向衛(wèi)國，向紅梅

(1.東莞市測繪院. 廣東 東莞 523006； 2.長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，湖南 長沙 410007)

1 引 言

地下管線是城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)內(nèi)容，對城市建設(shè)和管理起著至關(guān)重要的作用，管線信息的現(xiàn)勢性、可靠性等決定了管線數(shù)據(jù)的使用價值和應(yīng)用范圍。當前要實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的實時動態(tài)更新仍面臨諸多困難，一是城市的迅速發(fā)展使得管線擴張很快，每年都有大量新鋪設(shè)、改造或被拆除、廢棄的地下管線，要投入大量的人力、物力去探測和處理；二是管線鋪設(shè)技術(shù)日趨復(fù)雜，頂管技術(shù)的應(yīng)用使得管線探測難度進一步加大；三是管線數(shù)據(jù)的外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)整理大部分是基于圖形和文本進行的，未形成基于數(shù)據(jù)庫的內(nèi)外業(yè)一體化的探測軟件系統(tǒng)，導(dǎo)致管線數(shù)據(jù)獲取的效率低；四是由于管線數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與建庫相互脫節(jié)，生產(chǎn)制圖和數(shù)據(jù)管理使用兩套數(shù)據(jù)，嚴重影響管線數(shù)據(jù)質(zhì)量及更新入庫的效率。如何選用適宜的軟件平臺、設(shè)計合理的管線數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、制定管線內(nèi)外業(yè)一體化的數(shù)據(jù)采集作業(yè)流程，開發(fā)集成數(shù)據(jù)編輯、監(jiān)理檢查、成果編制和更新入庫多模塊的管線探測軟件，以提高管線數(shù)據(jù)獲取和更新的效率，是本文要研究解決的技術(shù)問題。

2 管線探測與更新現(xiàn)狀分析

地下管線探測與數(shù)據(jù)更新的作業(yè)過程主要包括管線調(diào)查、管線測量、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)理檢查、成果編制、入庫預(yù)處理和更新入庫七個部分。其中管線調(diào)查和管線測量是外業(yè)工作，測量人員通過繪制紙質(zhì)草圖或用電子手簿(PDA)記錄調(diào)查得到的管點和管線屬性及其相互之間的連接關(guān)系，利用全站儀或RTK測量管點坐標和井蓋高。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時將全站儀記錄的管線測量數(shù)據(jù)和PDA記錄的管線屬性信息導(dǎo)入圖形軟件進行編輯，進行一系列的檢查和修改。管線成果編制是將處理好的管線數(shù)據(jù)生成管線成果報表、進行管點點號和扯旗標注，輸出管線成果圖。同時，將處理好的管線數(shù)據(jù)進行入庫預(yù)處理和格式轉(zhuǎn)換，形成入庫數(shù)據(jù)，最后將入庫數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

目前許多管線探測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能將PDA調(diào)查的管線屬性和全站儀測量的管線數(shù)據(jù)通過點號配準的方式融合到一起，避免二次錄入和編輯出現(xiàn)錯誤，提高了管線屬性錄入和數(shù)據(jù)編輯的工作效率。但是它們分開存儲圖形和屬性，無法真正做到管線探測內(nèi)外業(yè)一體化，管線數(shù)據(jù)預(yù)入庫的處理工作量大，不利于管線數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。為解決這些問題，本文采取基于數(shù)據(jù)庫的軟件平臺進行研究，真正實現(xiàn)管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和數(shù)據(jù)動態(tài)更新。

3 內(nèi)外業(yè)一體化管線探測系統(tǒng)研發(fā)

3.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

管線探測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一般是基于圖形軟件進行二次開發(fā)，為實現(xiàn)管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和實時動態(tài)更新，需要將管線圖形數(shù)據(jù)和屬性信息統(tǒng)一存儲管理，管線生產(chǎn)圖形數(shù)據(jù)要與管理空間數(shù)據(jù)庫采用同一套要素編碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用GIS的點、線、面三種幾何類型來定義管線點、管線線和管線附屬設(shè)施面，按照管線的小類分別設(shè)定管線點圖層、線圖層和面圖層，此外還有專門存放測量范圍線(即更新范圍線)的范圍線圖層。

根據(jù)管線的特性，分別設(shè)計管線點屬性表、管線線屬性表和管線面屬性表的屬性字段。每一個地物要素除了通用屬性字段，還有3個共同字段：全球唯一ID碼(Feature GUID)、創(chuàng)建時間、修改時間。每一個管線探測項目須有測量范圍線，范圍線除了建設(shè)單位、工程名稱、檢查員等記錄元數(shù)據(jù)信息的字段，還有在動態(tài)更新入庫中起關(guān)鍵作用的4個字段：GUID、創(chuàng)建時間、修改時間、下載時間。

3.2 內(nèi)外業(yè)一體化流程定制

內(nèi)外業(yè)一體化的管線探測與更新作業(yè)過程可概括為數(shù)據(jù)下載與轉(zhuǎn)換、管線探查與測量、數(shù)據(jù)處理與編輯、監(jiān)理檢查、成果編制和更新入庫6個步驟，它始于從管線數(shù)據(jù)庫下載修測數(shù)據(jù)、止于將修測更新數(shù)據(jù)入庫到管線數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。

圖1 管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和動態(tài)更新入庫流程

(1)數(shù)據(jù)下載與轉(zhuǎn)換：根據(jù)管線測量任務(wù)，繪制測量范圍線，從管線數(shù)據(jù)庫下載范圍內(nèi)的已有管線數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為cef格式，導(dǎo)入PDA掌上機。

(2)管線探查與測量：外業(yè)管線調(diào)查時利用PDA邊繪制草圖邊錄入屬性信息，同時利用全站儀或RTK測量管點的平面坐標和高程值，保證PDA記錄的管點編號與測量儀器記錄的一致。

(3)數(shù)據(jù)處理與編輯：管線測量數(shù)據(jù)經(jīng)計算處理后導(dǎo)入EPS的管線軟件平臺自動展繪管點圖形，再將PDA的電子草圖導(dǎo)入，進行點號配準、屬性補錄和編輯整理。

(4)監(jiān)理檢查：利用管線測量軟件平臺設(shè)定的檢查程序和方案對管線數(shù)據(jù)的空間邏輯錯誤和管線屬性信息進行逐項檢查。

(5)成果編制：根據(jù)需要，進行管點標注、扯旗、繪制縱橫斷面和圖幅整飾等，并輸出成果圖表。

(6)更新入庫：將經(jīng)過監(jiān)理檢查無誤的管線數(shù)據(jù)通過SDE管理的數(shù)據(jù)入庫程序更新入庫到管線數(shù)據(jù)庫。

3.3 管線探測系統(tǒng)開發(fā)

EPS軟件是北京山維公司自主研發(fā)的測繪軟件平臺，具有圖形繪制、編輯處理、參數(shù)設(shè)置、空間分析、SDE數(shù)據(jù)管理等諸多功能。EPS提供了二次開發(fā)VC++6.0的MFC工具和VBS腳本函數(shù)，還提供了定制工作臺面的工具。用戶可以根據(jù)開發(fā)能力選用VC或VBS進行二次開發(fā)，新建一個管線測量臺面，將編寫的VC程序*.DLL和*.VBS腳本組裝到管線測量臺面內(nèi)，就可以按照設(shè)定的作業(yè)流程開發(fā)一個能實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化和動態(tài)更新的管線測量軟件平臺。

PDA具有體積小、耗電少、功能全、攜帶方便等特點，已成為首選的野外測量成圖一體化設(shè)備，它采用WinCE操作系統(tǒng)，提供eVC++、eVB編程接口以及COM、USB通信接口。同時，EPS提供了與PDA配套的電子平板系統(tǒng)EPSCE，用戶可根據(jù)本地作業(yè)習慣修改或開發(fā)草圖編輯和屬性錄入程序。

管線探測系統(tǒng)主要有導(dǎo)入導(dǎo)出、草圖配準、管線編輯、圖面整飾、監(jiān)理檢查、成果輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等程序模塊。導(dǎo)入導(dǎo)出模塊包含PC與PDA之間的CEF交換格式數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)入和導(dǎo)出；草圖配準模塊包含管點配準、平移旋轉(zhuǎn)和屬性配置；管線編輯模塊包含管點連線、拖線頭、平鋪與恢復(fù)、復(fù)制平鋪等；圖面整飾模塊包含圖例圖廓、點號標注、扯旗標注、坐標標注等；監(jiān)理檢查模塊包含管線屬性重算、屬性合理性檢查和空間邏輯檢查等；成果輸出模塊包含管線統(tǒng)計表、成果表和圖形輸出等；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊包含同shp、dwg、mdb等數(shù)據(jù)格式的相互轉(zhuǎn)換。圖2為管線探測系統(tǒng)軟件界面。

圖2 基于EPS的管線探測系統(tǒng)軟件界面及管線圖

4 管線動態(tài)更新

4.1 更新數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)測量范圍線從數(shù)據(jù)庫下載數(shù)據(jù)，若范圍線內(nèi)有管線數(shù)據(jù)則為修測，否則為新測。下面介紹修測方式的管線調(diào)查和測量。

(1)管線調(diào)查：EPSCE是一款管線調(diào)查的電子平板系統(tǒng)，采取數(shù)據(jù)庫和圖形屬性聯(lián)動技術(shù)實現(xiàn)管線調(diào)查數(shù)據(jù)采集與記錄。將下載的管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為CEF導(dǎo)入到PDA中，點EPSCE的“工程”→“管線草圖”，選擇管線大類，再選管線小類，用光筆在大致位置上(不必精確)點擊，彈出管點屬性錄入界面，將屬性錄入到管點屬性表，點“確定”結(jié)束管點繪制，自動形成管點號(將點號標記在地面，以便全站儀測量時采用此點號)。光筆按住管井符號直接向管線方向拖出一小截管線，抬筆后自動進入管線屬性表的錄入。當探查到下一個管點時，可將前一段管線頭直接拖過來連接。

(2)管線測量：PDA的管線草圖只是模擬了管線的相互位置關(guān)系，需要用全站儀或RTK測量管點真實坐標，測量儀器內(nèi)存卡需要記錄與草圖一致的管線點編號，以便進行草圖的自動配準，將全站儀的內(nèi)存數(shù)據(jù)下載到PC機上，經(jīng)過計算處理后轉(zhuǎn)換成PNT格式。

4.2 編輯與檢查

將外業(yè)獲取的管線CEF草圖和管線測量PNT數(shù)據(jù)導(dǎo)入到管線測量軟件平臺，將草圖與所測管點坐標進行配準、錄入項目的工程信息、進行數(shù)據(jù)合法性檢查等，最終得到可供更新入庫和編制管線成果的管線數(shù)據(jù)。

(1)草圖配準：可采用單點、關(guān)鍵點和自動搜索三種方式將CEF草圖和PNT測量數(shù)據(jù)進行配準。單點是逐點手動進行匹配；關(guān)鍵點是根據(jù)物探點號將草圖所繪制點按層匹配到同名實測點上，匹配點位(X、Y)；自動搜索則是根據(jù)物探點號自動在PNT數(shù)據(jù)中搜尋匹配信息，將草圖所繪制點匹配到同名實測點上，匹配點位(X、Y)；

(2)數(shù)據(jù)編輯

外業(yè)只能錄入部分屬性，很多屬性需要內(nèi)業(yè)計算補充。可將管線的工程信息(工程編號、所屬道路等)錄入管線測量范圍線，利用“提取工程信息”給所有管點管線賦工程屬性。管線的坡度、長度、埋深等空間信息可通過程序計算自動賦值。

(3)監(jiān)理檢查

監(jiān)理檢查分圖形和屬性檢查，圖形檢查包含管點缺失及孤點、流向、超長、高程異常等。屬性檢查包含完整、非法、點線關(guān)聯(lián)、連通等檢查。

4.3 動態(tài)更新入庫

EPS通過ArcSDE引擎進行數(shù)據(jù)下載、更新入庫和空間數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)下載和更新基于更新范圍線來完成。依據(jù)更新范圍線從管線數(shù)據(jù)庫下載數(shù)據(jù)作為工作底圖，鎖定更新范圍線的下載時間，經(jīng)外業(yè)修測編輯得到修測更新數(shù)據(jù)。更新入庫時，先將修測數(shù)據(jù)(稱作“本地”)與數(shù)據(jù)庫源數(shù)據(jù)進行比對和沖突檢測，記錄新增、修改、刪除的地物要素數(shù)量，并為每一個要素標記更新入庫操作印記(“存在沖突、不需入庫、直接入庫、送歷史庫、先送歷史庫再入庫”)。與其他項目(稱作“其他”)進行沖突檢測，若存在沖突，則要求下載沖突數(shù)據(jù)進行編輯處理，待沖突處理同步確認后才能更新入庫，若無沖突，則可根據(jù)先前的操作印記進行更新入庫。

沖突檢測是利用本地管線數(shù)據(jù)的GUID、創(chuàng)建時間、修改時間和更新范圍線的GUID、創(chuàng)建時間、修改時間、下載時間與數(shù)據(jù)庫里的進行比對判別的，如表1所示。

沖突及處理方式 表1

5 結(jié) 語

作者根據(jù)多年從事地下管線探測軟件開發(fā)、管線信息系統(tǒng)建設(shè)、管線數(shù)據(jù)庫管理等工作經(jīng)驗，經(jīng)過分析管線探測與數(shù)據(jù)更新現(xiàn)狀及存在的問題，選用EPS地理信息工作站為管線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件平臺，基于數(shù)據(jù)庫以及面向要素方式編制管線數(shù)據(jù)編碼和設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開發(fā)集管線數(shù)據(jù)的外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)處理、監(jiān)理檢查、數(shù)據(jù)入庫等于一體的管線測量軟件，實現(xiàn)管線圖形數(shù)據(jù)和屬性信息管理的一體化，管線數(shù)據(jù)外業(yè)探測和內(nèi)業(yè)整理的一體化，以及管線數(shù)據(jù)的動態(tài)更新入庫，極大地提高了管線數(shù)據(jù)采集、編輯、入庫和管理的工作效率，希望能為地下管線探測系統(tǒng)開發(fā)和數(shù)據(jù)管理者提供技術(shù)參考。