地下管線數據質檢入庫系統的設計與實現

徐齊行，江毅奮，劉 朝

（1. 上海勘測設計研究院有限公司，上海 200000）

城市地下管線是指城市范圍內的供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、工業等管線及其附屬設施，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”[1-3]。近年來，為加快智慧城市建設，對城市地下空間的基礎設施建設要求也越來越高，各類管線管理系統邁出了數字化建設的堅實一步。地下管線數據作為管線管理系統的血液，數據質量直接影響分析應用的準確度和可靠度[4]。因此，本文對當前城市地下管線普查的成果數據以及地下管線數據質檢要求進行了分析，設計了一套符合探測單位、業主單位進行自動化檢查的流程；結合實際可操作性，制定了符合當前管線普查單位的管線數據質量模型評價體系；并基于空間數據質檢和入庫關鍵技術（ArcGIS Engine），實現了地下排水管線普查數據質檢入庫系統，提升了地下管線普查數據的整體質量。

1 地下排水管線探測成果現狀調研

目前地下排水管線的展現形式主要分為二維、仿三維和三維。三維和仿三維管線數據生產的主流技術均是基于二維地下管線數據實現的[5]，三維和仿三維模型也是基于二維數據生產而來[6]，因此二維管線數據的質量至關重要。針對城市地下排水管線的探測，中華人民共和國住房和城鄉建設部已發布了GB/T 51187-2016《城市排水防澇設施數據采集與維護技術規范》[7]；但全國各省市探測單位已有的探測技術、以往的項目探測要求以及最終的探測成果各有差異，這對建立格式統一、信息完整的地下排水防澇數據庫影響較大。

本文對長江流域的九江、蕪湖、武漢、鄂州、重慶5 個城市的地下排水管線探測成果數據進行調研發現，每個城市的成果數據形式都不同，即使是同一個城市，成果也不一樣，主要是由片區負責的探測單位不同而導致的。5 個城市探測成果的不統一主要表現在3個方面：

1）成果數據庫不統一。其主流格式為Access 的mdb，其次為xls、xlsx格式，還有txt、shp、gdb等格式。

2）成果數據的表結構不統一。表名稱、字段個數、字段名稱、字段類型、字段長度等不統一。

3）業務字段表達不統一。管段材質字段填寫不統一、長度單位不統一等。

因此，亟需建立一個幫助各探測單位將非標準成果轉換為標準成果，并進行準確、快速、高效的探測成果質量檢查的系統。

2 檢查規則研究

本文主要根據《長江大保護城市地下排水管線數據入數據庫要求》（以下簡稱《數據標準》），并參考行業內城市地下管線相關標準規范[7-9]，共設計了18個質檢項。根據質檢項的質檢范圍和特征可分成基礎檢查、業務邏輯檢查和拓撲檢查3大類。

2.1 基礎檢查

基礎檢查包括：①表完整性檢查，根據《數據標準》中的表結構規定，檢查探測成果中相應的表是否存在，表缺失則為錯誤；②字段缺失檢查，根據《數據標準》中的字段規定，檢查探測成果中相應的字段是否存在，字段缺失則為錯誤；③字段非空檢查，根據《數據標準》中的字段規定，檢查探測成果中相應的字段值是否為空，為空則為錯誤；④字段類型檢查，檢查探測成果中相應的字段類型與《數據標準》中是否一致，不一致則為錯誤；⑤字段長度檢查，對于文本類型的字段，檢查探測成果中相應的字段長度是否小于等于《數據標準》中規定的長度，大于則為錯誤；⑥坐標系檢查，檢查坐標系是否為CGCS2000。

2.2 業務邏輯檢查

業務邏輯檢查包括：①屬性值域檢查，檢查探測成果中相應字段的值域范圍是否滿足《數據標準》中的規定，如井蓋尺寸、管道材質、流向、管線等級等字段，不滿足則為錯誤；②管點管線對應關系檢查，管線表中的管點編號需在管點表中找到；③管點管線編號唯一性檢查，檢查探測成果中的管點、管線編號是否唯一，若有重復則為錯誤；④坐標重復檢查，檢查X、Y坐標是否重復，主要檢查錄入錯誤；⑤逆坡管檢查，檢查重力管中流向與坡度不符的管線[1]；⑥雨污混接檢查，檢查雨水點是否與污水管線相連[1]。

2.3 拓撲檢查

拓撲檢查包括：①重合管點檢查，檢查同一坐標是否有兩個管點；②重合管線檢查，檢查管線是否為重合關系；③孤立管點檢查，檢查是否存在沒有管段與管點相連的管點，該管點可能為錯誤；④管段長度為0 檢查，若管段長度為0 則為錯誤；⑤管點下游連接關系檢查，檢查管點是否無下游連接關系，若無則可能為錯誤；⑥行政區劃范圍檢查，檢查管點或管線是否在該城市行政區劃范圍內。

3 空間數據質量模型評價體系

本文在研究國內外有關成果的基礎上，結合地下管線普查的實際情況，根據GB/T 24356-2009《測繪成果質量檢查與驗收》[8]的相關規定，制定了地下管線空間數據質量模型評價體系。通過顯示每批次數據的質檢得分排行榜，在各普查單位中形成一種對比和良性競爭效應，從而更好地刺激各普查單位提高數據普查質量。根據地下排水管線錯誤的嚴重程度，本文將質檢項的錯誤等級分為I 級錯誤、II 級錯誤、III級錯誤和IV級錯誤，具體如表1所示。

表1 錯誤等級劃分表

數據質量模型評價方法為：總分采取百分制，每出現一類錯誤，扣除相應分數。考慮到I 級錯誤比較嚴重，出現I 級錯誤可能導致其他質檢項無法進行，因此設置出現一個I 級錯誤即扣100 分，終止質檢；II 級、III 級、IV 級錯誤總扣分數為100 分，分別為60 分、30 分、10 分；錯誤比重為每種錯誤條數/總數據量×100，II 級、III 級、IV 級的扣分權重分別為6、4、0.2。對于IV級錯誤，經普查單位核實后符合實際情況的，可標記為例外。質檢總得分在90分及以上的數據滿足入庫要求，可進行入庫。在評價體系中，質檢項的錯誤等級、扣分權重均可根據質檢要求靈活調整。

4 系統實現與案例分析

地下排水管線數據質檢入庫系統主要采用B/S 架構，質檢和入庫算法采用ArcGIS Engine進行開發，然后利用Web API 構建HTTP 服務，供系統調用。系統包括數據標準化、數據空間化、數據提交、數據復核、數據入庫5個模塊。

1）數據標準化模塊。將各普查單位的原始MDB數據，經過表和字段映射后，通過標準化檢查轉為符合標準的MDB數據。

2）數據空間化模塊。各普查單位對標準化后的MDB數據進行空間化檢查。管網數據只有通過檢查才能對其進行圖層分層、字段提取等操作，從而轉換為GIS 格式數據，得到一個GDB 文件。未通過檢查的數據需下載錯誤結果，并結合實際情況進行檢查和修改。

3）數據提交模塊。各普查單位上傳GDB 文件進行質檢。通過質檢才能提交數據，未通過質檢的數據需下載錯誤結果，并結合實際情況進行檢查和修改。

4）數據復核模塊。對提交的數據進行數據復核，通過則可進行數據入庫；不通過則需通知普查單位重新進行數據提交。

5）數據入庫模塊。將數據入庫到管網數字資產GIS數據庫中。

地下排水管線數據質檢入庫流程如圖1所示。

圖1 地下排水管線數據質檢入庫流程圖

本文以重慶市地下管線普查數據為例，對系統的質檢準確性和運行效率進行驗證。重慶市測區管點數據包括103 615 條記錄，管線數據包括100 916 條記錄，系統自動檢查耗時24 min25 s，共檢查出I級錯誤425個，II級錯誤5 204個，III級錯誤320個，IV級錯誤450 個。在系統中將錯誤結果導出，并對檢查結果進行核對，證明錯誤確實存在。經過多次系統自動檢查和數據修改，最終質檢得分為92.3分，滿足數據入庫要求，成功入庫。整個過程比傳統管線數據檢查的效率、準確性和實用性更高。

5 結 語

本文基于《數據標準》，深入研究了地下管線的數據邏輯關系，并制定了數據質檢規則；根據GB/T 24356-2009《測繪成果質量檢查與驗收》[8]的相關規定，將質檢項錯誤劃分為4 個等級，并構建了地下管線數據質量模型的評價體系，實現了自動化、規則齊全的地下排水管線普查數據質檢入庫系統。經驗證，該系統大大提高了地下管線數據檢查的效率和準確度，保證了地下管線數據入庫的質量，為將來地下管線數據的應用奠定了良好的基礎。