張志偉 衣鵬軍 趙 也

(1. 北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 北京 100038； 2. 深圳市創(chuàng)環(huán)環(huán)保科技有限公司, 廣東 深圳 518172)

0 引言

隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)程,城市地下管線發(fā)展十分迅猛,但隨之而來地下管線管理方面的問題也越來越多:施工破壞地下管線造成停水、停氣、停電以及通信中斷事故頻發(fā),“拉鏈?zhǔn)今R路”現(xiàn)象已經(jīng)成為城市建設(shè)的頑疾,因排水不暢引發(fā)的道路積水和城市水澇災(zāi)害司空見慣[1-2]。地下管線引發(fā)的各類問題已成為城市百姓心中難以消除的痛[3]。同時(shí),由于我國各城市都存在不同程度的地下管線資料不全、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)和不一致等情況,致使地下管線信息化建設(shè)、信息共享和應(yīng)用困難重重,因此,必須建立規(guī)范化、信息化、科學(xué)化的地下管線綜合管理平臺對各類管線進(jìn)行科學(xué)、有效的管理。

管線探測綜合管理平臺的建設(shè)需要開展進(jìn)行管線普查、測繪、探測、數(shù)據(jù)入庫等工作[4-5],而傳統(tǒng)管線探測外業(yè)仍采用手工繪制草圖及紙質(zhì)表格記錄管線空間及屬性等信息,內(nèi)業(yè)還需根據(jù)外業(yè)草圖、記錄表格繪制電子管線圖、錄入空間及屬性信息。該方法具有作業(yè)流程多、自動(dòng)化程度低、浪費(fèi)大量的人力、物力,效率低等缺點(diǎn)。因此本文提出了基于ArcSDE的管線探測內(nèi)外業(yè)一體化的方法,該方法可以極大程度減少作業(yè)人員的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理步驟,提高電子圖繪制效率。

1 管線探測內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)

管線探測內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)平臺主要由數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)中心),移動(dòng)端管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺,PC端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺構(gòu)成,其主體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

管線數(shù)據(jù)主要包含屬性信息和空間位置信息。屬性信息用于表達(dá)各類管線點(diǎn)的特征信息及其之間的拓?fù)溥B接關(guān)系,空間位置信息用于表達(dá)各類管線點(diǎn)所處的空間分布。根據(jù)以上特性,需在數(shù)據(jù)庫中分別設(shè)計(jì)管線點(diǎn)屬性表、管線線屬性表[6],以排水管線為例,管線點(diǎn)屬性表和管線線屬性表結(jié)構(gòu)如表1、表2所示,此外在數(shù)據(jù)庫中增加管網(wǎng)運(yùn)維所需的缺陷檢測屬性表。各屬性表通過唯一的點(diǎn)編號進(jìn)行關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)各屬性表之間的無縫集成[7]。

表1 管線點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

表2 管線線數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

1.2 移動(dòng)端管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺

移動(dòng)端管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺采用Android Studio、ArcGISRuntime和ArcPro為開發(fā)工具,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management System, DBMS)采用云端的對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫PostgreSQL,其有著很強(qiáng)的擴(kuò)展性和標(biāo)準(zhǔn)兼容性,可支持各種類型的數(shù)據(jù)存儲,適合本文方法所需存儲的多源多類型數(shù)據(jù)。該平臺可實(shí)現(xiàn)將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云數(shù)據(jù)庫中,且ArcGIS Runtime可極大提高空間數(shù)據(jù)的訪問修改的速度,與管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺實(shí)現(xiàn)快捷的多端動(dòng)態(tài)協(xié)同更改數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù),該采集平臺對終端設(shè)備的要求規(guī)格如表3所示。

表3 采集平臺對終端設(shè)備的要求規(guī)格表

1.3 桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺

桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺采用基于ArcGIS二次開發(fā)的模式,利用ArcEngine、ArcSDE、Visual Studio等軟件開發(fā)平臺來進(jìn)行搭建。該平臺主要由三個(gè)部分組成,分別為空間數(shù)據(jù)庫引擎(Spatial Data Engine,SDE)、DBMS和客戶端地理信息系統(tǒng)應(yīng)用程序。其中SDE是該管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺的核心,通過與其他通用DBMS的集成來管理數(shù)據(jù)平臺[8]。DBMS同樣采用的是云端的對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫PostgreSQL。桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺主要功能包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)可視化、檢查修改、成果統(tǒng)計(jì)及一鍵導(dǎo)出等。

2 管線探測內(nèi)外業(yè)一體化測量方法

2.1 管線探測內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程

該方法首先是通過移動(dòng)端管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺對管線的各類屬性信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集上傳云數(shù)據(jù)庫,以及利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量(RTK,Real-Time Kinematic)和全站儀極坐標(biāo)測量方法對井、箅等點(diǎn)位空間信息進(jìn)行采集,內(nèi)業(yè)利用同名點(diǎn)匹配的原則將空間信息與屬性信息進(jìn)行匹配。然后在桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化及數(shù)據(jù)分析檢查修正。最后導(dǎo)出最終成果圖及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。其總體流程如圖2所示。

圖2 管網(wǎng)探測內(nèi)外業(yè)一體化流程圖

2.2 管線數(shù)據(jù)采集

管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺包含定位功能、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編輯。定位功能主要可根據(jù)小區(qū)編號或者名稱來定位小區(qū)所在位置。數(shù)據(jù)采集功能、根據(jù)所選擇的小區(qū)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集界面,可加載衛(wèi)星影像以及地形圖等底層背景數(shù)據(jù),然后根據(jù)背景數(shù)據(jù)在合適的位置添加井、箅等來完成草圖的繪制,并根據(jù)物探手段得到其屬性信息,然后根據(jù)井、箅等之間的拓?fù)潢P(guān)系來添加管網(wǎng)信息。并且實(shí)時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云數(shù)據(jù)庫中,防止數(shù)據(jù)誤刪及丟失等現(xiàn)象。數(shù)據(jù)編輯功能主要是為了后期數(shù)據(jù)檢查驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)問題時(shí),可以由外業(yè)人員現(xiàn)場實(shí)時(shí)修改。

2.3 空間信息采集及入庫

空間信息采集根據(jù)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)和全站儀等測量設(shè)備對地面的井、箅以及隱蔽點(diǎn)等進(jìn)行三維坐標(biāo)的信息采集,空間信息采集精度要求如表4所示。并且點(diǎn)號需與屬性數(shù)據(jù)采集時(shí)的點(diǎn)號保持一致,根據(jù)同名點(diǎn)匹配的方式制作測繪數(shù)據(jù)匹配表,然后將空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)匹配入庫,空間信息數(shù)據(jù)更新入庫的流程如圖3所示。

表4 空間信息采集精度要求

圖3 空間信息數(shù)據(jù)更新入庫流程圖

2.4 數(shù)據(jù)檢查修改

桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺可以對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化、拓?fù)錂z查(孤立點(diǎn)、流向錯(cuò)誤)、邏輯關(guān)系檢查(井深、管深錯(cuò)誤)以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修改等操作[9]。如果數(shù)據(jù)檢查過程中發(fā)現(xiàn)問題,可以通過內(nèi)業(yè)進(jìn)行修改更新,如無法通過內(nèi)業(yè)解決,則需要外業(yè)通過外業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺現(xiàn)場核實(shí)修改并實(shí)時(shí)上傳入庫,并重新檢查數(shù)據(jù)是否有誤。

2.5 成果出圖

在數(shù)據(jù)檢查修改后,該插件還有一鍵導(dǎo)出指定樣式和坐標(biāo)系的成果圖、點(diǎn)線表、數(shù)據(jù)庫等成果。根據(jù)規(guī)范要求自動(dòng)對各類井、箅、虛擬點(diǎn)及管線進(jìn)行成果圖繪制[10],同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目需求對標(biāo)注及圖層等屬性進(jìn)行設(shè)置等,使成果可以為后續(xù)項(xiàng)目規(guī)劃及施工提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

3 管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)外業(yè)一體化效率提升實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)對象

本文方法以“深圳某地下管網(wǎng)勘察測繪項(xiàng)目”為例進(jìn)行作業(yè)方法效率對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組采用移動(dòng)端管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行草圖繪制、屬性信息采集及入庫,利用GNSS和全站儀等測量設(shè)備對空間信息進(jìn)行采集,內(nèi)業(yè)采用桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查及成果輸出(基于ArcSDE的管線探測內(nèi)外業(yè)一體化方法)；對比組采用傳統(tǒng)的外業(yè)手工繪制草圖,紙質(zhì)表格記錄屬性信息,使用GNSS和全站儀等測量設(shè)備采集管線點(diǎn)位的空間信息,內(nèi)業(yè)則通過人工整理管網(wǎng)的點(diǎn)、線空間屬性信息、表格入庫及人工繪制成果圖。

3.2 作業(yè)效率對比

上述兩種方法以10 km排水管線為一個(gè)作業(yè)樣本,從外業(yè)物探數(shù)據(jù)采集及管線點(diǎn)測繪、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢查及修改、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理及入庫、成果輸出四個(gè)方面進(jìn)行綜合對比,對比結(jié)果如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)組與對比組的效率對比(以10 km管線為例)

3.3 結(jié)論及分析

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)組優(yōu)勢如下:

(1)可以大幅度提升其自動(dòng)化程度,在外業(yè)物探效率略有提升的前提下,提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理、檢查和成果輸出的效率,整體效率提升超過100%；

(2)實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)采集成果直接自動(dòng)錄入云端數(shù)據(jù)庫,防止了傳統(tǒng)作業(yè)方法因草圖繪制錯(cuò)亂不清或丟失等情況造成的數(shù)據(jù)缺失,提高了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和成果的可靠性；

(3)由于實(shí)驗(yàn)組移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集平臺在錄入信息時(shí),平臺自動(dòng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)檢查,同時(shí)該平臺具備一鍵化批量智能修改的功能,可大幅度減少內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)檢查和修改的時(shí)間；

(4)實(shí)驗(yàn)組桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化一鍵成圖、入庫,可以完全避免人工繪圖導(dǎo)致的標(biāo)注、圖層等錯(cuò)亂情況的出現(xiàn)。

3.4 技術(shù)延伸

同時(shí),實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中需要在管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫及成果圖中增加對管網(wǎng)的缺陷檢測數(shù)據(jù)。針對此需求,在外業(yè)數(shù)據(jù)采集中增加了利用管道潛望鏡檢測的方式對管道進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像,以確認(rèn)管道內(nèi)部缺陷情況,在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中增加整理缺陷屬性及位置等信息,然后導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中的管道缺陷信息屬性表。最后在導(dǎo)出成果圖中對應(yīng)缺陷位置自動(dòng)標(biāo)注缺陷名稱及缺陷級別。

4 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的管線探測方法相比,基于ArcSDE的管線探測內(nèi)外業(yè)一體化方法可以大幅度優(yōu)化作業(yè)人員的作業(yè)流程,提高管線探測工作的作業(yè)效率及成果質(zhì)量。但同時(shí)該方法也有一定的局限性,當(dāng)基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)及地形圖較為老舊,與現(xiàn)場環(huán)境不符時(shí),會對外業(yè)人員現(xiàn)場作業(yè)造成一定的困擾,當(dāng)移動(dòng)終端配置及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差時(shí),數(shù)據(jù)上傳入庫會不穩(wěn)定,后續(xù)將增加當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差時(shí),將數(shù)據(jù)暫存到移動(dòng)終端本地?cái)?shù)據(jù)庫的功能,等待網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好時(shí),再上傳到云數(shù)據(jù)庫中。

本文將基于搭建的移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集平臺和桌面端管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺,后續(xù)會繼續(xù)開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)端的管網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺,可以在該應(yīng)用平臺上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線模擬水力模型、高效的污染溯源以及智能準(zhǔn)確的內(nèi)澇災(zāi)害預(yù)警等功能。接下來,將實(shí)現(xiàn)以基礎(chǔ)的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫為中心,三平臺為技術(shù)構(gòu)件,搭建城市管網(wǎng)運(yùn)維一體化平臺,提高地下管網(wǎng)的精細(xì)化、智能化和現(xiàn)代化管理,為建設(shè)“智慧城市”“數(shù)字城市”貢獻(xiàn)一份力量。