王海寧 ，周京春，王貴武

(1.云南師范大學(xué)，云南 昆明 650092;2.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，時(shí)空數(shù)據(jù)智能獲取技術(shù)與應(yīng)用教育部工程研究中心，湖北武漢 430079;3.昆明市城市地下管線(xiàn)探測(cè)管理辦公室，云南昆明 650011)

1 引言

隨著城市的快速發(fā)展，地下空間的利用變得越來(lái)越重要。為了摸清地下設(shè)施的情況，許多城市相繼開(kāi)展了地下管線(xiàn)普查探測(cè)工作。地下管線(xiàn)的普查探測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工程。由于城市地下管線(xiàn)種類(lèi)多，數(shù)量大，需要調(diào)查的屬性多，加之管線(xiàn)本身還具有隱蔽性及不可見(jiàn)性，在數(shù)據(jù)收集、獲取、存儲(chǔ)的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此，地下管線(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)成果內(nèi)業(yè)檢查的重要性已成為整個(gè)行業(yè)的共識(shí)。

由于地下管線(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)不僅包括空間數(shù)據(jù)，還包括屬性數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)量極大，單純采用人工的檢查方法，無(wú)法做到檢查的全面性和時(shí)效性?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)的發(fā)展及其海量數(shù)據(jù)的處理能力，使得管線(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化檢查成為可能。因此，研制可調(diào)性、可定制性、可擴(kuò)展性的管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查系統(tǒng)是保障數(shù)據(jù)成果完整性、可靠性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵［1，2］。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

檢查系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是:采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)達(dá)到可重用性、可擴(kuò)充性、可修改性和易用性的目的［3］;利用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的接口特性，將管線(xiàn)檢查知識(shí)對(duì)象與檢查程序主體相分離;對(duì)知識(shí)對(duì)象采用插件式管理，通過(guò)可視化界面操作知識(shí)庫(kù)，動(dòng)態(tài)地對(duì)知識(shí)對(duì)象進(jìn)行插入、刪除和修改，而不必重新啟動(dòng)檢查系統(tǒng)，使得系統(tǒng)隨著檢查業(yè)務(wù)的擴(kuò)充而隨機(jī)擴(kuò)展。

同時(shí)，為保證數(shù)據(jù)檢查更具人性化地操作，系統(tǒng)提供兩種檢查模式。第一種模式:適用于用戶(hù)有針對(duì)性地檢查某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)問(wèn)題，即單獨(dú)地操作某個(gè)檢查知識(shí)對(duì)象的手動(dòng)檢查模式;第二種模式:用戶(hù)可根據(jù)管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查所需的關(guān)聯(lián)知識(shí)對(duì)象及個(gè)人的檢查習(xí)慣自定義檢查內(nèi)容和檢查流程，即自定義流程式的檢查模式。圖1為整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。

圖1 管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查系統(tǒng)的整體框架

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用目前比較主流的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言C#作為開(kāi)發(fā)工具，用Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，其中元數(shù)據(jù)表包括系統(tǒng)的配置表(如:自定義菜單表、插件接口配置表等)和管線(xiàn)檢查知識(shí)庫(kù)表(如:數(shù)值范圍表、編碼檢查表等)。

3.1 知識(shí)對(duì)象表達(dá)的程序?qū)崿F(xiàn)

知識(shí)表達(dá)，是指面向計(jì)算機(jī)的知識(shí)描述或表示形式和方法。面向人的知識(shí)表示形式，目前還不能完全直接用于計(jì)算機(jī)，因此就需要研究適合于計(jì)算機(jī)的知識(shí)表示模式。具體來(lái)講，就是用某種約定的形式結(jié)構(gòu)來(lái)描述知識(shí)，而且這種形式結(jié)構(gòu)還要能夠轉(zhuǎn)換為機(jī)器的內(nèi)部形式，使得計(jì)算機(jī)能方便地存儲(chǔ)、處理和利用［2］。

傳統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)方法有很多，如語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、對(duì)象、屬性、值三元組和框架及規(guī)則表示法等，雖然各有特點(diǎn)，但都普遍存在結(jié)構(gòu)化不強(qiáng)，隨著對(duì)象或規(guī)則的增加，規(guī)則和對(duì)象之間的交互也因知識(shí)表達(dá)不能模塊化而變得非常復(fù)雜、難以管理等問(wèn)題。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的推出為知識(shí)的表達(dá)提供了一種新的手段。面向?qū)ο蠓椒ㄍㄟ^(guò)對(duì)象和消息來(lái)表現(xiàn)問(wèn)題域中的事物及其關(guān)系，通過(guò)類(lèi)和繼承來(lái)模擬人們的思維方式。在面向?qū)ο蟮闹R(shí)系統(tǒng)中，把描述求解問(wèn)題的屬性概念(知識(shí))和智能行為(知識(shí)處理方法)模型化為對(duì)象，成為知識(shí)庫(kù)中的一個(gè)獨(dú)立知識(shí)單元，稱(chēng)為知識(shí)對(duì)象(類(lèi))。通過(guò)它，能以統(tǒng)一的形式表達(dá)相關(guān)領(lǐng)域的各種知識(shí)，從而給用戶(hù)以統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)界面，便于用戶(hù)的理解和接受［4，5］。

目前，地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查的內(nèi)容主要有:數(shù)據(jù)庫(kù)格式、結(jié)構(gòu)檢查、數(shù)據(jù)邏輯檢查、拓?fù)潢P(guān)系檢查等。數(shù)據(jù)庫(kù)格式、結(jié)構(gòu)檢查主要檢查管線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表是否齊全、是否存在多余的表、表的字段名和數(shù)據(jù)類(lèi)型是否正確、字段值的填寫(xiě)格式是否符合規(guī)程的要求等;數(shù)據(jù)邏輯性檢查復(fù)雜多樣，主要包括:屬性值的邏輯一致性檢查，管線(xiàn)、管點(diǎn)要素邏輯結(jié)構(gòu)的合理性、正確性等;拓?fù)潢P(guān)系的檢查內(nèi)容主要包括:接邊檢查、管線(xiàn)碰撞檢查等。

根據(jù)地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查的內(nèi)容及檢查項(xiàng)之間相互獨(dú)立又相互依賴(lài)的特點(diǎn)，系統(tǒng)中將每一個(gè)檢查項(xiàng)作為一個(gè)單獨(dú)的知識(shí)對(duì)象，將知識(shí)的處理方法封裝成一個(gè)類(lèi)，同時(shí)將知識(shí)對(duì)象的知識(shí)庫(kù)存放于元數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便知識(shí)庫(kù)的更改和發(fā)展。以非空字段檢查為例，首先創(chuàng)建該檢查的類(lèi)，然后將非空字段檢查的處理方法作為該類(lèi)的成員函數(shù)，同時(shí)在元數(shù)據(jù)庫(kù)中構(gòu)建非空字段檢查的知識(shí)表——該表有“ID”、“字段名稱(chēng)”和布爾類(lèi)型的“是否可以為空字段”三個(gè)字段，然后把該類(lèi)編譯成DLL文件。由于非空字段檢查的知識(shí)庫(kù)是開(kāi)放的，因此隨著檢查要求的變化，可以通過(guò)修改非空字段檢查的知識(shí)表很方便地改變某一字段是否可以為空。

由于系統(tǒng)將每一個(gè)檢查項(xiàng)都作為一個(gè)單獨(dú)的知識(shí)對(duì)象，而每一個(gè)知識(shí)對(duì)象能描述與求解一個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域子問(wèn)題，因此知識(shí)對(duì)象外部的推理不是很多，主要是知識(shí)對(duì)象的內(nèi)部推理，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:

3.2 主程序的實(shí)現(xiàn)

圖2 檢查系統(tǒng)的主界面

(1)知識(shí)對(duì)象的接口設(shè)計(jì)

根據(jù)上文描述的面向?qū)ο蠹夹g(shù)下的知識(shí)表達(dá)方式，在主程序中建立檢查規(guī)則的接口，因此每個(gè)知識(shí)對(duì)象(類(lèi))必須實(shí)現(xiàn)接口中的所有對(duì)象，起到了對(duì)檢查對(duì)象進(jìn)行約束的作用，同時(shí)方便統(tǒng)一管理、方便調(diào)用。

接口偽碼如下:

(2)系統(tǒng)設(shè)置模塊的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)設(shè)置模塊包括插件管理、數(shù)據(jù)檢查菜單設(shè)置、自定義流程三個(gè)部分。

①插件管理(見(jiàn)圖3):插件管理模塊能夠?qū)χR(shí)對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)知識(shí)對(duì)象的“熱插拔”。當(dāng)添加已編譯好的知識(shí)對(duì)象時(shí)，程序獲得DLL文件的名稱(chēng)并讀取DLL文件獲得該知識(shí)對(duì)象的名稱(chēng)，同時(shí)將DLL文件的名稱(chēng)和知識(shí)對(duì)象的名稱(chēng)信息加入到元數(shù)據(jù)的插件配置表中，并且將知識(shí)對(duì)象的名稱(chēng)加載到插件加載設(shè)置表中。在插件配置表中分別有“動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)名稱(chēng)”和“知識(shí)規(guī)則名稱(chēng)”兩個(gè)字段來(lái)對(duì)程序讀取的DLL文件名稱(chēng)和知識(shí)對(duì)象的名稱(chēng)進(jìn)行保存，在插件加載設(shè)置表中設(shè)計(jì)了“ID”和“知識(shí)規(guī)則名稱(chēng)”兩個(gè)字段對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。然后程序重新讀取插件加載設(shè)置表并將插件配置表中的知識(shí)對(duì)象名稱(chēng)字段值重新加載到“數(shù)據(jù)檢查菜單”的下拉菜單中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)對(duì)象的動(dòng)態(tài)“插入”。同理，當(dāng)刪除某一知識(shí)對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)刪除元數(shù)據(jù)庫(kù)中的關(guān)于該知識(shí)對(duì)象的相關(guān)信息，然后重新讀取DLL文件和相關(guān)的系統(tǒng)配置表。

圖3 插件管理界面

②數(shù)據(jù)檢查菜單設(shè)置模塊(見(jiàn)圖4):數(shù)據(jù)檢查菜單設(shè)置模塊用于改變數(shù)據(jù)檢查下拉菜單中檢查項(xiàng)的順序。數(shù)據(jù)檢查下拉菜單中檢查項(xiàng)的順序是通過(guò)“插件加載設(shè)置表”中的“ID”字段值實(shí)現(xiàn)的，選中某條知識(shí)對(duì)象，通過(guò)點(diǎn)擊“上移”或“下移”來(lái)減少或增加該知識(shí)對(duì)象的“ID”值，然后系統(tǒng)根據(jù)“插件加載設(shè)置表”中的“ID”字段值的順序重新加載菜單。

圖4 數(shù)據(jù)檢查菜單設(shè)置界面

③自定義流程模塊:自定義流程模塊實(shí)現(xiàn)了主界面中的“自定義流程檢查”下拉菜單的自定義和每個(gè)菜單對(duì)應(yīng)的檢查項(xiàng)的自定義。點(diǎn)擊“自定義流程選項(xiàng)卡”彈出窗體如圖5，窗體右側(cè)顯示“插件管理”菜單下添加的所有知識(shí)對(duì)象，窗體中部顯示自定義菜單項(xiàng)，窗體左側(cè)顯示每一組自定義流程項(xiàng)名稱(chēng)(將在自定義流程檢查菜單下顯示)。可以通過(guò)或按鈕選擇或移去自定義菜單項(xiàng)，通過(guò)“上移”或“下移”按鈕確定自定義菜單項(xiàng)進(jìn)行檢查的先后順序，通過(guò)“添加”、“刪除”和“修改”按鈕添加修改或刪除流程項(xiàng)。

此外為了提高自定義流程數(shù)據(jù)檢查的速度和效率，應(yīng)合理的調(diào)整自定義菜單項(xiàng)的順序。例:如圖5自定義流程“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、格式檢查”對(duì)應(yīng)檢查項(xiàng)順序依次為管線(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢查、非空字段檢查和數(shù)值范圍檢查，如果管線(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢查出錯(cuò)誤，系統(tǒng)將停止后面兩項(xiàng)檢查，如果檢查通過(guò)，系統(tǒng)進(jìn)入下一項(xiàng)檢查。

圖5 自定義流程界面

3.3 系統(tǒng)操作實(shí)例

以排水流向檢查為例，排水流向檢查主要是檢查排水類(lèi)管線(xiàn)中的水流方向是否合理(知識(shí)規(guī)則:水流是從管線(xiàn)井底標(biāo)高較大的一端流向較小的一端)。首先輸入最大標(biāo)高容限(即流向終點(diǎn)標(biāo)高—流向起點(diǎn)標(biāo)高的最大允許差值)，然后根據(jù)管線(xiàn)中兩點(diǎn)的井底標(biāo)高差值判斷管線(xiàn)線(xiàn)表中“流向”字段內(nèi)容的合理性，檢查出的問(wèn)題信息(記錄實(shí)體ID，所在的信息表，警告信息描述)以報(bào)表的形式表現(xiàn)，同時(shí)允許以Excel格式輸出檢查報(bào)表。在執(zhí)行本條知識(shí)對(duì)象時(shí)會(huì)彈出一個(gè)“最大標(biāo)高容限”的輸入窗口，可根據(jù)本地實(shí)際情況自行輸入，在本次檢查中輸入值為 30 cm。運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。

圖6 檢查結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明，本系統(tǒng)切實(shí)可行，能夠靈活應(yīng)對(duì)管線(xiàn)探測(cè)成果數(shù)據(jù)檢查中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，檢查項(xiàng)可根據(jù)實(shí)際情況任意“熱插拔”和調(diào)整，整體檢查效果較好，保證了數(shù)據(jù)檢查的質(zhì)量和效率。但當(dāng)數(shù)據(jù)量過(guò)大時(shí)，個(gè)別知識(shí)對(duì)象的執(zhí)行效率還待提高，如管線(xiàn)碰撞檢查，仍需結(jié)合空間分析做進(jìn)一步的研究。

［1］黃鴻，龔健雅，鐘正．地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化檢查研究［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版，2007(08):731～734．

［2］ 李丹農(nóng)．城市地下管線(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)監(jiān)理檢查［J］．城市勘測(cè)，2007(4):61～63．

［3］許婷．基于知識(shí)與規(guī)則的城市管線(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)理校驗(yàn)［J］．四川測(cè)繪，2005(01)．

［4］ 廉師友．人工智能技術(shù)導(dǎo)論［M］．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2002．

［5］徐勇，楊柯．一種面向?qū)ο笾R(shí)庫(kù)的構(gòu)造和維護(hù)［J］．計(jì)算機(jī)工程，2000(09)．