伍超云，丁孝兵

(佛山市測繪地理信息研究院，廣東 佛山 528000)

1 引 言

地下管線普查作為城市規(guī)劃、建設及管理的一項基礎保障工作，成果資料應適應現(xiàn)代化城市建設發(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，其質(zhì)量檢核是管線普查工作的重點[2]。實際普查過程中，儀器探測誤差、數(shù)據(jù)錄入錯誤均會造成普查數(shù)據(jù)與現(xiàn)實不符，地下管線普查范圍廣、時間長的特點也會導致不同區(qū)域的數(shù)據(jù)間組織方式差異大，普查數(shù)據(jù)庫無法滿足后續(xù)信息化管理要求。針對這一現(xiàn)狀，本文基于.NET和CAD平臺進行開發(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)庫為研究對象，介紹該方法的具體應用。

2 地下管線普查數(shù)據(jù)特點

普查數(shù)據(jù)包括地下管線數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)(Access數(shù)據(jù)庫*.mdb)以及對應的1∶500比例尺的管線圖(AutoCAD格式*.dwg)，其中管線數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表分為9大類，35個小類，每小類按管線點屬性和管線線段屬性表分開存儲，管線數(shù)據(jù)成果如圖1所示，成果三個顯著數(shù)據(jù)特點如下：

(1)地下管線種類復雜、數(shù)據(jù)量大、錯誤隱蔽性強。佛山市管線普查中管線點屬性項29項、管線屬性項至多41項，不同類型管線屬性填寫要求不同，極易造成填寫錯誤。同時平面檢查難以察覺管線的空間關系，檢查難度大。

(2)項目探測單位涉及廣，數(shù)據(jù)規(guī)范性無法保證。各普查單位對管線普查規(guī)范和質(zhì)量管理手段稍有不同，導致成果質(zhì)量存在細微差別。

(3)佛山市管線數(shù)據(jù)普查是各區(qū)分期開展，接邊區(qū)域易存在數(shù)據(jù)重復等錯誤。

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)量檢查模式包括計算機自動數(shù)據(jù)檢查、三維碰撞檢測、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 計算機自動數(shù)據(jù)檢查

計算機自動數(shù)據(jù)檢查是在深入挖掘各類管線數(shù)據(jù)的特性后，進一步提取知識規(guī)則及檢查規(guī)則，高效地檢查數(shù)據(jù)錯誤。本文在對不同時期普查數(shù)據(jù)進行標準化的前提下，針對佛山市管線數(shù)據(jù)庫的特點及錄入存在的問題，對地下管線常見4大類、58小項[3～5]問題開展檢查，我們編寫了佛山市地下管線數(shù)據(jù)預處理系統(tǒng)管線數(shù)據(jù)檢查程序，采用人機交互的方法修改錯誤，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)坐標系是否正確。

(2)屬性檢查是自動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(如物探點號、管點坐標、圖幅號、要素編碼等)是否齊全；②物探點號等屬性是否唯一或存在錯誤；③核查管線材質(zhì)、埋設方式、電力管線電壓值、特征值、附屬物等字段填寫方式是否準確、規(guī)范。④坐標是否在屬性范圍內(nèi)。

(3)拓撲檢查是檢查點、線表之間空間拓撲關系，主要檢查項包括：①點表或線表中是否存在重復坐標值；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管線超長檢查，管線長度控制在 75 m內(nèi)(頂管除外)；②管點和管線一對多連接數(shù)是否正確；③一致性檢查，隱蔽點兩端埋深是否一致，轉(zhuǎn)折點、直線點兩端管徑是否一致，地面標高是否為管頂標高與埋深值之和(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管線連接與前進方向夾角是否大于65°[8]。

同時，考慮到檢修井井底深度、地面高程、管線埋深異常等問題均無法通過計算機自動數(shù)據(jù)檢查全面找出，借助睿城三維平臺，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)庫的“空間擴展”，直接在三維場景下巡圖找到管線錯誤。

3.2 三維碰撞檢測

三維碰撞檢測算法是基于三維實體的布爾運算，利用ObjectARX在CAD平臺上建立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)計算管線中軸線。根據(jù)管線的平面位置、管頂高程、管徑、埋設方式等屬性計算管線中軸線位置。

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

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

由于管線邏輯性復雜，管線數(shù)據(jù)檢查軟件及三維碰撞查出的錯誤數(shù)據(jù)的處理方式無法一概而論，因而本次檢查軟件主要是查找錯誤，不對數(shù)據(jù)進行修改，下步將結(jié)合數(shù)據(jù)標準和管線外業(yè)實際情況進行修改。

圖3 三維管線圖

圖4 三維管線碰撞點

3.3 跨區(qū)管線接邊

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

圖5 地下管線普查數(shù)據(jù)接邊流程圖

針對內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)的接邊位置，查找多方資料并現(xiàn)場勘測情況，對于存在接邊的位置，檢查現(xiàn)場是否有檢修井、管徑、管線走向、標志樁、埋深等屬性，保證跨區(qū)管線合理接邊，接邊發(fā)現(xiàn)的主要問題包括：①相鄰兩區(qū)地下管線普查庫中存在重復管線數(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；④相鄰兩區(qū)接邊區(qū)域管線標高或埋深相差過大等。

3.4 管線外業(yè)抽檢

管線外業(yè)抽檢是通過抽取普查范圍內(nèi)部分區(qū)域，對比實際測量數(shù)據(jù)與原始普查數(shù)據(jù)的不同，對整個管線數(shù)據(jù)庫質(zhì)量進行評估。主要是根據(jù)不同的管線類型和物理條件，利用包括地下管線開井調(diào)查、地下管線儀器探測等多種物探手段實地調(diào)查其管線種類、連接關系、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 應用情況

佛山市地下管線普查采用“市級統(tǒng)籌、各區(qū)實施”的模式，涉及5.1萬公里的管線數(shù)據(jù)，其中涵蓋 1∶500標準管線圖幅近 27 000幅。由于作業(yè)單位多，片區(qū)間管線數(shù)據(jù)庫編碼不規(guī)范，采用常規(guī)的數(shù)據(jù)檢查方法無法滿足數(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《佛山市地下管線計算機成果數(shù)據(jù)標準》2015版要求，對各區(qū)提交的管線普查成果數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)標準化、數(shù)據(jù)計算機檢查及三維目視巡圖、三維碰撞檢測后，運行程序如圖6所示，統(tǒng)計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)檢查軟件運行界面

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

結(jié)合問題點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，其中綠色點號是佛山地下管線普查數(shù)據(jù)檢查問題點，紅色區(qū)域均為抽檢區(qū)域。最終，對比外業(yè)核查數(shù)據(jù)與管線數(shù)據(jù)庫的差異，修改錯誤數(shù)據(jù)。

經(jīng)本單位質(zhì)檢員對項目內(nèi)外業(yè)成果均進行檢查，認為成果均滿足設計要求，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)果準確可靠、作業(yè)效率高等優(yōu)點，滿足實際應用中作業(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，成果可應用于后期城市建設發(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，通過對計算機自動數(shù)據(jù)檢查、三維碰撞檢測，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)整合入庫提供借鑒。