專業(yè)管線與綜合管線數據匹配融合方法研究
——以供水管線為例

范娟娟，周磊，鞠建榮

(南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

1 引 言

城市地下管線擔負著城市的信息傳遞、交通管理、能源輸送、排澇減災等功能，是城市賴以生存和發(fā)展的物質基礎，是城市基礎設施建設的重要組成部分。

在經歷了近幾年的大規(guī)模綜合管線普查后，管線普查開始向細分市場轉移，各專業(yè)管線開始了自己的普查建庫。從已經開展的給水、排水、電力等專業(yè)管線的數據標準看，與綜合管線差距較大，專業(yè)管線更看重業(yè)務管理，注重細節(jié)數據。由于兩者在數據組織關系、分層、結構、編碼等方面無法保證一致，導致相同的管線存在兩次普查，產生兩套數據。雖然在位置上是重疊的，但相互之間缺少關聯，并且由于結構等諸多差異，專業(yè)管線普查數據在反向更新綜合管線數據時，也會面臨前面同樣的問題。管線二次建庫意味著重復，重復勞動的同時數據也在重復，對于長遠來講是不利的。因此開展專業(yè)管線和綜合管線數據匹配融合方法研究，建立融合數據庫，實現一次建庫、多方應用具有現實的緊迫性和必要性。

2 數據差異性分析

由于管理模式與應用目的的區(qū)別，當前管線數據被分為綜合地下管線數據與專業(yè)地下管線數據兩大類：其中綜合地下管線數據由城市規(guī)劃部門負責管理與維護，主要服務于城市規(guī)劃與建設；專業(yè)地下管線數據由各管線權屬單位負責管理與維護，主要服務于管線權屬單位的日常生產活動。兩類數據在對象、精度要求、屬性要求、用途、規(guī)程要求、系統(tǒng)應用等方面均存在區(qū)別，具體如表1所示。

綜合管線與專業(yè)管線區(qū)別 表1

3 數據融合方法研究

3.1 融合技術路線

通過數據匹配、問題梳理、專業(yè)資料核對、外業(yè)核實與修補測后，建立起綜合管點和專業(yè)管點數據間的對應關系，對綜合管線與專業(yè)管線數據進行融合，從而得到管線設備齊全、位置精度高、屬性完備的管網數據庫。融合技術流程如圖1所示。

圖1 融合技術流程圖

3.2 數據匹配

3.2.1 匹配關系梳理

通過對綜合管線和專業(yè)管線的管點要素名稱、管線要素的屬性進行梳理，建立了兩者之間的對照關系，如表2、表3所示：

綜合管點和專業(yè)管點要素名稱對照表 表2

綜合管線和專業(yè)管線材質對照表 表3

3.2.2 匹配規(guī)則

(1)完全匹配

規(guī)則：兩者管點要素名稱符合完全匹配映射關系，同時在空間位置上匹配，且管線材質(金屬、非金屬)、口徑相一致(管線口徑之差不大于 50 mm)。

(2)不完全匹配

規(guī)則1：兩者管點要素名稱符合不完全匹配映射關系，同時在空間位置上匹配，且管線材質、口徑相一致(管線口徑之差不大于 50 mm)。

規(guī)則2：兩者管點要素名稱符合完全匹配映射關系，同時在空間位置上匹配，但管線材質、口徑不一致。

規(guī)則3：兩者管點要素名稱符合完全匹配或不完全匹配映射關系，且管線材質口徑相一致(管線口徑之差不大于 50 mm)，但在空間位置上有疑問。

(3)未匹配

規(guī)則1：兩者管點要素名稱不符合映射關系。

規(guī)則2：兩者管點要素名稱雖然符合映射關系，但在空間位置上不匹配。

3.2.3 問題清單梳理

根據人工校核后的成果，由內業(yè)人員標注出需要進行外業(yè)核實、專業(yè)資料核對以及外業(yè)修補測的問題點，并按照問題類型歸納成問題清單，用于后續(xù)的核實修測工作。問題可大致將分為以下五類情況：

(1)綜合數據缺失：綜合管點、管線缺失情況；

(2)專業(yè)數據缺失：專業(yè)管點、管線缺失情況；

(3)形態(tài)不一致：專業(yè)和綜合管線在拓撲結構上有差異的情況；

(4)管點特征不一致：專業(yè)管點和綜合管點雖然在位置上匹配，但類型不同的情況；

(5)屬性不一致：專業(yè)和綜合管線在管材(金屬或非金屬)和管徑上不同的情況。

再根據問題產生的具體情況，可將問題更加細化。

3.2.4 專業(yè)資料核對

對于無法匹配的問題區(qū)域，查閱竣工圖紙、CAD萬分圖、閥門卡、千分圖、查勘單及表具系統(tǒng)水表信息等圖檔資料逐個問題面進行判斷，對于可以解決的，將處理意見填寫到問題面中反饋給內業(yè)融合人員；無法確認的，需進一步安排外業(yè)核實。

3.2.5 外業(yè)核實與修補測

在專業(yè)資料核對的基礎上，如果權屬單位無法確認的，則安排現場核實，并將核實的結果記錄到問題面中反饋給內業(yè)融合人員。在外業(yè)核實的基礎上，如果確認為綜合管線數據需要修補測的，則開展修補測工作。修補測完成后，返回新數據進行融合處理。

3.3 數據融合

3.3.1 屬性融合規(guī)則

(1)供水管線數據融合方案

通過對綜合管線與專業(yè)管線數據進行分析，將供水管線數據的屬性字段劃分為空字段、部分為空字段、不為空字段。部分字段在綜合與專業(yè)供水管線數據中均存在，一方數據中該字段存在且不為空，而另一方數據中該字段存在且為空，則保留這些字段，并將不為空的管線數據中字段的內容進行填充。

而在供水管線數據不為空的屬性字段，將專業(yè)管線的屬性字段中的值作為融合屬性字段的值，同時保留綜合管線屬性字段的值作為參考。供水管線數據屬性字段融合過程如圖2所示。

圖2 供水管線數據屬性字段融合的過程

(2)供水管點數據融合方案

供水管點數據屬性融合規(guī)則與管線數據融合規(guī)則一致，供水管點數據融合過程如圖3所示。

圖3 供水管點數據融合過程

3.3.2 空間數據融合規(guī)則

綜合管線數據具有較好的位置精度，因此，以綜合管線數據作為融合的基礎數據，同時體現專業(yè)管線中的轉折形態(tài)信息。具體規(guī)則如下：

(1)按照人工校核得出的管點匹配關系，保留每兩個匹配管點中的綜合管點作為融合后的起終管點的位置；

(2)分析匹配管點之間是否存在其他添加點存在，如果有則對所有添加點進行分析；

(3)如添加點不具備形態(tài)信息(即添加點為直線點等)，則忽略；

(4)如添加點具備形態(tài)信息，則需要按照添加點的起始距離、折角等信息在融合后的起終管點間生成多個管段，保留形態(tài)信息。

3.4 數據質檢

使用管線數據檢查軟件對數據融合后的管線屬性信息和空間拓撲關系的合理性進行校驗。

3.5 融合后數據評價

數據融合后，對于得到的融合結果的評價主要包括以下幾個方面：

(1)比較判斷融合前后管線數據，屬性信息是否變得更豐富；

(2)可以建立合適的數據模型來評價融合后的結果，包括數據質量，精度等。

4 應用實例

在實際生產作業(yè)過程中，選取了南京市建鄴區(qū)、鼓樓區(qū)行政區(qū)范圍內的供水管網數據為研究對象進行數據融合。

通過數據匹配工作的開展，梳理出了綜合和專業(yè)供水管網之間的數據差異，按照綜合數據缺失、專業(yè)數據缺失、形態(tài)不一致、管線屬性不一致、管點特征不一致進行分類統(tǒng)計。其中專業(yè)數據缺失問題最多，約占總量的34.5%(圖4)，主要原因為供水專業(yè)管線對于拆廢信息的更新比較及時，而綜合管線是對實地所有管線的探測，缺少拆廢信息。

圖4 問題面統(tǒng)計圖

運用密度分析對所有的問題區(qū)域進行空間分析，通過空間插值的方法將離散的數據以顏色深淺不同的區(qū)域進行展示，可以更直觀地看出問題在空間上的分布情況。

圖5 問題數據分布密度圖

從圖5中可以看出，數據問題主要集中在鼓樓區(qū)，尤其分布在舊城區(qū)，推測數據差異與管網的建設年代、區(qū)域的發(fā)展程度有較大的相關性，鼓樓區(qū)發(fā)展較早，舊城區(qū)道路狹窄，管網敷設密集，復雜的管網狀況造成測繪難度大、準確性低，導致兩類數據的差異性大，問題多。因此，開展專業(yè)管線與綜合管線數據匹配融合工作尤為重要。

對于無法匹配的問題區(qū)域，由業(yè)主單位牽頭結合竣工圖紙、CAD萬分圖、閥門卡、千分圖、查勘單及表具系統(tǒng)水表信息等圖檔資料逐個問題面進行判斷，對于可以解決的，將處理意見填寫到問題面中反饋給內業(yè)融合人員，內業(yè)融合人員按照處理意見進行具體融合操作。最終達到了修正雙方管網空間位置和連接關系、完善雙方管網屬性信息的目的，建立了一個管線設備齊全、位置精度高、屬性完備的管網數據庫。

5 存在的問題與困難

5.1 人工處理工序多，效率低

數據匹配、問題清單梳理、專業(yè)資料核對、外業(yè)核實與修補測、數據融合等工序均需要大量的人工處理工作，且無法通過自動化程序輔助實現，工作量大，時間花費多。

5.2 差異問題解決難度大

由于專業(yè)管線和綜合管線數據存在多種差異，需要通過權屬資料核實、外業(yè)核實、閉水試驗等多種途徑對這些問題進行核實確認，核實工作量大；大量的非金屬管道以及泥土覆土導致核實的難度也很大，常規(guī)的探測手段不易解決。

5.3 協同更新的機制有待建立

項目的開展可以形成比較完整、準確的管線基礎現狀數據，但市政管網是動態(tài)變化的，隨著管道的新增、拆除、改建、擴建，如果沒有制定統(tǒng)一的數據標準，切實有效地進行數據維護，建立數據的協同更新機制，隨著時間的推移，又將變回“兩套數據”。

6 結 語

本文重點研究了供水專業(yè)管線與綜合管線數據融合方法，并在實際生產項目中驗證了其可行性和有效性。融合工作的開展顯著減小了專業(yè)和綜合兩類管線在管線長度、管網連接關系之間的差異，專業(yè)供水管線主要完成對匹配數據的空間校正、高程埋深等測繪屬性補充等，提高了數據的位置精度和屬性精度；綜合管線主要對拆廢管線以及管徑、材質等信息進行了更新完善。通過兩類數據的融合，從而保證管線數據的齊全和管線屬性的完備性，為城市地下管線的管理和決策提供準確的數據支撐，提升了地下管線數據成果的應用價值，促進了地下管線數據的挖掘應用與共享交換。