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(dān)負(fù)著城市的信息傳遞、交通管理、能源輸送、排澇減災(zāi)等功能，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分。

在經(jīng)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(xì)分市場轉(zhuǎn)移，各專業(yè)管線開始了自己的普查建庫。從已經(jīng)開展的給水、排水、電力等專業(yè)管線的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)看，與綜合管線差距較大，專業(yè)管線更看重業(yè)務(wù)管理，注重細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。由于兩者在數(shù)據(jù)組織關(guān)系、分層、結(jié)構(gòu)、編碼等方面無法保證一致，導(dǎo)致相同的管線存在兩次普查，產(chǎn)生兩套數(shù)據(jù)。雖然在位置上是重疊的，但相互之間缺少關(guān)聯(lián)，并且由于結(jié)構(gòu)等諸多差異，專業(yè)管線普查數(shù)據(jù)在反向更新綜合管線數(shù)據(jù)時(shí)，也會面臨前面同樣的問題。管線二次建庫意味著重復(fù)，重復(fù)勞動的同時(shí)數(shù)據(jù)也在重復(fù)，對于長遠(yuǎn)來講是不利的。因此開展專業(yè)管線和綜合管線數(shù)據(jù)匹配融合方法研究，建立融合數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)一次建庫、多方應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)的緊迫性和必要性。

2 數(shù)據(jù)差異性分析

由于管理模式與應(yīng)用目的的區(qū)別，當(dāng)前管線數(shù)據(jù)被分為綜合地下管線數(shù)據(jù)與專業(yè)地下管線數(shù)據(jù)兩大類：其中綜合地下管線數(shù)據(jù)由城市規(guī)劃部門負(fù)責(zé)管理與維護(hù)，主要服務(wù)于城市規(guī)劃與建設(shè)；專業(yè)地下管線數(shù)據(jù)由各管線權(quán)屬單位負(fù)責(zé)管理與維護(hù)，主要服務(wù)于管線權(quán)屬單位的日常生產(chǎn)活動。兩類數(shù)據(jù)在對象、精度要求、屬性要求、用途、規(guī)程要求、系統(tǒng)應(yīng)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(shù)據(jù)融合方法研究

3.1 融合技術(shù)路線

通過數(shù)據(jù)匹配、問題梳理、專業(yè)資料核對、外業(yè)核實(shí)與修補(bǔ)測后，建立起綜合管點(diǎn)和專業(yè)管點(diǎn)數(shù)據(jù)間的對應(yīng)關(guān)系，對綜合管線與專業(yè)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而得到管線設(shè)備齊全、位置精度高、屬性完備的管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。融合技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 融合技術(shù)流程圖

3.2 數(shù)據(jù)匹配

3.2.1 匹配關(guān)系梳理

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

綜合管點(diǎn)和專業(yè)管點(diǎn)要素名稱對照表 表2

綜合管線和專業(yè)管線材質(zhì)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(diǎn)要素名稱符合完全匹配映射關(guān)系，同時(shí)在空間位置上匹配，且管線材質(zhì)(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(diǎn)要素名稱符合不完全匹配映射關(guān)系，同時(shí)在空間位置上匹配，且管線材質(zhì)、口徑相一致(管線口徑之差不大于 50 mm)。

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

規(guī)則3：兩者管點(diǎn)要素名稱符合完全匹配或不完全匹配映射關(guān)系，且管線材質(zhì)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(diǎn)要素名稱不符合映射關(guān)系。

規(guī)則2：兩者管點(diǎn)要素名稱雖然符合映射關(guān)系，但在空間位置上不匹配。

3.2.3 問題清單梳理

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

(1)綜合數(shù)據(jù)缺失：綜合管點(diǎn)、管線缺失情況；

(2)專業(yè)數(shù)據(jù)缺失：專業(yè)管點(diǎn)、管線缺失情況；

(3)形態(tài)不一致：專業(yè)和綜合管線在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上有差異的情況；

(4)管點(diǎn)特征不一致：專業(yè)管點(diǎn)和綜合管點(diǎn)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(jù)問題產(chǎn)生的具體情況，可將問題更加細(xì)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(gè)問題面進(jìn)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(nèi)業(yè)融合人員；無法確認(rèn)的，需進(jìn)一步安排外業(yè)核實(shí)。

3.2.5 外業(yè)核實(shí)與修補(bǔ)測

在專業(yè)資料核對的基礎(chǔ)上，如果權(quán)屬單位無法確認(rèn)的，則安排現(xiàn)場核實(shí)，并將核實(shí)的結(jié)果記錄到問題面中反饋給內(nèi)業(yè)融合人員。在外業(yè)核實(shí)的基礎(chǔ)上，如果確認(rèn)為綜合管線數(shù)據(jù)需要修補(bǔ)測的，則開展修補(bǔ)測工作。修補(bǔ)測完成后，返回新數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。

3.3 數(shù)據(jù)融合

3.3.1 屬性融合規(guī)則

(1)供水管線數(shù)據(jù)融合方案

通過對綜合管線與專業(yè)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將供水管線數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中均存在，一方數(shù)據(jù)中該字段存在且不為空，而另一方數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中字段的內(nèi)容進(jìn)行填充。

而在供水管線數(shù)據(jù)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(shí)保留綜合管線屬性字段的值作為參考。供水管線數(shù)據(jù)屬性字段融合過程如圖2所示。

圖2 供水管線數(shù)據(jù)屬性字段融合的過程

(2)供水管點(diǎn)數(shù)據(jù)融合方案

供水管點(diǎn)數(shù)據(jù)屬性融合規(guī)則與管線數(shù)據(jù)融合規(guī)則一致，供水管點(diǎn)數(shù)據(jù)融合過程如圖3所示。

圖3 供水管點(diǎn)數(shù)據(jù)融合過程

3.3.2 空間數(shù)據(jù)融合規(guī)則

綜合管線數(shù)據(jù)具有較好的位置精度，因此，以綜合管線數(shù)據(jù)作為融合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)體現(xiàn)專業(yè)管線中的轉(zhuǎn)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(diǎn)匹配關(guān)系，保留每兩個(gè)匹配管點(diǎn)中的綜合管點(diǎn)作為融合后的起終管點(diǎn)的位置；

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

(3)如添加點(diǎn)不具備形態(tài)信息(即添加點(diǎn)為直線點(diǎn)等)，則忽略；

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

3.4 數(shù)據(jù)質(zhì)檢

使用管線數(shù)據(jù)檢查軟件對數(shù)據(jù)融合后的管線屬性信息和空間拓?fù)潢P(guān)系的合理性進(jìn)行校驗(yàn)。

3.5 融合后數(shù)據(jù)評價(jià)

數(shù)據(jù)融合后，對于得到的融合結(jié)果的評價(jià)主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)比較判斷融合前后管線數(shù)據(jù)，屬性信息是否變得更豐富；

(2)可以建立合適的數(shù)據(jù)模型來評價(jià)融合后的結(jié)果，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量，精度等。

4 應(yīng)用實(shí)例

在實(shí)際生產(chǎn)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(nèi)的供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)為研究對象進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。

通過數(shù)據(jù)匹配工作的開展，梳理出了綜合和專業(yè)供水管網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)差異，按照綜合數(shù)據(jù)缺失、專業(yè)數(shù)據(jù)缺失、形態(tài)不一致、管線屬性不一致、管點(diǎn)特征不一致進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。其中專業(yè)數(shù)據(jù)缺失問題最多，約占總量的34.5%(圖4)，主要原因?yàn)楣┧畬I(yè)管線對于拆廢信息的更新比較及時(shí)，而綜合管線是對實(shí)地所有管線的探測，缺少拆廢信息。

圖4 問題面統(tǒng)計(jì)圖

運(yùn)用密度分析對所有的問題區(qū)域進(jìn)行空間分析，通過空間插值的方法將離散的數(shù)據(jù)以顏色深淺不同的區(qū)域進(jìn)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(shù)據(jù)分布密度圖

從圖5中可以看出，數(shù)據(jù)問題主要集中在鼓樓區(qū)，尤其分布在舊城區(qū)，推測數(shù)據(jù)差異與管網(wǎng)的建設(shè)年代、區(qū)域的發(fā)展程度有較大的相關(guān)性，鼓樓區(qū)發(fā)展較早，舊城區(qū)道路狹窄，管網(wǎng)敷設(shè)密集，復(fù)雜的管網(wǎng)狀況造成測繪難度大、準(zhǔn)確性低，導(dǎo)致兩類數(shù)據(jù)的差異性大，問題多。因此，開展專業(yè)管線與綜合管線數(shù)據(jù)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(jié)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(gè)問題面進(jìn)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(nèi)業(yè)融合人員，內(nèi)業(yè)融合人員按照處理意見進(jìn)行具體融合操作。最終達(dá)到了修正雙方管網(wǎng)空間位置和連接關(guān)系、完善雙方管網(wǎng)屬性信息的目的，建立了一個(gè)管線設(shè)備齊全、位置精度高、屬性完備的管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

5 存在的問題與困難

5.1 人工處理工序多，效率低

數(shù)據(jù)匹配、問題清單梳理、專業(yè)資料核對、外業(yè)核實(shí)與修補(bǔ)測、數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)，工作量大，時(shí)間花費(fèi)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(shù)據(jù)存在多種差異，需要通過權(quán)屬資料核實(shí)、外業(yè)核實(shí)、閉水試驗(yàn)等多種途徑對這些問題進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)，核實(shí)工作量大；大量的非金屬管道以及泥土覆土導(dǎo)致核實(shí)的難度也很大，常規(guī)的探測手段不易解決。

5.3 協(xié)同更新的機(jī)制有待建立

項(xiàng)目的開展可以形成比較完整、準(zhǔn)確的管線基礎(chǔ)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，但市政管網(wǎng)是動態(tài)變化的，隨著管道的新增、拆除、改建、擴(kuò)建，如果沒有制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)，建立數(shù)據(jù)的協(xié)同更新機(jī)制，隨著時(shí)間的推移，又將變回“兩套數(shù)據(jù)”。

6 結(jié) 語

本文重點(diǎn)研究了供水專業(yè)管線與綜合管線數(shù)據(jù)融合方法，并在實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目中驗(yàn)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(wǎng)連接關(guān)系之間的差異，專業(yè)供水管線主要完成對匹配數(shù)據(jù)的空間校正、高程埋深等測繪屬性補(bǔ)充等，提高了數(shù)據(jù)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(zhì)等信息進(jìn)行了更新完善。通過兩類數(shù)據(jù)的融合，從而保證管線數(shù)據(jù)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，提升了地下管線數(shù)據(jù)成果的應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)了地下管線數(shù)據(jù)的挖掘應(yīng)用與共享交換。