地下市政基礎(chǔ)設(shè)施普查管線數(shù)據(jù)整合方案探討

潘 譽(yù)

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施存在統(tǒng)籌協(xié)調(diào)不夠、運(yùn)行管理不到位等問題[1]。為了加強(qiáng)地下市政設(shè)施建設(shè)精細(xì)化管理，推進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展，廣州市住建局在2021年年底提出了開展地下市政設(shè)施普查工作的要求。地下管線是地下市政設(shè)施的重要組成部分，根據(jù)《工作方案》中“要充分利用以往普查工作成果，查漏補(bǔ)缺，不另起爐灶、推倒重來(lái)”的工作要求[2]，本次地下市政管線設(shè)施普查工作主要在往年的地下管線普查結(jié)果、已有的地下管線竣工測(cè)量成果以及補(bǔ)測(cè)補(bǔ)繪成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行整理升級(jí)，補(bǔ)充設(shè)計(jì)信息、管理信息、隱患病害資料等內(nèi)容，形成準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)，為地下管線的維護(hù)更新提供有力的基礎(chǔ)性資料。城市地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜且種類繁多，不同類型、不同時(shí)期的地下管線資料的儲(chǔ)存介質(zhì)和信息結(jié)構(gòu)差異較大，為管線數(shù)據(jù)的整理與升級(jí)工作帶來(lái)了困難[3]。文章依托廣州市城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施普查項(xiàng)目，探討多源地下管線數(shù)據(jù)的整合方法，為其他城市開展市政設(shè)施普查地下管線數(shù)據(jù)資料的收集、整理與升級(jí)工作提供參考。

1 數(shù)據(jù)收集與分析

1.1 普查和驗(yàn)收數(shù)據(jù)

廣州市在2016年開展了全市域地下管線普查工作，建成綜合管線庫(kù)。隨后開展地下管線竣工測(cè)量、補(bǔ)測(cè)和補(bǔ)繪項(xiàng)目，使綜合管線庫(kù)更具現(xiàn)勢(shì)性。管線數(shù)據(jù)的生產(chǎn)遵循廣州市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程，位置準(zhǔn)確、格式統(tǒng)一、邏輯一致性和完備性較好，但部分運(yùn)維信息尚未記錄。

1.2 專題數(shù)據(jù)

為了滿足自身運(yùn)維管理需求，廣州市各管線權(quán)屬單位建立管線資料檔案室或?qū)I(yè)管線數(shù)據(jù)庫(kù)。專題數(shù)據(jù)重視管線的運(yùn)維信息，管徑、材質(zhì)、埋設(shè)方式、建設(shè)日期、設(shè)計(jì)單位、竣工單位、建設(shè)許可證號(hào)等信息相對(duì)準(zhǔn)確，但存在儲(chǔ)存介質(zhì)不同、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、幾何表示方式不統(tǒng)一、位置精度較差的問題。部分單位采用傳統(tǒng)圖書索引庫(kù)以及紙質(zhì)檔案資料的方式管理管線工程資料，缺少地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)據(jù)

地質(zhì)隱患病害數(shù)據(jù)主要以專題柵格地圖的形式呈現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)與管線并無(wú)直接聯(lián)系，在地下市政設(shè)施數(shù)據(jù)升級(jí)任務(wù)中承擔(dān)擴(kuò)充管線地質(zhì)隱患信息的任務(wù)，是管線地質(zhì)隱患屬性信息的重要數(shù)據(jù)參考和來(lái)源。多源管線數(shù)據(jù)關(guān)系如圖1所示。

圖1 多源管線數(shù)據(jù)關(guān)系

2 整合思路和方法

2.1 幾何特征關(guān)聯(lián)

幾何特征關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)融合的方式需要先對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)空間基準(zhǔn)變換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、屬性關(guān)聯(lián)等方式集成數(shù)據(jù)，初步實(shí)現(xiàn)位置、形狀、內(nèi)容的統(tǒng)一協(xié)調(diào)后，再分析多源矢量數(shù)據(jù)在空間和屬性上的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)匹配與信息融合，使信息更翔實(shí)[4]。鑒于數(shù)據(jù)來(lái)源和結(jié)構(gòu)的多樣性，對(duì)多源數(shù)據(jù)的處理方式也存在差異。

2.1.1 同源數(shù)據(jù)處理

對(duì)于同源數(shù)據(jù)，采用匹配的方式融合。同源管線數(shù)據(jù)具有矢量空間幾何不變的特點(diǎn)，可以根據(jù)位置、形狀等信息能夠匹配出的一組同名實(shí)體，然后將其屬性信息融合。

2.1.2 異源數(shù)據(jù)處理

對(duì)異源數(shù)據(jù)采用映射的方式融合。異源數(shù)據(jù)融合情況復(fù)雜，需要分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，選用適當(dāng)?shù)挠成浞椒ā?/p>

（1）管點(diǎn)和管段映射。

明顯點(diǎn)、特征點(diǎn)等管點(diǎn)多用于表示在現(xiàn)實(shí)中容易探測(cè)且位置明確的實(shí)體，當(dāng)兩套異源數(shù)據(jù)均是由管點(diǎn)和管段組合構(gòu)成管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的異源數(shù)據(jù)時(shí)，可以建立這類管點(diǎn)實(shí)體的映射關(guān)系，依據(jù)管點(diǎn)實(shí)體映射關(guān)系以及管點(diǎn)與管線的拓?fù)潢P(guān)系，將一對(duì)相鄰管點(diǎn)之間的管段視為一組同名實(shí)體，建立管段實(shí)體映射關(guān)系。管點(diǎn)實(shí)體通常采用位置、距離、方向等指標(biāo)綜合衡量其相似度的方式建立映射關(guān)系。管段實(shí)體以匹配的管段為基準(zhǔn)建立緩沖區(qū)，依據(jù)待匹配線段落入緩沖區(qū)范圍的長(zhǎng)度斷定兩者是否為同名實(shí)體，建立映射關(guān)系。管點(diǎn)和管段映射如圖2所示。

圖2 管點(diǎn)和管段映射

（2）拓?fù)潢P(guān)系映射。

兩套異源數(shù)據(jù)的要素不同、類型不同，需要對(duì)兩者表達(dá)內(nèi)容的聯(lián)系進(jìn)行分析，選取合適的拓?fù)溥\(yùn)算建立映射，如地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)據(jù)在矢量化后呈現(xiàn)為面狀要素，而管線是線狀數(shù)據(jù)。以管線落入各類隱患面的長(zhǎng)度為指標(biāo)，可以建立兩者的映射關(guān)系，從而將地質(zhì)災(zāi)害隱患信息整合至管線數(shù)據(jù)。

2.2 屬性特征關(guān)聯(lián)

屬性特征融合注重?cái)?shù)據(jù)自身屬性內(nèi)容，通過(guò)基于轉(zhuǎn)換規(guī)則判斷屬性值是否一致，是否存在近似或上下文關(guān)系，建立映射關(guān)系，融合多源信息[4]。

在管線數(shù)據(jù)之間的融合過(guò)程中，主要從建設(shè)工程規(guī)劃許可證號(hào)、測(cè)量工程號(hào)、要素代碼、物探點(diǎn)號(hào)、圖上點(diǎn)號(hào)、附屬物、特征、所在道路等屬性中選取一個(gè)或多個(gè)建立映射轉(zhuǎn)換規(guī)則。在應(yīng)用映射轉(zhuǎn)換規(guī)則前，運(yùn)用正則表達(dá)式等手段對(duì)屬性信息進(jìn)行清洗和化簡(jiǎn)，提取核心內(nèi)容，消除表達(dá)方式差異和數(shù)據(jù)生產(chǎn)中可能存在的人為錯(cuò)誤。

對(duì)于同源數(shù)據(jù)，還可以采用屬性特征關(guān)聯(lián)的方式融合，如為每個(gè)管線要素賦予唯一的GUID標(biāo)志符和更新時(shí)間。將數(shù)據(jù)分發(fā)給用戶進(jìn)行修改，并通過(guò)判斷唯一標(biāo)識(shí)符是否一致以及更新時(shí)間是否發(fā)生變化，快速匹配信息發(fā)生變更的要素，進(jìn)而更新或融合屬性信息[5]。屬性特征匹配的方式速度更快且準(zhǔn)確度和精確度更高，但需要較多的儲(chǔ)存空間，適用預(yù)先已有唯一編號(hào)的情況。

3 作業(yè)流程

本次地下市政基礎(chǔ)設(shè)施普查管線數(shù)據(jù)升級(jí)是以地下管線普查管線數(shù)據(jù)、普查后歷年管線竣工驗(yàn)收測(cè)量數(shù)據(jù)和補(bǔ)測(cè)補(bǔ)繪數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)原數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)充升級(jí)，收集各管線權(quán)屬單位、運(yùn)管單位的工程檔案圖紙資料和GIS數(shù)據(jù)，充分研究各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，通過(guò)分析、比對(duì)、獲取、填寫的方式，完善所缺管線屬性、修正錯(cuò)誤屬性，最終整合成一套集管理信息、技術(shù)信息和地質(zhì)災(zāi)害隱患信息于一體的地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)。作業(yè)流程主要包含預(yù)處理、外業(yè)調(diào)查、程序整合、質(zhì)量控制、權(quán)屬核查5個(gè)部分。

3.1 預(yù)處理

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一，在數(shù)據(jù)整合之前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括地理配準(zhǔn)、矢量化、字段升級(jí)、數(shù)據(jù)加密解密等。

地理配準(zhǔn)：將不同坐標(biāo)系統(tǒng)、不同比例尺的柵格數(shù)據(jù)投影到同一個(gè)地理空間。矢量化：將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，便于后續(xù)拓?fù)浞治觥⒁仃P(guān)聯(lián)、信息整合。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：統(tǒng)一數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)空間參考一致。字段升級(jí)：保留原有字段內(nèi)容，新增管理信息和隱患信息等相關(guān)字段，使其符合地下市政設(shè)施普查數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，按需補(bǔ)充GUID唯一標(biāo)志符和更新時(shí)間字段。數(shù)據(jù)加密：鑒于管線數(shù)據(jù)的保密性要求，按照相關(guān)要求嚴(yán)格加密數(shù)據(jù)。

3.2 外業(yè)調(diào)查

充分研究收集的數(shù)據(jù)，明確需要調(diào)查補(bǔ)充的內(nèi)容，將數(shù)據(jù)按管線種類和作業(yè)區(qū)域拆分后分發(fā)給作業(yè)人員。作業(yè)人員通過(guò)調(diào)查工程檔案對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性錄入，做好修訂記錄以及檢核工作。

3.3 程序整合

管線數(shù)據(jù)整合任務(wù)繁重，文章基于ArcObjects SDK for Microsoft.NET Framework開發(fā)了一系列工具應(yīng)對(duì)各類數(shù)據(jù)源的整合任務(wù)，降低數(shù)據(jù)處理人力成本，避免人為錯(cuò)誤的發(fā)生。

對(duì)于外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的整合，隸屬同源數(shù)據(jù)融合處理，選擇基于GUID唯一標(biāo)志符和更新時(shí)間的屬性特征關(guān)聯(lián)，能夠快速查找并整合更新屬性值。針對(duì)各管線權(quán)屬單位、運(yùn)管單位的GIS數(shù)據(jù)的處理，屬于異源數(shù)據(jù)的整合，采用分管點(diǎn)和管段映射的方式關(guān)聯(lián)，從中提取所需屬性信息。此外，如果數(shù)據(jù)之間包含共有信息，可以選用屬性特征關(guān)聯(lián)的方式融合數(shù)據(jù)。針對(duì)矢量化后的地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)據(jù)，屬于異源數(shù)據(jù)融合，且通常缺少共有屬性可供關(guān)聯(lián)，需要分析數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系建立映射，獲取地質(zhì)災(zāi)害隱患信息。

在數(shù)據(jù)分區(qū)域處理后，同一個(gè)管線實(shí)體在交界處可能存在重復(fù)對(duì)象，包含多個(gè)版本的屬性信息，在后續(xù)數(shù)據(jù)合并時(shí)需要擇優(yōu)取舍。重復(fù)對(duì)象的篩選屬于同源數(shù)據(jù)處理的范疇，可以采用比對(duì)幾何信息或唯一標(biāo)志符的方式，將重復(fù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)。在重復(fù)對(duì)象屬性信息取舍時(shí)，遵循以現(xiàn)勢(shì)性優(yōu)先、管理信息以運(yùn)管單位數(shù)據(jù)源優(yōu)先、測(cè)量信息以普查和驗(yàn)收數(shù)據(jù)源優(yōu)先的原則。

3.4 質(zhì)量控制

抽樣檢查整合完成的數(shù)據(jù)，檢查內(nèi)容包括屬性與數(shù)據(jù)源一致性、屬性項(xiàng)填寫規(guī)范性與完整度，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，直至數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足項(xiàng)目要求。

3.5 權(quán)屬核查

根據(jù)項(xiàng)目需求和數(shù)據(jù)庫(kù)用途，整合的數(shù)據(jù)需重新加密，分發(fā)至各管線權(quán)屬單位核查管線信息，根據(jù)權(quán)屬單位反饋意見，及時(shí)修正并查漏補(bǔ)缺。簽訂數(shù)據(jù)簽收表、保密協(xié)議、修改情況記錄表和權(quán)屬核查確認(rèn)表，保障數(shù)據(jù)安全和準(zhǔn)確。

4 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合地下市政基礎(chǔ)設(shè)施普查管線數(shù)據(jù)整合升級(jí)項(xiàng)目實(shí)踐，通過(guò)GIS數(shù)據(jù)融合手段，實(shí)現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)的自動(dòng)化高效整合，對(duì)現(xiàn)有的測(cè)繪成果數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了升級(jí)，豐富管線庫(kù)管理和技術(shù)信息，較大程度上避免重復(fù)外業(yè)測(cè)量，節(jié)約了大量的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理人力成本，為地下市政管線的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)和隱患防治決策提供重要參考。