城市排水管網電視檢測數據建庫技術研究

韓建威

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

1 引 言

城市排水管道是城市建設的重要標志，排水管道系統是否正常對人們的生活有直接影響[1]。市政管道系統如同一個城市的動脈，它的擁堵暢通情況直接影響一個城市的正常運行，其中排水管道的阻塞會造成城市內澇[2]。如何讓城市建設的決策者能夠直觀、準確地了解城市管道的現狀，做出及時、準確的決策成為擺在我們面前的迫切問題，也是智慧城市發展的需要。

中華人民共和國行業標準《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》(CJJ 181-2012，備案號J 1441-2012，以下簡稱規程)，已于2012年7月19日發布，2012年12月1日實施。[3]規程中僅對排水管道檢測的成果進行相關的規定，并未提及城市排水管網電視檢測數據成果建庫的相關內容。2017年下旬，福州市正式開展《四城區排水管網(雨、污水)排查》。該項目要求所有排水管網電視檢測數據成果必須建立成相應的空間數據庫，并且可以實現與排水管線專題數據庫的關聯。

本研究結合實際生產項目，對建設城市排水管網電視檢測數據成果數據庫中關鍵技術進行研究。

2 城市排水管網電視檢測工作簡介

排水管道檢測主要是針對管道內部的檢查，管道的缺陷位置定位描述是檢測工作的成果體現，缺陷的環向位置定位描述是檢測評估工作的重要內容之一，是管道修復和養護設計方案的重要依據[4]。

電視檢測主要適用于管道內水位較低狀態下的檢測，能夠全面檢查排水管道結構性和功能性的狀況[4]。

城市排水管網電視檢測工作的成果包括：檢測信息表(管段缺陷信息表、管段狀況信息表以及管段健康度分段圖片信息表)、檢測視頻以及檢測照片等。

3 排水管網電視檢測數據庫的數據結構設計

3.1 需建庫的數據內容

排水管網電視檢測數據庫的數據內容除了包含上述城市排水管網電視檢測工作的成果之外，還包括排水管線專題數據庫(管線普查的建庫成果數據)。

3.2 建庫成果的要求

排水管網電視檢測數據庫的建庫成果除了滿足《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》(CJJ 181-2012)的要求以外，還需要滿足以下要求：

(1)管段缺陷信息表中的點狀缺陷及線狀缺陷都應該按照其缺陷形式進行空間化，形成MDB格式的Personal Geodatabse數據文件；

(2)管段健康度分段圖片信息表中的對象應該按照點狀形式進行空間化，形成MDB格式的Personal Geodatabse數據文件；

(3)檢測信息表(管段缺陷信息表、管段狀況信息表以及管段健康度分段圖片信息表)中對象都應該與排水管線專題數據庫中的管線對象建立關聯；

(4)檢測視頻以及檢測照片的文件名需要直觀的體現其與排水管線專題數據庫中管線對象的關系，并且不能重復。

3.3 數據結構設計

(1)檢測信息表的最終建庫成果包括4張表格(如圖1所示)，其中管段健康度分段圖片信息表、管段缺陷點信息表、管段缺陷線信息表是經過空間化形成的MDB格式的Personal Geodatabse數據文件中具有可視化對象的3個圖層；管段狀況信息表僅以表格的形式存儲在數據庫中。

圖1 各檢測信息表的數據結構

(2)各檢測信息表的數據結構設計依據是《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》(CJJ 181-2012)，為了建立檢測信息表(管段缺陷信息表、管段狀況信息表以及管段健康度分段圖片信息表)中對象與排水管線專題數據庫中管線對象的關聯，在各檢測信息表中增加“GDHCODE”字段，同時在排水管線專題數據庫中的管線圖層中也增加“GDHCODE”字段，該字段存儲的內容為：“X”+“起點X坐標”+“Y”+“起點Y坐標”+“-”+“X”+“終點X坐標”+“Y”+“終點Y坐標”，僅保留雙引號中的內容且坐標值僅保留小數點后一位，例如：X2879851.4Y428808.1-X2879856.5Y428799.5。

(3)為了實現檢測信息表(管段缺陷信息表以及管段健康度分段圖片信息表)中對象空間化，將管段缺陷信息表拆分成管段缺陷點信息表和管段缺陷線信息表。在管段缺陷點信息表和管段健康度分段圖片信息表中增加了“X”、“Y”兩個字段，用于存儲缺陷點的坐標；在管段缺陷線信息表增加了“X1”、“Y1”、“X2”、“Y2”四個字段，用于存儲缺陷線的起點和終點坐標；在上述3個表中增加“SFZD”、“GXDDH”、“GXDGS”、“DIRECTION”四個字段，用于確定對應的管線專題數據庫中是否有管線點、管線點點號、管線點個數以及檢測方向與流向的關系。

(4)管段健康度分段圖片信息表中對應的檢測照片按照以下規則以文件的形式存儲。

①圖片文件存放路徑

污水路徑：[XMMC][DLMC]ws；雨水路徑：[XMMC][DLMC]ys

說明：[XMMC]：項目名稱；[DLMC]：道路名稱。

②圖片文件名規則

文件名：[QSJH]-[ZZJH]-[距離][拍攝方向].JPG

說明：[QSJH]：管段起點井號；[ZZJH]：管段終點井號；[距離]：圖片位置與起點井之間的距離，精確到分米，如12345表示距離為1234.5米；[拍攝方向]：圖片拍攝方向，A表示上；B表示中；C表示下。

例如：WS1-WS2-01234A.JPG。

(5)管段狀況信息表中對應的檢測視頻按照以下規則以文件的形式存儲。

①視頻文件格式為MP4，編碼格式為H264。

②同一管段健康度視頻如果包含正向(起點到終點方向)和反向(終點到起點方向)，要求正向視頻為一個視頻文件，反向視頻為一個視頻文件。

③視頻文件存放路徑

污水路徑：[XMMC][DLMC]ws；雨水路徑：[XMMC][DLMC]ys

說明：[XMMC]：項目名稱；[DLMC]：道路名稱。

④視頻文件名規則

文件名：[QSJH]-[ZZJH].MP4

說明：[QSJH]：管段起點井號；[ZZJH]：管段終點井號。

例如：WS1-WS2.MP4。

(6)管段缺陷點信息表和管段缺陷線信息表中對應的檢測照片按照以下規則以文件的形式存儲。

①照片文件存放路徑

污水路徑：[XMMC][DLMC]ws；雨水路徑：[XMMC][DLMC]ys

說明：[XMMC]：項目名稱；[DLMC]：道路名稱。

②照片文件名規則

文件名：[QSJH]-[ZZJH]-[距離][序號].JPG

說明：[QSJH]：管段起點井號；[ZZJH]：管段終點井號；[距離]：圖片位置與起點井之間的距離，精確到分米，如12345表示距離為1234.5米；[序號]：圖片序號，000～999。

例如：WS1-WS2-0123401.JPG。

4 排水管網電視檢測數據成果建庫流程

4.1 排水管網電視檢測數據成果建庫流程(見圖2)

圖2排水管網電視檢測數據成果建庫流程

4.2 對排水管網電視檢測數據成果進行數據檢查

4.3 對排水管網電視檢測數據成果對應的管線起點及終點坐標進行匹配

經過4.2檢查的數據都可以在排水管線專題數據庫中找到對應管線的起點坐標、終點坐標以及可能存在的中間點坐標。該步驟由程序自動完成。

4.4 對排水管網電視檢測數據成果中切片點及缺陷點或線的位置進行計算

經過4.3坐標匹配完成的數據，根據“TPWZ”或“WZ”字段所存儲的距離信息結合起終點的坐標，計算出切片點及缺陷點或線的位置。管段健康度分段圖片信息表中的“TPWZ”字段中只存儲一個距離信息，為點對象；管段缺陷信息表中的“WZ”中存儲的內容為一個距離信息(例如“1.00”)時，識別為點對象；管段缺陷信息表中的“WZ”中存儲的內容為距離段信息(例如“1.00-3.50”)時，識別為線對象。點對象只計算一個點坐標，線對象會計算出線的起點、終點以及可能出現的轉折點坐標。

4.5 將排水管網電視檢測數據成果中切片點及缺陷點或線的位置空間化

清華山維EPS平臺相對開放，通過VBScript二次開發可以實現由EXCEL表格創建圖形以及圖形文件到Personal Geodatabase的文件格式轉換，因此本研究優先選定了該平臺進行切片點及缺陷點或線的位置空間化。該過程的最終成果符合ArcGIS 9.3及Oracle 10g的要求。

4.6 檢測視頻以及檢測照片歸檔整理

檢測視頻以及檢測照片依據3.3的要求，進行存儲，形成最終的排水管網電視檢測數據庫。

5 重點研究內容

5.1 排水管網電視檢測數據成果建庫的目的

(1)順應大數據發展應用的趨勢，將零散的數據進行匯總，豐富地方空間數據的內容；

(2)將文本信息轉換成圖形；

(3)配合相應的GIS軟件實現檢測數據的查詢、瀏覽、統計以及分析等功能。

3) 當政策模糊性高、沖突程度低的情況下，選用試驗性實行。 依照Matland的觀點，該模式的支配要素是“情境”，情境是由政策對象中資源和參與者的數量決定的，不同的情境決定了政策的實行效果不同。 這里特別強調了政策實行中的“試驗性”。

5.2 排水管網電視檢測數據與排水管線專題數據庫的關聯技術

要建立排水管網電視檢測數據與排水管線專題數據庫的關聯，就必須在兩套數據之間建立起一種對應關系，即每一條檢測信息都能找到其對應的管線專題數據，每一條管線專題數據都能找到屬于自己的檢測信息。

為了建立上述對應關系，需分別在檢測信息表及排水管線專題數據庫中的管線圖層中增加“GDHCODE”字段，該字段存儲的內容為管線專題數據的空間起點及終點坐標，格式：“X”+“起點X坐標”+“Y”+“起點Y坐標”+“-”+“X”+“終點X坐標”+“Y”+“終點Y坐標”，僅保留雙引號中的內容且坐標值僅保留小數點后一位，例如：X2879851.4Y428808.1-X2879856.5Y428799.5(以下稱為“GDHCODE值”)。其中排水管線專題數據庫中的管線圖層中該字段的值是通過自身空間屬性進行賦值，該值具有唯一性。檢測信息表中該字段的值是通過檢測記錄中存儲的檢測對象起止點號與管線專題數據庫中的管線圖層中對應起止點號的數據進行匹配后獲得。

在大多數情況下排水管線專題數據庫中管線數據都是井到井直接連線的數據，但是現實道路中仍然不可避免地會遇到兩個井的管線存在彎折的情況，導致排水管線專題數據庫中管線數據并不是井連井，而是中間添加了一個或多個管線點，使得數據變成井連點、……、點連井的情況；在排水管網電視檢測時檢測對象的起點及終點通常是井。所以排水管線專題數據庫中管線數據的“GDHCODE”字段只能存儲一個GDHCODE值；排水管網電視檢測數據中的“GDHCODE”字段會出現存儲多個GDHCODE值的情況，這使得排水管網電視檢測數據中的“GDHCODE”字段賦值變得相當復雜，為此編寫了“排水管網電視檢測數據成果建庫”程序。

5.3 非直線排水管網電視檢測數據空間化的關鍵技術

在大多數情況下排水管線專題數據庫中管線數據都是井到井直接連線的數據，但是現實道路中仍然不可避免地會遇到兩個井的管線存在彎折的情況，導致排水管線專題數據庫中兩個井之間的管線數據并不在一條直線上。

圖3非直線排水管網電視檢測圖形展示((a)圖錯誤、(b)圖準確)

如圖3(a)圖所示，如果僅僅依據檢測記錄中存儲檢測對象的起止點號與管線專題數據庫中的管線圖層中對應起止點號的數據進行匹配來獲取起終點的坐標，最終所獲得的圖形與管線的實際軌跡完全脫離，并不是最真實的數據表達，也可以認為是完全錯誤的數據。

如圖3(b)圖所示，所有的檢測結果轉換后得到的圖形都依附于管線本身，即所有缺陷以及分段圖片的位置與管線自身位置一致。只有足夠準確的缺陷以及分段圖片位置才能夠為下一步的修復工作提供可靠的依據。

非直線排水管網電視檢測數據空間化的關鍵技術有以下幾點：

(1)項目范圍內的排水管線專題數據中所有排水設施(包括各種井、水篦等)以及管道轉折點都用于唯一編號(具體編號規則過于復雜，本文不對其進行描述)。

(2)項目范圍內的排水管線專題數據中所有的排水管道數據都具有方向性(排水管道按照實際流向定義數據的方向)。

(3)視頻檢測人員在進行視頻檢測時可以依據實際檢測條件，選擇從上游井向下游井檢測，也可以選擇反向檢測，并做相應記錄。

(4)視頻檢測信息表中不僅要記錄被檢測管段起止井的編號，還要記錄中間可能遇到的轉折點的編號。在遇到多個轉折點時，要按照視頻檢測的方向依次記錄轉折點的編號。

(5)在排水管線專題數據以及視頻檢測相關信息表達到上述技術要求的前提下，通過一定的算法用編程的方式來實現排水管網電視檢測數據空間化的自動處理。編程的主要思路是：對于點信息，可以根據其位置描述采用尋跡算法算出點的空間坐標；對于線信息，除了根據其位置描述采用尋跡算法算出線的起止點空間坐標，還要在尋跡過程中記錄起止點之間轉折點的空間坐標，合并成完整線的空間坐標。

5.4 開發排水管網電視檢測數據成果建庫程序開發

為了完成排水管網電視檢測數據成果建庫，共編寫了兩個程序：

一是，基于VB6.0開發的排水管網電視檢測數據成果建庫程序，如圖4所示，實現了數據檢查、坐標匹配以及計算坐標的自動化，最大化地降低了人工成本并且保證了建庫成果質量的統一性。

圖4 排水管網電視檢測數據成果建庫程序

二是，基于清華山維EPS平臺，EPS平臺提供了模板定制、工作臺面定制及腳本二次開發的接口，適應測繪信息化的要求，并且在管線數據處理方面非常成熟[5]。通過vbscript二次開發實現了Excel格式帶坐標的數據表格到圖屬合一的圖形文件的轉換功能以及最終輸出符合ArcGIS 9.3及Oracle 10g標準的數據的功能。

6 結 語

截至目前，《四城區排水管網(雨、污水)排查》項目進展已經過半，本研究的技術成果已經得到了充分的實踐驗證，該項目的部分階段性數據成果已經配合相關信息系統完成了所有功能的測試，滿足該項目的設計要求。