基于DMGIS的地下管線探測系統設計與實現

摘" 要：通過對傳統管線探測作業模式與內外業數據處理流程的分析，給出地下管線探測內外業一體化軟件系統的設計方案。軟件包括基于分布式移動地理信息服務技術的移動端外業數據采集系統和基于AutoCAD平臺的內業數據處理系統。通過優化作業流程，實現管線探測外業與內業數據處理的一體化。應用在電力行業線纜工程勘察領域的實例表明，軟件可以提高管線探測效率，提升管線成果質量，降低工作復雜度，為管線工程設計、施工提供良好的技術支持。

關鍵詞：管線探測；內外業一體化；分布式移動地理信息服務；作業流程；設計

中圖分類號：TU990.3" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）32-0111-05

Abstract： Based on the analysis of the traditional pipeline detection operation mode and the internal and external data processing process， the design plan of the integrated internal and external software system for underground pipeline detection is given. The software includes a mobile field data collection system based on distributed mobile geographical information service technology and an indoor data processing system based on AutoCAD platform. By optimizing the operating process， the integration of pipeline detection field and field data processing is realized. Examples applied in the field of cable engineering survey in the power industry show that the software can improve pipeline detection efficiency， improve the quality of pipeline results， reduce work complexity， and provide good technical support for pipeline engineering design and construction.

Keywords： pipeline detection; integration of internal and external industries; distributed mobile geographic information services; job flow; design

城市地下管線設施由供水、排水、供熱、燃氣、電力、通信、工業管線以及綜合管廊等構成，它們以不可見的方式埋設在地下，成為城市生態系統不可或缺的部分。近年來，我國城市化進程趨于穩定，作為基礎設施的地下管網建設和維護相對滯后，管線存檔資料陳舊、管理機制不完善等因素給管線新建、改造以及維修等帶來很大障礙，施工開挖造成管線破損等安全事故屢有發生，這就要求前期的管線探測工作務必做足做細，既要保證探查成果的全面性，又要兼顧探查成果的精度，使得后期的工程施工順利進行。傳統管線探測工作是使用物探和測量儀器、工具，加上工作人員的經驗，將探測區域各類管線的空間位置、連接關系以及各類屬性探查清楚，以文字、表格、草圖等形式記錄下來，利用成圖軟件編繪成管線圖，為工程設計、施工提供可靠依據。但是傳統管線探測外業數據采集工作存在效率低、容錯率低等問題，主要體現如下。①人工探查工作量大：傳統管線探測外業數據采集需要依靠手工記錄，包括管線的平面位置、埋深、材質等信息，工作量大；②數據質量難以保證：人工探查易受操作技術水平、測量工具的精度等影響，導致采集的數據質量無法保證；③數據整理和維護困難：傳統的管線屬性數據采用紙質記錄或手工整理，容易出現數據丟失、錯位、難以檢索等問題，給后期的數據入庫和維護造成影響；④內業工作和外業工作不連貫，數據傳遞不及時，發現問題很難及時核實并解決[1]。

內外業一體化利用數字測繪技術和常規物探方法獲取地下管線空間和屬性信息，將野外實地探查和室內分析處理相結合，使得地下管線數據從采集到處理，從分析到成果輸出標準化和流程化。其目的是建立合理的作業流程，做好內外業工作的銜接，減少銜接中的重復和低效環節，使內外業數據屬性統一，管線數據在不同的應用軟件平臺交互良好[2]。分布式移動地理信息服務（Distributed Mobile Geographic Information Service，DMGIS）將計算機、測繪和移動通信技術等有機融合，運用在管線數據采集和數據傳輸，實現分布式管線數據的共享[3]，使得智能手機、平板電腦等移動設備能快速完成外業數據采集，在移動GIS的跨平臺內核、同步定位技術支撐下[4]，借助基于AutoCAD平臺的內業數據處理系統，實現管線數據的編輯、處理與入庫，最終完成管線圖的編繪和管線成果表的輸出。

1" 系統架構

1.1" 系統組成

地下管線探測系統基于DMGIS技術，主要由以下4部分組成。①外業數據采集系統：基于DMGIS技術開發，實時獲取地下管線空間位置，并記錄管線的埋深、材質、管徑等屬性信息[5]，系統具備實時數據傳輸功能，可將管線數據同步至后臺數據庫；②內業數據處理系統：基于AutoCAD平臺開發，對外業采集的管線數據進行處理和編輯，同時完成數據拓撲完整性檢查和一致性檢查等，保證數據的可靠性，系統支持多種數據格式的導入和導出，方便與其他GIS軟件進行數據交互；③空間數據庫：采用具備空間數據管理功能的Access關系型數據庫，完成數據存儲、備份和恢復，并對用戶權限進行管理，保證數據的穩定性和安全性；④通信與傳輸系統：在多源異構網絡環境下，完成分布式管線數據的傳輸和共享。外業設備與內業處理軟件間的數據傳輸采用無線通信技術，保證數據的實時性。

1.2" DMGIS技術

DMGIS作為一種較新的空間信息服務和應用模式，將GIS技術、互聯網技術以及無線通信技術有機融合，使用戶快速獲取由不同GIS服務商提供的地理信息，滿足移動用戶對實時數據的需求。DMGIS包括以下平臺。①移動運營商平臺：由移動網絡供應商提供數據通信服務，保證移動端設備與服務器之間的實時數據通信；②定位平臺：采用連續運行參考站系統（Continuously Operating Reference System， CORS）向移動端數據采集設備提供實時的定位和導航數據；③應用服務提供商平臺：針對地下管線探測提供的GIS應用系統——地下管線探測系統；④公眾地理信息服務平臺：由政府或大型GIS服務企業向全社會提供基礎地圖數據服務，同時對基礎地圖數據進行維護、更新和發布，這是DMGIS的核心部分。由于基礎地理信息屬于海量數據，數據來源各異，數據類型有柵格、矢量以及矢柵一體化等，數據精度也不盡相同，公眾GIS服務平臺的基礎地理數據庫采取區域分布式架構或云服務架構，數據庫服務器分布在不同地理區域，以保障網絡負載均衡和較高的數據安全性，天地圖、高德地圖及百度地圖是目前國內成熟的GIS服務平臺。DMGIS架構如圖1所示。

1.3" 作業流程

地下管線探測系統采用內外業一體化作業流程，主要包括外業流程和內業流程2部分[6]，如圖2所示。

2" 系統設計與實現

2.1" 外業數據采集系統

外業數據采集系統由管線探查、測量管線點坐標2部分功能構成。管線探查是在收資和現場勘察基礎上，使用人工探查和儀器探查相結合的方法，進行地下管線平面位置、埋深及走向的探查，系統實時調入探測區域的電子地圖作為工作底圖，方便作業員現場繪制管線草圖；系統如實記錄管點和管線的屬性信息，如管徑、材質、埋設方式等。作業員需在現場設置明顯管線點標志，對于隱蔽管線點則在地面上設置投影中心標志，作為下一工序測量管線點坐標的依據[7]。

2.2" 管線內業數據處理系統

管線內業數據處理系統主要完成管線空間數據和屬性數據的導入、檢查、分析以及生成管線圖和各類管線成果。①數據編輯：將管線屬性數據及位置數據導入內業數據處理系統的管線數據庫，建立管線連接關系，完成屬性數據添加；②數據查錯：對入庫管線數據查錯，包括點線唯一性檢查、管線長度檢查、偏心點檢查、埋設方式檢查、變徑檢查、隱蔽點檢查和空管檢查等；③管線分析：完成管線數據統計和各類專項統計、管線扯旗標注、信息更新等；④管線成圖：地下管線探測成果主要是生成和編繪各種管線圖，利用管線成圖功能進行自動成圖處理。

2.3" 系統實現與案例

地下管線探測系統是為電力行業線纜工程前期的工程勘察定制的軟件系統，專門針對電力行業管線探測設計，要求界面友好，操作方便，管線數據庫設計符合電力行業管線探測相關技術要求，數據交互方便快捷。以濟南市南郊線纜工程為例，工程覆蓋市中區主要干道總長度約50 km，將原有110 kV架空線纜進行地埋改造，需要對施工區進行地下管線探查。工區位于城市主干道沿線，屬于地下管線密集分布區域，原有地下管線設施分布情況復雜。由于前期資料收集不完備，原有管線調繪資料不全，給線纜工程的設計和施工造成困難。這樣的工況條件下，不宜采取傳統人工探查、手工記錄管線屬性信息的外業手段。作業人員使用移動端APP快速完成施工區地下管線外業數據采集，繪制現場管線草圖，并采集管線屬性信息和管線點坐標，對照APP草圖和現場管線進行查漏，將管線點表和線表實時回傳到后臺數據庫，經過內業系統數據處理，形成施工區地下管線圖，為后期施工開挖提供符合規范要求的管線分布數據，保證施工安全和施工質量。施工區概況如圖3所示。

軟件包括移動端外業數據采集系統和PC端管線內業數據處理系統2部分。

移動端外業數據采集系統。移動端外業數據采集系統利用DMGIS技術支持的基于位置的服務（Location Based Services， LBS）[8]，集成了天地圖、高德地圖、百度地圖等的主流公眾GIS服務，將管線屬性數據的采集、草圖繪制、數據查錯等功能放在外業工作中完成，移動端直接維護和更新管線數據庫，然后利用移動網絡，實時將點表和線表回傳至后臺數據庫，方便內業系統進行數據處理，實現外業與內業的數據交互。移動端APP的系統界面、草圖繪制、管點屬性采集和管線屬性采集等功能實現如圖4所示。

PC端管線內業數據處理系統。管線內業數據處理系統基于AutoCAD平臺開發，具備管線外業數據導入、查錯、編輯和分析統計等功能，管線數據分層布局，單一管線和綜合管線空間分布顯性管理，方便管線圖的編繪和管線成果輸出，軟件界面如圖5所示。

應用效果分析。對比內外業一體化數據處理和傳統數據處理，外業數據采集過程中引入移動端APP進行草圖繪制和管線屬性數據的記錄，草圖背景為具有地理坐標的工作底圖，方便作業員在APP中對管線位置和連接關系進行檢查。由于作業員對探查現場的工況以及管線分布情況很熟悉，發現管線探查有錯漏，及時在APP中修改管線連接關系和屬性信息，較之于手工繪制草圖和紙質表格記錄屬性數據，作業效率和數據準確性大幅提高；同時，APP生成的管線表（點表和線表）與內業數據處理系統數據結構一致，通過移動網絡即可回傳后臺數據庫，有效減少中間環節；內業方面，傳統手段為參照紙質草圖和屬性記錄表，作業員在內業軟件中重新繪制管線，再逐一錄入屬性數據，效率很低。而利用一體化內業處理系統的自動成圖功能，可快速生成管線圖，工作效率提升明顯。

電力行業線纜工程前期的管線探查直接服務于施工，通常是探查工作完成，生成管線圖提交施工方，施工隊伍馬上實施開挖，這對管線探查工作的準確性和時效性有較高要求。利用一體化軟件具備的內外業快速交互功能，一旦發現管線錯查、漏查等問題，及時修正并告知管線施工人員，有效配合施工進度，降低施工成本。

3" 結束語

在電力行業線纜工程勘察中引入地下管線探測系統軟件的實踐表明，DMGIS技術的使用和內外業一體化的作業流程具有以下優勢：①優化管線數據采集方式，實現降本增效。一體化的數據采集和內業數據處理，能大大減少外業工作量，同時數據準確率也有保障。②保證數據格式的統一和管線數據質量。相對于傳統紙質記錄模式，一體化系統對數據實行統一數據管理，采集時數據直接錄入移動端APP，顯著減少由于不同作業人員操作，以及作業經驗等因素對數據質量造成的影響。③實現分布式空間數據管理，提升數據交互性能。管線系統采用DMGIS技術，基礎地理數據由公眾GIS服務平臺提供，管線空間數據則由管線系統軟件開發商自建數據庫進行存儲，進而實現空間數據的分布式管理，使得系統具有較大的靈活性，也方便移動端數據采集系統在不同地理區域進行管線探測作業。同時，基礎底圖由公眾GIS服務商提供，可以根據客戶需求靈活切換，表明管線系統在基礎地理信息獲取方面具備良好的平臺無關性。較之于移動GIS技術，DMGIS技術在獲取基礎地理信息方面，具有數據傳輸速度上的優勢；移動端采集的管線屬性數據和定位數據存儲在自建數據庫服務器，方便數據維護，有效降低對公眾GIS服務平臺的依賴。

參考文獻：

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