基于FME 的地下市政基礎設施普查單元面構建方法

劉 烜，杜浩強，歐念坤*

（1.浙江省測繪科學技術研究院，浙江 杭州 310023；2.浙江省國土勘測設計有限公司，浙江 杭州 310030）

地下市政基礎設施普查以地下交通、管線和地下空間工程為主要對象，根據城市規模選擇合適的普查區域，再以各級城市道路合理劃分區域范圍即為普查單元[1]。城市道路信息變化周期短、時效性強，采用何種方式高效合理地劃分普查單元，是后續普查工作開展和成果管理應用的前提，也是研究人員急需解決的關鍵問題。浙江省以建設部《城市市政基礎設施普查和綜合管理信息平臺建設工作指導手冊》為基礎，編制了地下市政基礎設施普查技術規范，對普查單元的編號方式進行了統一[2]，并從類型上劃分為道路普查單元、街區普查單元和普查區外針對長輸管線的其他普查單元。普查單元面的劃分需考慮多種因素，道路是關鍵因素之一，因此道路網數據資料至關重要。傳統人工構建處理方式是通過人工閉合道路邊線分段構建普查單元面，工作量大且效率低，后續單元面的調整也費時費力，很難滿足大批量道路自動化快速更新的需求。本文結合舟山市域約1 000 km道路范圍普查單元面劃分生產需求，以FME為基礎平臺，利用基礎地理信息空間數據庫的道路中線數據和災害普查數據，結合1∶1 000DLG道路邊線以及歷史管線數據進行分區自動構面，并闡述了快速構建道路普查單元面的流程[3]。

1 普查單元劃分要求

1.1 普查單元劃分的必要性

1）開展城市地下市政基礎設施普查工作的技術要求。建設部《指導手冊》有關普查實施步驟的章節中明確要求在普查工作開展前，通過調繪、查閱道路權屬單位和檔案部門資料，以道路網建立立體的地下空間模型，并要求標有全部普查單元編號的普查區域圖是展開普查工作的依據性技術文件。一個普查單元面對象包括道路管理信息，路幅形式、寬度、車道數等道路信息，路面病害、周邊環境等隱患信息以及范圍內所有地下市政設施空間信息[4]。

2）編制普查基本信息報告的信息需求。普查通過資料調繪、現場踏勘、探測實施等環節逐步完成普查單元內所有類別地下市政基礎設施的信息采集，為各普查單元內全部地下市政基礎設施信息表建立空間鏈接關系，并根據各普查單元的具體情況補充必要的圖紙作為輔助材料。各類設施與道路屬性信息、隱患信息、空間信息和輔助材料共同組成該普查單元的基本信息報告。其目的是將數據接入綜合管理信息平臺，為平臺的共享應用、信息管理提供數據支持。

1.2 普查單元的劃分要求

普查單元劃分主要從可操作性出發，《指導手冊》未做全國性統一要求，可根據普查區域的面積、道路密度、復雜程度等確定，城市建設重點區域以及地下市政設施容量大、類型復雜區域的普查單元道路長度可相應短一些。

1）沿道路分布。明確以道路、街區為單元進行劃分的基本原則，根據道路長度和內含地下市政基礎設施容量相對均勻地劃分道路普查單元，并由道路普查單元合圍區域形成街區普查單元，確保不漏不重、全面覆蓋。

2）可操作性強。地下市政基礎設施普查區域集中在城市建成區，道路分布集中，由表1 可知，建成區道路分布集中，特別是老城區范圍內道路密集、道路數量龐大，人工劃分工作量巨大[5]。

表1 普查區域內道路網里程統計表

3）與內部設施緊密聯系。普查單元內分布的各類設施是地下市政空間的重要元素，與普查單元面在空間上是包含關系；其要素編碼與普查單元編號綁定，全省范圍內唯一；基于普查單元基本信息開展地災、結構缺陷等隱患排查，完成安全隱患排查報告，也是城市安全監測預警平臺的基本需要。

4）構建快速準確。目前城市建設快速發展，中國城市規劃設計研究院持續跟蹤監測了全國36 個主要城市道路網密度發展情況，對中心城區建成區平均道路網密度進行了統計[6]，截至2020 年第4 季度，全國36個主要城市道路網總體平均密度為6.2 km/km2。因此，根據密集城市道路的特點，劃分普查單元網，宜避免人工勾勒、采用軟件工具批處理生產的方式。

2 普查單元面構建方法

2.1 FME概述

FME 是一個支持多元數據提取、轉換、加載、處理的空間數據轉換處理工具，是完整的空間ETL解決方案，用戶也可根據自身需求建立具有不同功能的數據處理、轉換模型，從而大大提高數據處理效率[7]。FME 基于OpenGIS 組織提出的數據轉換理念“語義轉換”，提供在轉換過程中重構數據的功能，為快速、高質量、多需求的數據轉換應用提供了手段[8]。

2.2 普查單元和圖幅的異同

1）信息表達不同。地形圖圖幅信息除圖廓和少量管理信息外，不含地表地物屬性信息，普查單元不僅是個面，而且承載著道路面的附屬信息（表2）。

表2 道路普查單元調查信息分類表

2）劃分方式不同。地形圖分幅是指按一定方式將一定區域的地圖劃分為尺寸相同的若干單幅地圖；而普查單元劃分主要以道路為單元，便于根據市政設施管理部門、道路權屬單位、路幅形式變化等建立單元內設施相對獨立的空間對象，單元面積不一，形狀具有不規則性[9]。

3）編號方式不同。國家基本比例尺地形圖分幅和編號是由比例尺代碼、圖幅行列號，共10位代碼組成；地下市政基礎設施普查單元編號采用3 層11位層次碼結構（圖1）[10]。

圖1 地下市政基礎設施普查單元編號結構

4）與范圍內要素對象間的關系不同。地形圖分幅圖在圖廓線處將地物對象切割成標準規格的小圖形文件，存在同一面狀要素在不同圖幅的情形；而普查單元劃分時需確保同一地下空間設施落在同一普查單元內，避免了面狀設施跨單元[11]。

2.3 普查單元構建流程

根據已有道路網DLG道路交通數據，普查單元面構建過程為：①對源數據進行預處理；②提取道路交叉口信息點，構建“道路普查單元”和“道路交叉口普查單元”框架，并結合DLG數據對道路邊線節點點集構建Delaunay三角網，進一步調整單元面；③根據構建的主干網范圍面，疊加融合形成新單元面；④對道路交叉口和路幅變化處進行單元面切割，形成路口區間以及路段區間組成的道路普查單元面；⑤提取街區普查單元面。

1）數據預處理。通過資料收集，以1∶500、1∶2 000基礎地理信息數據庫為基礎源數據，對交通相關圖層進行分析預處理，包括冗余篩除、干擾數據清除、數據分類、斷線連接等內容，其中冗余篩除是指篩除道路網數據中無需構建道路單元面的線類數據，主要包括一般鐵路、城市輕軌、電車軌道、小區內部道路、天橋階梯、地道地表出入口和其他交通附屬設施線類；干擾數據清除是指設置查詢條件清除獨立于整個交通路網外、道路寬度小于4 m 且細碎不完整的無名交通線，這些交通線在數據構建時不能構成有效普查單元面；數據分類是指根據道路等級編碼和類型對交通線數據進行分類，篩選出城市道路（城區主次干道和街巷），包括高架、立交橋等，過濾小區內部道路和建設中道路，采用Tester 工具去除碎線、極短線；斷線連接是為了確保整個道路網連續相接，提高后期構面處理的質量，對相鄰斷線進行連接處理，借助FME的LineCombiner、Snapper轉換器，通過設置從小到大的連接參數值進行循環連接斷點，形成連續完整的道路網。預處理前后的城區道路邊線對比見圖2。

圖2 預處理前后的城區道路邊線圖

2）構建道路單元面。以道路交叉口點為基點，根據交叉口形式和方向，生成交叉口面；以道路中心線為基線，道路寬度為屬性生成緩沖參數，形成初步道路緩沖區網。對已有管線進行緩沖，并與初步道路緩沖區網進行疊加，修正擴展普查單元面，使普查單元覆蓋管線設施。基于FME 的Dissolves 轉換器，通過設定參數，刪除相鄰接多邊形的公共邊界，將具有相鄰邊界的對象相互融合合并，形成一張整體的普查區道路面網（圖3）。

圖3 普查單元道路面網

3）交叉路口切割。利用線疊加轉換器在道路相交處創建交叉節點對象，并使該節點對象包含道路寬度（FWidth）等屬性信息。需要注意的是，對于兩條道路寬度相差較大的丁字路口、道路長度過長等情況，需靈活設置FWidth 屬性值。道路線交叉口范圍面，以交叉口點為數據源，采用交叉道路寬度信息Buffer 轉換器緩沖生成不同寬度的道路交叉口切割面，并切割道路普查面網形成由道路交叉口面和道路區間段面組成的道路普查單元網（圖4），區塊1表示道路交叉口普查單元，區塊2表示道路段普查單元，區塊3表示街區普查單元。在道路邊線上，不同道路連接處以及道路與其他地物要素銜接處不可避免地存在凸起的銳角毛刺現象，這種現象會干擾道路面構建效果，因此本文利用FME 的SpikeRemover轉換器，通過角度設定參數消除道路邊線中的毛刺、修復平滑道路邊線。

圖4 普查單元面示意圖

4）構建街區單元面。街區普查單元面的定義為普查區范圍內由道路普查單元合圍形成的面。從空間上街區普查單元面與道路普查單元面無縫鄰接，街區普查單元面內只包括地下空間工程，不含管線。利用面疊加轉換器，通過輸入道路普查單元面和普查區域面，分析計算得到不相交的多邊形區域并輸出，從而創建街區普查單元面。

3 構建結果與性能分析

1）準確性分析。普查單元構建準確性包括3個方面：①單元面之間的拓撲關系，在構建道路交叉口面單元、道路單元、街區單元等工序通過融合、切割等空間分析算法，避免了面與面之間產生間隙的可能性，評測結果顯示，實驗區110 km2范圍內普查單元劃分達到了無縫拼接全覆蓋的要求；②通常市政道路地下管線分布于道路普查單元，地下人行通道分布于道路交叉口普查單元，人防工程和地下停車場分布于街區普查單元，但實地可能發生管線、人行通道等超出道路單元面的情況，該情況可通過調整道路緩沖寬度，修改道路寬度，與地下主干管線、人行通道等設施進行范圍疊加融合，調整擴展單元面等方式解決；③道路單元面范圍相對均勻，要求道路普查單元長度不得過長，本文首先在道路交叉口自然分割，再限定最大閾值，通過超長道路臨界點打斷的方式，避免后期構建單元面過長，從而確保單元面構建相對均勻。

2）構建性能分析。結合舟山市本島全域1 000 km道路普查單元劃分情況，在不考慮前期數據預處理工作的情況下，采用本文方法耗時僅幾分鐘，相對人工劃分巨大的工作量，效率得到很大提高。其優勢主要體現在：①隨著普查工作的進行，普查單元內新增的地下市政設施要素將影響普查單元的準確性，這時采用自動劃分方法，調整相關參數，即可隨時重新劃分；②不會出現單元面之間的拓撲錯誤；③操作方法簡單，輸入輸出對象調整方便，參數配置靈活。

4 結語

相較于手工繪制構建普查單元，本文提出基于FME的普查單元面快速構建方法，完成了縣區級普查單元面的快速構建。在道路寬度取值準確、大小路交叉口參數設置合理的情況下，構建效率具有較大提升，道路單元、街區單元無縫鄰接，構建的道路單元面較理想。由于道路拓撲結構和實地情況的復雜性（如主干道、支路相交的丁字路口），為保持連續性，有時需保持主路不切斷，則不可避免地需要進行人工修整；部分管線敷設在道路周邊綠化帶中，已超出道路紅線，管線分布在道路普查單元外，類似情況需調整道路普查單元；部分支線需通過算法迭代剔除自由端（末端）支管線，保留主干管線，經緩沖疊加融合處理，確保管線在空間上包含在道路普查單元內。