shù)據(jù)管線檢查錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)表 表1

結(jié)合問(wèn)題點(diǎn)分布位置及佛山市地下管線分布密度，外業(yè)核查全市約 3 300 km2范圍的管線數(shù)據(jù)，確認(rèn)抽檢區(qū)域數(shù)據(jù)均超出了限值，與管線數(shù)據(jù)檢查軟件檢查結(jié)果完全一致，具體抽檢區(qū)域如圖7所示，其中綠色點(diǎn)號(hào)是佛山地下管線普查數(shù)據(jù)檢查問(wèn)題點(diǎn)，紅色區(qū)域均為抽檢區(qū)域。最終，對(duì)比外業(yè)核查數(shù)據(jù)與管線數(shù)據(jù)庫(kù)的差異，修改錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。

經(jīng)本單位質(zhì)檢員對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)外業(yè)成果均進(jìn)行檢查，認(rèn)為成果均滿足設(shè)計(jì)要求，證明普查數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量檢查方法具有檢查流程合理、內(nèi)容全面、結(jié)果準(zhǔn)確可靠、作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)，滿足實(shí)際應(yīng)用中作業(yè)單位數(shù)據(jù)檢查要求。佛山市地下管線普查數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，成果可應(yīng)用于后期城市建設(shè)發(fā)展。

圖7 佛山管線外業(yè)抽檢區(qū)域分布圖

5 結(jié) 論

綜上所述，本文提出了一套普查數(shù)據(jù)綜合質(zhì)量檢查方法，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)檢查、三維碰撞檢測(cè)，輔以外檢手段，有效控制地下管線普查成果質(zhì)量。并結(jié)合佛山市地下管線普查數(shù)據(jù)驗(yàn)證了此方法核查的可靠性，大大提高了地下管線數(shù)據(jù)檢查效率，保證數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量，為其他城市普查數(shù)據(jù)整合入庫(kù)提供借鑒。