海量地下管線多源數據融合探討

劉興才

中煤（西安）地下空間科技發展有限公司 陜西 西安 710100

1 引言

隨著中國經濟這四十年來的快速發展和地面建設技術、工業的不斷地更新發展，城市地面建設充滿活力、風光無限，而地下管網卻愈加的雜亂無章、新老交替的更新速度沒能和地面建設相適應。特別是中大型城市存在管網密集、管線權屬單位眾多、管線資料分散、管網種使用輕維護等問題，給管網統一建設、維護、管理和管線資料融合帶來很大的困難。

2 當前城市地下管線及數據資料現狀

地下管網健康的運行和有效的修復是一項和民生息息相關的工程，另一方面，地下管網健康狀況也影響著道路交通安全和人民群眾的切身利益。這也促進了區城市地下管線的普查測繪和融合建庫工作，但管線權屬單位眾多、資料格式各異和管線建設、測繪年代各異，給管線資料融合和建庫工作帶來了新的問題。

2.1 城市地下管線現狀

當前，地下管網存在諸多問題，使得管網的建設、維護和管理帶來了新的挑戰，其可以歸納為以下幾點：其一，地下管網建設、維護與地面建設的工程規模、建設周期不匹配，部分工程為了縮短工期，在建筑配套的地下管網方面過于粗糙；其二，由于管線的敷設年限的差異，地下管線愈加的密集和錯綜復雜，設施老化，運行不暢，部分管線還面臨著重使用輕維護的現象；其三，管線新建、改建和擴建施工項目增多，但在管線相接處工程施工存在處理簡陋、不規范等問題；其四，管線附屬物設置不合理（如：檢修井、凝水井、調壓箱、消防栓的數量和間距等）；其五，地下管網建設規劃缺乏整體性規劃，城市地下淺層空間資源浪費嚴重，沒有充分地利用這有限的空間資源；此外，地下管線還面臨著老化失修、超負荷運行及設計僵化等問題。

2.2 數據資料

地下管線承擔著物質和能量輸送的重任，是保障城市安全運行的重要基礎設施，被稱為城市的血脈和生命線。而數據融合任務就是要將各個管線權屬單位的管線數據收集起來，統一整理建庫，融合成一套數據，為城市規劃、開挖施工、舊網改造提供數據支撐。但地下管線多源數據融合面臨著諸多困難，一方面，管線數據權屬單位眾多，涉及政府30多個部分，需要多部門的協調配合；其二，各部門手中的資料新老不一、數據格式各異，一些管線管理部門可能還自建了管線管理系統；此外，各權屬單位錄入的管線屬性、填寫字段格式、字段填寫的方式也有差異。正是由于管線融合面臨著許多困難，更顯得該項工作的重要性和緊迫性。

3、數據融合技術思路

數據融合就是把現有的數據資料統一格式、綜合取舍優勢性好的數據，統一填寫管線字段和格式，是數據統一入庫管理的前期基礎工作，可以為城市規劃、建設和管理及地下管網安全運行提供有力支撐。

3.1 數據融合思路

一般而言，數據融合的工作量都比較大，可借助計算機運算高效、快速的特點對數據進行格式轉換和預處理。但融合的重點和難點在于數據優勢性的判斷和綜合取舍，所以，將計算機的計算能力和人的判斷力相結合的結合的數據融合思路是當前最常用的數據融合方式。

3.2 收集數據

管線按類別一般可以分為電力、通信、排水、給水、燃氣、熱力、工業、長輸管線和其它管線，這些線資料在各權屬單位都有保留，信息中心和測繪院等部門。但這些數據格式和數據質量可以都存在差異，這時就需要借助計算機輔助加上人工判別。數據收集流程如圖1所示。

3.3 計算機算法輔助

利用計算機算法可以完成數據融合工作中大量重復的步驟和融合后的檢查內容。算法包含數據處理邏輯設計與系統自主學習設計兩方面。其中數據處理邏輯是一套指標體系算法，通過數據整合具體指標的設定，算法能夠檢查數據質量、劃定數據可信度、推斷數據可利用方式及數據可利用的內容；自主學習則是將機器學習理論引入到地理信息的海量數據處理中，通過識別數據質量規律、數據采納規律、人機交互習慣、人工決策規律，并通過計算機算法的自優化能力，對數據質量、數據采納提出新的可利用方案。數據檢查主要包含三方面的內容：其一，對數據進行檢查，包括對數據的合法性、丟點丟線丟面等數據質量進行檢查并處理；其二，拓撲關系處理，主要是指結合新標準，處理好面與線、點與線的關系；其三，屬性表達方式處理，主要包括排水井實測化處理（探查改實測）、見管實測管點的實測化處理、井室頂底幾何屬性的轉換、添加元數據屬性等。

圖1 數據收集流程

3.4 數據融合

管線數據的融合包括內業整合、外業核實兩階段的工作。其順序一般為：先進行內業整合，再對于存在矛盾（問題）而無法整合的管線進行實地核實

數據融合工作主要指通過內業融合判斷、輔助外業核實（即通過外業調查，結合少量探查等方式）將上地下綜合管線數據和待融合入庫的管線普查數據進行整合、替代、接邊，以期融合數據中優勢性好的數據內容，從而形成較齊全、可靠性較高、唯一性較強的現狀管線數據庫。一般以普查數據為底板，將綜合數據融合到普查數據中，保留綜合管線數據中穿越居民區、廠區等地塊，且與地塊內建（構）筑物無明顯沖突的主管線。內業數據流程如圖2所示。

圖2 內業數據流程

在整合完成后要做好數據的接邊工作，在處理接邊問題時，應綜合利用各種來源的數據，盡量避免將接邊工作處理為數據整合，以降低工作難度。一般而言，對同一管線的多種新測成果進行整合時：重疊管線相互之間平面平均誤差≤30cm，高程平均誤差≤15cm 時，對重復（重疊）部分管線按照整合原則做適當取舍。對于無法取舍的管線應打問題標，進行外業核實，填寫存疑字段。

4 結語

海量地下管線數據在融合過程中會遇到許多無法預期的問題。本文重點討論了數據融合方式和流程，在數據融合過程中利用好計算機算法高效、精確的計算特點，充分利用人機交互的協同能力。嚴格把控數據融合流程、控制好數據質量，才能滿足技術設計要求，為城市地下管線補充測繪及數據建庫做好鋪墊，為城市規劃、建設和管理及地下管網安全運行提供有力支撐。