地下管線普查數據入庫質量檢查方法研究

伍超云，丁孝兵

(佛山市測繪地理信息研究院，廣東 佛山 528000)

1 引 言

地下管線普查作為城市規劃、建設及管理的一項基礎保障工作，成果資料應適應現代化城市建設發展的需要[1]。管線數據成果作為地下管線空間、屬性的綜合數字化表達，其質量檢核是管線普查工作的重點[2]。實際普查過程中，儀器探測誤差、數據錄入錯誤均會造成普查數據與現實不符，地下管線普查范圍廣、時間長的特點也會導致不同區域的數據間組織方式差異大，普查數據庫無法滿足后續信息化管理要求。針對這一現狀，本文基于.NET和CAD平臺進行開發編寫了管線數據檢查軟件，并形成一套普查數據綜合質量檢查方法，有效提高了普查管線數據庫內業檢查的工作效率，并以佛山市(市政道路)的地下管線普查數據庫為研究對象，介紹該方法的具體應用。

2 地下管線普查數據特點

普查數據包括地下管線數據庫數據(Access數據庫*.mdb)以及對應的1∶500比例尺的管線圖(AutoCAD格式*.dwg)，其中管線數據庫中數據表分為9大類，35個小類，每小類按管線點屬性和管線線段屬性表分開存儲，管線數據成果如圖1所示，成果三個顯著數據特點如下：

(1)地下管線種類復雜、數據量大、錯誤隱蔽性強。佛山市管線普查中管線點屬性項29項、管線屬性項至多41項，不同類型管線屬性填寫要求不同，極易造成填寫錯誤。同時平面檢查難以察覺管線的空間關系，檢查難度大。

(2)項目探測單位涉及廣，數據規范性無法保證。各普查單位對管線普查規范和質量管理手段稍有不同，導致成果質量存在細微差別。

(3)佛山市管線數據普查是各區分期開展，接邊區域易存在數據重復等錯誤。

3 普查數據綜合質量檢查方法

普查數據綜合質量檢查模式包括計算機自動數據檢查、三維碰撞檢測、跨區管線接邊以及管線外業核查，如圖2所示。

圖2 地下管線普查數據檢查流程

3.1 計算機自動數據檢查

計算機自動數據檢查是在深入挖掘各類管線數據的特性后，進一步提取知識規則及檢查規則，高效地檢查數據錯誤。本文在對不同時期普查數據進行標準化的前提下，針對佛山市管線數據庫的特點及錄入存在的問題，對地下管線常見4大類、58小項[3～5]問題開展檢查，我們編寫了佛山市地下管線數據預處理系統管線數據檢查程序，采用人機交互的方法修改錯誤，主要內容如下：

(1)數據結構檢查包括：①各管線數據表命名是否正確；②數據表字段命名是否完整；③數據表字段數據類型是否滿足規范；④數據坐標系是否正確。

(2)屬性檢查是自動核查屬性本身特性的正確性，主要包括：①查看管線必填屬性(如物探點號、管點坐標、圖幅號、要素編碼等)是否齊全；②物探點號等屬性是否唯一或存在錯誤；③核查管線材質、埋設方式、電力管線電壓值、特征值、附屬物等字段填寫方式是否準確、規范。④坐標是否在屬性范圍內。

(3)拓撲檢查是檢查點、線表之間空間拓撲關系，主要檢查項包括：①點表或線表中是否存在重復坐標值；②不同作業片區接邊管線幾何位置、要素屬性是否一致；③管線是否存在空間碰撞[6，7]。

(4)邏輯檢查包括：①管線超長檢查，管線長度控制在 75 m內(頂管除外)；②管點和管線一對多連接數是否正確；③一致性檢查，隱蔽點兩端埋深是否一致，轉折點、直線點兩端管徑是否一致，地面標高是否為管頂標高與埋深值之和(排水除外)；④電力和通訊類管線存在電纜條數是否小于等于孔數；⑤排水流向是否矛盾；⑥管線連接與前進方向夾角是否大于65°[8]。

同時，考慮到檢修井井底深度、地面高程、管線埋深異常等問題均無法通過計算機自動數據檢查全面找出，借助睿城三維平臺，將數據表轉換成SHP圖層建立要素集，利用ArcSDE作為Oracle數據庫的“空間擴展”，直接在三維場景下巡圖找到管線錯誤。

3.2 三維碰撞檢測

三維碰撞檢測算法是基于三維實體的布爾運算，利用ObjectARX在CAD平臺上建立Solid3D三維模型，從而查找出管線間存在碰撞。與上述空間碰撞分析相比，此算法更全面發現“海量”管線數據間的不合理，提高數據檢查的可靠性，步驟包括[9]：

(1)計算管線中軸線。根據管線的平面位置、管頂高程、管徑、埋設方式等屬性計算管線中軸線位置。

(2)建立三維模型。根據中軸線位置以及管線的管徑、埋設方式建立圓柱體或長方體立體三維模型，三維管線圖如圖3所示。

(3)檢測碰撞。利用“體與體”的布爾運算直接從圖塊間的空間關系判斷管線間是否碰撞，如圖4所示。

由于管線邏輯性復雜，管線數據檢查軟件及三維碰撞查出的錯誤數據的處理方式無法一概而論，因而本次檢查軟件主要是查找錯誤，不對數據進行修改，下步將結合數據標準和管線外業實際情況進行修改。

圖3 三維管線圖

圖4 三維管線碰撞點

3.3 跨區管線接邊

接邊處理主要是針對跨區管線，消除數據矛盾，實現不同測區間數據的準確連接，以建立一個完整的佛山市地下管線數據庫，具體流程如圖5所示。當接邊處兩側管線材質、規格、埋設類型等屬性一致，且平面位置較差不超過 40 cm，埋深較差在允許誤差范圍內時，取兩側管線平面位置及埋深的平均值，進行內業接邊處理；當不滿足上述條件時，則通過外業核查開展跨區接邊處理。

圖5 地下管線普查數據接邊流程圖

針對內業發現的接邊位置，查找多方資料并現場勘測情況，對于存在接邊的位置，檢查現場是否有檢修井、管徑、管線走向、標志樁、埋深等屬性，保證跨區管線合理接邊，接邊發現的主要問題包括：①相鄰兩區地下管線普查庫中存在重復管線數據；②相鄰兩區接邊區域管線種類不一致；③接邊區域地下管線連接和走向存在疑問；④相鄰兩區接邊區域管線標高或埋深相差過大等。

3.4 管線外業抽檢

管線外業抽檢是通過抽取普查范圍內部分區域，對比實際測量數據與原始普查數據的不同，對整個管線數據庫質量進行評估。主要是根據不同的管線類型和物理條件，利用包括地下管線開井調查、地下管線儀器探測等多種物探手段實地調查其管線種類、連接關系、埋深、管徑、材質、規格、載體特征、電纜條數、管塊孔數、權屬單位等屬性信息。

4 應用情況

佛山市地下管線普查采用“市級統籌、各區實施”的模式，涉及5.1萬公里的管線數據，其中涵蓋 1∶500標準管線圖幅近 27 000幅。由于作業單位多，片區間管線數據庫編碼不規范，采用常規的數據檢查方法無法滿足數據精度要求，因此采用本文普查數據綜合質量檢查方法。

應管線信息化管理軟件系統數據格式及《佛山市地下管線計算機成果數據標準》2015版要求，對各區提交的管線普查成果數據進行數據標準化、數據計算機檢查及三維目視巡圖、三維碰撞檢測后，運行程序如圖6所示，統計出佛山市管線的檢查結果，如表1所示。

圖6 管線數據檢查軟件運行界面

佛山市地下管線普查數據管線檢查錯誤統計表 表1

結合問題點分布位置及佛山市地下管線分布密度，外業核查全市約 3 300 km2范圍的管線數據，確認抽檢區域數據均超出了限值，與管線數據檢查軟件檢查結果完全一致，具體抽檢區域如圖7所示，其中綠色點號是佛山地下管線普查數據檢查問題點，紅色區域均為抽檢區域。最終，對比外業核查數據與管線數據庫的差異，修改錯誤數據。

經本單位質檢員對項目內外業成果均進行檢查，認為成果均滿足設計要求，證明普查數據綜合質量檢查方法具有檢查流程合理、內容全面、結果準確可靠、作業效率高等優點，滿足實際應用中作業單位數據檢查要求。佛山市地下管線普查數據質量良好，成果可應用于后期城市建設發展。

圖7 佛山管線外業抽檢區域分布圖

5 結 論

綜上所述，本文提出了一套普查數據綜合質量檢查方法，通過對計算機自動數據檢查、三維碰撞檢測，輔以外檢手段，有效控制地下管線普查成果質量。并結合佛山市地下管線普查數據驗證了此方法核查的可靠性，大大提高了地下管線數據檢查效率，保證數據的整體質量，為其他城市普查數據整合入庫提供借鑒。