錢(qián)承軍，戴相喜

〔1.一汽(南京)科技開(kāi)發(fā)有限公司,江蘇 南京 211100;2.南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019〕

0 引 言

地下管線(xiàn)是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的“生命線(xiàn)”。隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，城市地下管線(xiàn)的數(shù)量和規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)層次也越來(lái)越復(fù)雜。國(guó)內(nèi)很多城市都陸續(xù)開(kāi)展了地下管線(xiàn)普查工作，全面查清城市范圍內(nèi)的地下管線(xiàn)現(xiàn)狀，獲取了準(zhǔn)確的管線(xiàn)數(shù)據(jù)[1-4]。

戴相喜等[5-6]設(shè)計(jì)了一套可定制的管線(xiàn)質(zhì)檢模板；嚴(yán)玉瑤等[7-11]基于ArcGIS平臺(tái)設(shè)計(jì)了質(zhì)檢規(guī)則庫(kù)；付海龍[12]等基于OSG開(kāi)源平臺(tái)構(gòu)建了三維管線(xiàn)動(dòng)態(tài)建模與瀏覽平臺(tái)，與AutoCAD二維管線(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行質(zhì)檢。

一般基于AutoCAD開(kāi)發(fā)的管線(xiàn)檢查程序，是將管線(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范要求的檢查項(xiàng)、檢查條件寫(xiě)進(jìn)程序內(nèi)部，用戶(hù)無(wú)法更改。針對(duì)不同地區(qū)不同的管線(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范，需要調(diào)整管線(xiàn)檢查程序內(nèi)部代碼，才能符合當(dāng)?shù)氐墓芫€(xiàn)數(shù)據(jù)檢查標(biāo)準(zhǔn)，工作量非常巨大，而且只適應(yīng)程序?qū)?yīng)的規(guī)范要求。

本文基于AutoCAD平臺(tái)設(shè)計(jì)了一套可配置的并行處理管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查程序，將管線(xiàn)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)按照檢查類(lèi)型分為圖形檢查、邏輯性檢查和屬性檢查[13-14]。用戶(hù)可以根據(jù)作業(yè)地區(qū)的管線(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，自行配置對(duì)應(yīng)的檢查模板，可對(duì)不同分組或同組的管線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行檢查，由此可以快速確認(rèn)管線(xiàn)數(shù)據(jù)的正確性，保證管線(xiàn)數(shù)據(jù)采集、入庫(kù)、更新與共享的精準(zhǔn)和迅速。

1 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)不同地區(qū)的管線(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可以制定對(duì)應(yīng)的管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查模板。程序通過(guò)讀取管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查模板，查找出檢查類(lèi)型、檢查參數(shù)和檢查條件。然后，需要設(shè)計(jì)一個(gè)圖形實(shí)體屬性信息類(lèi)(圖1)，保存管線(xiàn)圖形中所有對(duì)象的基本信息，如ObjectID、Code、點(diǎn)列、實(shí)體句柄、圖層、shapetype和geotype等。當(dāng)檢查開(kāi)始時(shí)，根據(jù)檢查項(xiàng)的要求，讀取管線(xiàn)圖形中所有包含的對(duì)象，獲取每個(gè)對(duì)象的基本信息，存入圖形實(shí)體屬性信息類(lèi)中。再根據(jù)檢查條件，從實(shí)體屬性信息類(lèi)集合中，篩選出滿(mǎn)足條件的基本對(duì)象即可。每次根據(jù)檢查條件，直接調(diào)用該集合即可，不必重新遍歷管線(xiàn)圖中所有的對(duì)象。最后，程序采用并行處理的方法，對(duì)多個(gè)檢查條件進(jìn)行分組，同時(shí)檢查，可以有效地減少人工檢查工作量，大大提高質(zhì)檢效率。

圖1 圖形實(shí)體屬性類(lèi)設(shè)計(jì)

1.1 模板和結(jié)果存儲(chǔ)格式

根據(jù)不同地區(qū)管線(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，配置不同的模板參數(shù)，如檢查規(guī)則、檢查結(jié)果及軟件相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，采用SQLite輕型的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。該數(shù)據(jù)庫(kù)是遵守ACID的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，處理速度比Mysql、PostgreSQL開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)快得多，且與操作系統(tǒng)位數(shù)無(wú)關(guān)，安裝輕便，使用便捷。另外，SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)只存儲(chǔ)檢查規(guī)則和結(jié)果，并不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量龐大的城市管線(xiàn)數(shù)據(jù)，因此占用的系統(tǒng)資源非常低，可顯著提升管線(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、檢查與存儲(chǔ)效率。

1.2 圖形基本信息類(lèi)設(shè)計(jì)

目前較常見(jiàn)的檢查程序是通過(guò)AutoCAD自帶的對(duì)象過(guò)濾功能，挑選出待檢查的圖形集合，獲取其ObjectID集合，然后根據(jù)需要檢查的管線(xiàn)對(duì)象屬性，循環(huán)遍歷ObjectID對(duì)象獲取其屬性，再進(jìn)行質(zhì)量檢查。該過(guò)濾過(guò)程是對(duì)整個(gè)圖形對(duì)象的遍歷搜索，速度非常慢。并且，獲取到對(duì)象的ObjectID集合之后，還要根據(jù)ObjectID反向獲取對(duì)象，再讀取對(duì)象屬性，這就形成了圖形對(duì)象的二次讀取，造成了時(shí)間上的冗余。

基于上述考慮，設(shè)計(jì)了圖形實(shí)體屬性信息類(lèi)，該類(lèi)涵蓋了圖形質(zhì)量檢查所需的大部分信息，僅需1次讀取，就能完成所有檢查。首先根據(jù)導(dǎo)入的AutoCAD管線(xiàn)圖紙，遍歷圖紙中的各個(gè)對(duì)象，將各對(duì)象的基本信息存儲(chǔ)到實(shí)體屬性信息類(lèi)中。而實(shí)體屬性信息類(lèi)存儲(chǔ)在內(nèi)存里，在進(jìn)行圖形質(zhì)量檢查時(shí)，程序可以直接從內(nèi)存中獲取所需對(duì)象各種屬性信息，省去了2次獲取對(duì)象的過(guò)程。如果一些特殊屬性檢查，實(shí)體屬性信息類(lèi)中并不包含該屬性，一方面可根據(jù)類(lèi)中保存的對(duì)象ObjectID，獲取對(duì)象，讀出相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，另一方面，可將該檢查所需屬性信息設(shè)計(jì)到實(shí)體屬性信息類(lèi)中，作為該類(lèi)的成員，從而加快檢查速度。

1.3 檢查項(xiàng)設(shè)計(jì)

檢查項(xiàng)的讀取可通過(guò)設(shè)計(jì)“檢查項(xiàng)選擇”表(圖2)實(shí)現(xiàn)，表中可設(shè)置組別、組內(nèi)排序、檢查項(xiàng)名稱(chēng)、應(yīng)用圖層、幾何類(lèi)型、參數(shù)和程序類(lèi)名等。檢查程序根據(jù)組別和檢查項(xiàng)名稱(chēng)裝載檢查列表，其中，“參數(shù)”列可根據(jù)設(shè)定的“檢查項(xiàng)名稱(chēng)”設(shè)定適合的檢查參數(shù)，“是否使用”列根據(jù)質(zhì)量檢查參照的規(guī)范要求確定是否啟用當(dāng)前檢查項(xiàng)。

圖2 檢查項(xiàng)選擇表結(jié)構(gòu)

“檢查項(xiàng)選擇”表可以供用戶(hù)根據(jù)不同地區(qū)規(guī)范要求自行設(shè)計(jì)，選擇是否使用已有的檢查項(xiàng)，確定檢查時(shí)的應(yīng)用圖層種類(lèi)及數(shù)據(jù)幾何類(lèi)型等，也可增加新的檢查項(xiàng)，制定與之匹配的檢查參數(shù)。

1.4 應(yīng)用圖層設(shè)計(jì)

應(yīng)用圖層可設(shè)置屬性檢查適用的檢查圖層范圍，即對(duì)何種管線(xiàn)進(jìn)行該項(xiàng)檢查。其中“ALLGX”“ALLSS”是2個(gè)綜合性圖層集合約定，分別表示圖上所有類(lèi)型管線(xiàn)圖層和所有設(shè)施圖層，例如，“ALLGX”適用于對(duì)所有類(lèi)型管線(xiàn)都適用的檢查，如變徑點(diǎn)檢查、重復(fù)實(shí)體檢查和高程異常檢查等。其余的應(yīng)用圖層類(lèi)別按照管線(xiàn)種類(lèi)縮寫(xiě)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如“PS”表示排水圖層，“JS”表示給水圖層等。所有圖層名稱(chēng)(表1)可任意組合在一起，表示對(duì)組合中所有管線(xiàn)種類(lèi)都適用的檢查，如對(duì)硬管空間分析檢查時(shí)，可將“RQ”“RL”“JS”“GY”“XX”類(lèi)型組合起來(lái)檢查。經(jīng)過(guò)組合后，可以有效提取對(duì)應(yīng)管線(xiàn)種類(lèi)的對(duì)象，同時(shí)進(jìn)行特定屬性檢查，做到針對(duì)特定檢查，應(yīng)檢盡檢。

表1 圖層名稱(chēng)縮寫(xiě)與說(shuō)明對(duì)照表

1.5 幾何類(lèi)型設(shè)計(jì)

“幾何類(lèi)型”設(shè)置為POINT、LINE、AREA、井室點(diǎn)、井室線(xiàn)、井室面、管溝邊線(xiàn)、管廊點(diǎn)、管廊面和注記圖層等。根據(jù)應(yīng)用圖層的設(shè)定，對(duì)滿(mǎn)足圖層種類(lèi)的管線(xiàn)對(duì)象進(jìn)行幾何類(lèi)型篩選，如要檢查管線(xiàn)的埋設(shè)類(lèi)型，則應(yīng)用圖層名稱(chēng)可設(shè)置為ALLGX，幾何類(lèi)型設(shè)置為L(zhǎng)INE，即可檢查所有圖層中線(xiàn)形管線(xiàn)對(duì)象的埋設(shè)類(lèi)型字段。

1.6 條件檢查設(shè)計(jì)

條件檢查分為條件必填屬性檢查和條件異常屬性檢查。條件必填屬性檢查對(duì)規(guī)范規(guī)定的必填字段值進(jìn)行是否為空檢查，必填檢查字段不能為空；條件異常屬性檢查按照規(guī)范規(guī)定，檢查字段值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如字段值是否在枚舉值之中、字段是否為數(shù)字、是否為空、是否大于某一特定值等，若字段值不在，則判定待檢查的字段值為異常字段值。

待檢查的字段如果按照“字段名”的格式填寫(xiě)，沒(méi)有說(shuō)明屬性表名稱(chēng)，則默認(rèn)讀取管線(xiàn)對(duì)象主表中的字段名對(duì)應(yīng)的字段值。待檢查字段如果按照“表名.字段名”的格式填寫(xiě)，表示對(duì)管線(xiàn)對(duì)象擴(kuò)展屬性表的檢查(圖3)，其中表名為對(duì)象擴(kuò)展屬性表的名稱(chēng)。 該檢查字段設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了管線(xiàn)實(shí)體任一屬性表屬性字段的檢查以及屬性表之間關(guān)聯(lián)字段的聯(lián)合檢查，增強(qiáng)了檢查的全面性和靈活性。

圖3 條件檢查中檢查擴(kuò)展屬性表中字段值舉例

如南京排水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定所有管線(xiàn)及設(shè)施養(yǎng)護(hù)表的設(shè)施類(lèi)型字段值不應(yīng)為空，應(yīng)填對(duì)應(yīng)枚舉值，則檢查受限字段名1可設(shè)置為ps_managment.feature_type，表示待檢查的擴(kuò)展屬性表名為養(yǎng)護(hù)表(ps_managment)，表中的字段名為設(shè)施類(lèi)型(feature_type)。若管線(xiàn)對(duì)象擴(kuò)展屬性表沒(méi)有養(yǎng)護(hù)表(ps_management)，則程序會(huì)直接在主表中查找設(shè)施類(lèi)型(feature_type)字段。

為適應(yīng)多場(chǎng)合檢查，提供更加靈活多變的字段比較方法，根據(jù)常用檢查方法，設(shè)計(jì)了6種字段比較類(lèi)型，分別為枚舉值集合、值域比較、值域區(qū)間、值域排除、其他字段值比較和正則表達(dá)式匹配，具體標(biāo)識(shí)符和例子如表2所示。

表2 字段比較類(lèi)型及其標(biāo)識(shí)符說(shuō)明

表2中，唯一值、多個(gè)枚舉值或空值用{}表示，如燃?xì)夤芫€(xiàn)壓力值應(yīng)為“低壓,中壓,高壓”中的一種值，則檢查字段名為壓力(yl)，受限值應(yīng)為{低壓,中壓,高壓}；值域比較用常規(guī)的比較符合表示(>、>=、<、<=)，等于符號(hào)可用枚舉值集合替代，不等于符號(hào)可用值域排除Not In {}符號(hào)表示；值域開(kāi)閉區(qū)間可用[]和()表示；與其他字段值關(guān)聯(lián)比較可通過(guò)關(guān)鍵字Field:表示，可讀取對(duì)應(yīng)字段值；字段比較類(lèi)型支持正則表達(dá)式匹配，更加具有兼容性與開(kāi)放性。

首先，設(shè)計(jì)檢查程序1次性讀取“條件屬性檢查”表中所有檢查條件，并按照應(yīng)用圖層和幾何類(lèi)型進(jìn)行分組。在檢查時(shí)，按照組別，過(guò)濾滿(mǎn)足圖層和幾何類(lèi)型要求的管線(xiàn)實(shí)體集合，讀取集合對(duì)象的所有屬性信息。然后，對(duì)管線(xiàn)實(shí)體集合，按照讀取的檢查條件，逐條件項(xiàng)進(jìn)行檢查。如此設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了1次讀取設(shè)定圖層和設(shè)定幾何類(lèi)型的實(shí)體后，將所有條件屬性檢查全部檢查完畢，保證1次性過(guò)濾管線(xiàn)實(shí)體、1次性讀取檢查條件，同類(lèi)管線(xiàn)實(shí)體同時(shí)進(jìn)行檢查，避免了管線(xiàn)實(shí)體的多次讀取，加快了檢查速度，具體流程如圖4所示。

圖4 條件必填與異常屬性檢查流程圖

2 程序?qū)崿F(xiàn)

本程序基于AutoCAD 2013 64位平臺(tái)，使用其提供的.NET API接口，采用C#語(yǔ)言基于.NET FRAMEWORK4.0框架實(shí)現(xiàn)。利用微軟.NET框架的一種自然查詢(xún)的SQL語(yǔ)法——語(yǔ)言集成查詢(xún)LINQ(Language Integrated Query)技術(shù)，使用其AsParallel方法，可實(shí)現(xiàn)并行化查詢(xún)。如當(dāng)進(jìn)行某一條件的檢查時(shí)，對(duì)讀取到的符合檢查條件的多個(gè)實(shí)體的圖形基本信息類(lèi)進(jìn)行并行同時(shí)檢查，避免了因檢查對(duì)象過(guò)多而造成的擁塞和排隊(duì)現(xiàn)象。另外，設(shè)置進(jìn)度條為DOTNETARX類(lèi)庫(kù)的ProgressManager，可以明顯改善進(jìn)度條展示效果，無(wú)絲毫卡頓現(xiàn)象，高效地增加了檢查速度和效率。

根據(jù)《南京市管線(xiàn)探測(cè)技術(shù)規(guī)程》[15-16]設(shè)計(jì)南京市專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)檢查模板，設(shè)計(jì)了空間檢查、邏輯性檢查和屬性檢查3類(lèi)，每種檢查類(lèi)型根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)了不同的檢查項(xiàng)，具體分類(lèi)如表3所示。

表3 檢查項(xiàng)及其測(cè)試所用時(shí)間

3 程序測(cè)試

以南京市某區(qū)一幅管線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)成圖數(shù)據(jù)為例，圖上共有30 168個(gè)實(shí)體對(duì)象，分別使用戴相喜等[6]的方法和本文方法對(duì)該圖中實(shí)體對(duì)象進(jìn)行條件必填屬性檢查和條件異常屬性檢查，檢查情況如表4所示。由對(duì)比結(jié)果可以明顯看出，本程序的并行處理算法可以超快速完成管線(xiàn)數(shù)據(jù)的檢查，執(zhí)行效率成指數(shù)級(jí)提高，但因讀取的所有實(shí)體對(duì)象屬性信息均保存在系統(tǒng)內(nèi)存中，所以運(yùn)行內(nèi)存較戴相喜等[6]的方法多。

再對(duì)該數(shù)據(jù)圖按表3所示三大類(lèi)檢查進(jìn)行檢查，全部檢查共計(jì)耗時(shí)4′55.9″(表4)，檢查表中設(shè)置的條件越多，檢查項(xiàng)越多，執(zhí)行檢查耗時(shí)會(huì)越長(zhǎng)。

表4 條件屬性檢查用時(shí)和內(nèi)存占用比較

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Sqlite輕量化數(shù)據(jù)庫(kù)的可配置的管線(xiàn)檢查程序，展示了一套實(shí)現(xiàn)字段比較的標(biāo)識(shí)符比較方法。同時(shí)，程序基于微軟.NET框架的LINQ并行處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了1次讀取檢查條件和全圖管線(xiàn)實(shí)體的基本信息，同一時(shí)刻多實(shí)體同時(shí)同步檢查，極大降低了管線(xiàn)數(shù)據(jù)檢查的時(shí)間冗余度，提高了管線(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查效率。該檢查程序已成功運(yùn)用于南京專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)項(xiàng)目、南京綜合管線(xiàn)項(xiàng)目、上海綜合管線(xiàn)項(xiàng)目以及江西供水項(xiàng)目中。經(jīng)實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，該方法運(yùn)行時(shí)間短，檢查效果好，模板配置簡(jiǎn)便。因程序需要讀取所有管線(xiàn)對(duì)象的信息存放在內(nèi)存中，因此，當(dāng)檢查包含大批量管線(xiàn)對(duì)象的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)造成內(nèi)存空間不夠用的情況，后期維護(hù)及增強(qiáng)程序時(shí)，可考慮對(duì)管線(xiàn)圖進(jìn)行分塊、分區(qū)域檢查，以降低內(nèi)存，保證質(zhì)量檢查過(guò)程高效進(jìn)行。