移動GIS技術應用于城市管線探測的研究與探索

周京春，王貴武，白立舜

(1.昆明市城市地下管線探測管理辦公室，云南昆明650011;2.北京清華山維新技術開發有限公司，北京100085)

移動GIS技術應用于城市管線探測的研究與探索

周京春1，王貴武1，白立舜2

(1.昆明市城市地下管線探測管理辦公室，云南昆明650011;2.北京清華山維新技術開發有限公司，北京100085)

結合城市管線探測的生產作業流程，應用移動GIS技術，研究和探索城市管線探測過程中從外業探查、管線測量、內業數據檢查處理到成果輸出入庫、修補更新的一體化作業管理模式，并給出合理的技術方案。

移動GIS;LBS;嵌入式技術;草圖模式;數據標識;時間戳

一、引 言

城市管線探測的作業流程為:野外管線探查、管線測量←→內業數據檢查處理←→成果輸出入庫←→修補更新，這是一個數據在內外業交叉循環的過程。目前城市管線探測技術在各個環節和各個工序上都已經非常成熟，但是在整個流程的銜接上仍然缺乏緊密性和無縫性［1］。外業探查、測量工序中分離記錄的大量草圖、調查表格和測量手簿，造成內業數據處理人員勞動強度大、出錯率高、數據檢索困難、工作效率低等不便，但隨著計算機技術和網絡技術的不斷發展，特別是基于位置的服務(location based service，LBS)技術和嵌入式計算機技術的出現，移動GIS技術的應用在各行各業已經開始嶄露頭角。將移動GIS技術貫穿于城市管線探測的整個作業流程中，充分運用管線數據管理中的信息流，實現管線探測流程的一體化工藝，必將是提高管線探測作業效率、減少內外業勞動強度、保障成果質量的有效手段。

二、應用模式探索

移動GIS是一種集GIS、GNSS、移動通信、互聯網服務、多媒體等技術于一身的應用服務系統［2］，它將GIS系統嵌入到小巧便攜的移動設備上，如PDA、智能手機、平板式電腦等。將移動GIS技術應用于城市管線探測流程的思路是:在管線外業探查工序中利用移動設備所承載的影像、基礎地形圖等為背景繪制草圖、記錄管線屬性數據和多媒體信息;在管線測量工序中將移動設備與GNSS系統或全站儀等系統連接采集測量點數據，利用移動通信技術、網絡技術等實時或不定時將外業數據傳輸到內業管線數據處理系統;內業系統進行數據檢查、處理與入庫后，再將待修補測的數據從管線數據庫中下載到移動設備，由外業人員帶到野外進行相關操作，作業完成后再傳輸給內業系統進行自動更新。該模式在內外業交叉循環的過程中能將管線探測的各個工序無縫地銜接起來，數據在整個傳輸過程中始終保持完整，實現了數據的交互性和可逆轉性，如圖1所示。

圖1 移動GIS技術在城市管線探測中的應用模式

三、重點問題的思考

針對上述移動GIS技術在城市管線探測中的應用模式，筆者認為在設計移動GIS系統時，必須要著重考慮下列問題。

1)移動終端設備的選取:移動終端設備是移動GIS系統的重要組成部分，需要具備衛星導航定位、加載管線數據野外采集應用軟件、通信和數據傳輸等基本功能，并且便攜性好、重量輕、防水、抗摔、抗凍性好、定位功能強大等，這都應該是選取移動終端設備需要考慮的基本參數。

2)野外數據的記錄與存儲:PDA類的移動終端設備CPU運算速度低，內存較小，顯示分辨率也較低［3］，因此在設計移動GIS系統時，要充分結合管線行業的數據特點，采取適合于移動終端設備的高效空間數據存儲結構;另外，由于管線探測人員一般不具有熟練的計算機應用能力，所以在野外數據記錄的功能設計上，要盡量滿足外業人員在紙圖上的作業習慣和生產流程，要具備在小屏幕上繪制大圖紙的功能。

3)工序數據的銜接:管線探測內外業各個工序產生的數據銜接是移動GIS系統設計的關鍵和難點，而建立靈活方便、滿足管線探測作業流程的數據銜接點是移動GIS應用于管線探測所必須要考慮的重中之重的問題，特別是在以下這些銜接點上。

a.外業管線探查工序往往超前于管線測量工序，因此存在探查與測量的不同步所導致的探測草圖點與精確測量點的匹配銜接問題;

b.修補測工序是管線探測作業流程中必不可少的一個環節，而這個工序所產生的更新數據與內業庫中原有數據之間存在時間點匹配銜接和管網拓撲關系匹配銜接的問題。

四、關鍵功能的實現

為了解決上面所提出的這些問題，本文將給出一些合理的建議和技術方案，并介紹一些關鍵功能的設計和實現方法。

1.數據通信

將移動GIS技術應用到管線外業探測中，其主要目的就是解決紙質手簿記錄繁瑣、效率低、出錯率高等弊病，從而高質、高效地實現野外數據采集。這種數字信號的傳輸模式，重要的是保證實時通信的暢通，儀器測量完畢，數據就應該能準確無誤地傳送到掌上移動設備，現場成圖，所有線型符號也應隨測隨顯。所以在設計系統時要充分考慮其支持與各種全站儀、GPS接收機的聯機通信(如圖2所示)，并可根據具體情況靈活定制通信參數，支持主動測量、被動測量與跟蹤測量，最好能支持無線通信模式，如藍牙設備，以便擴大掌上移動設備操作人員的活動范圍，能在跑尺之間走動指揮，并可十分清楚地編輯圖形。外業數據實時傳輸到內業系統時，可以使用GSM、CDMA、GPRS等方式。

圖2 通信設置

2.草圖模式

目前市場上研發的用于管線探測的移動GIS系統大都采用的是“同步勘測”的工作模式，即一邊進行管線探查，一邊進行管線位置測繪，并錄入管線點、管線屬性，系統會根據測繪信息自動將管線展繪成圖。但在實際工作中，管線測量往往滯后于管線探查的進度。外業探查人員通常是填寫調查表格和在紙上繪制草圖自行進行自己的工序，特別是在庭院小區的管線普查中，密密麻麻的管線只能通過繪制草圖才能表達清楚其連接關系。因此只有將這種草圖的工作模式由紙張搬到移動設備上，才是最符合外業探查人員作業習慣的方式。

“勘探草圖”工作模式是在一個設計緊湊的移動設備屏幕上(如圖3所示)，由人工選擇管線類型、管點種類、線路名稱等，并按照探查路線用光點筆隨手繪制管線草圖，而無需關心這些管點、管線的實際坐標位置(通信和測量參數欄是關閉狀態)。系統會根據用戶輸入值或自動生成物探點號，自動建立管點、管線的相對關系，并將需要輸入的管點、管線核心屬性數據顯示在界面上端，不占用繪圖空間，這些屬性數據盡量采用下拉框和簡單文本框進行輸入或繼承上次輸入，并自動進行點線相關屬性數據的自動匹配。對于前進方向未到達的管點，系統以一條箭頭線標示，當實地調查到此管點時，只需點擊這條箭頭線即可立即建立與原有管點的拓撲連接關系。帶有點號、屬性和管線連接關系的草圖被保存為具有開放格式的文件，以便進行數據交換和后處理。

“勘探草圖”工作模式很好地解決了數據采集中圖形與屬性一體化存貯、海量數據處理等問題，做到了圖文并茂，所見即所得。對于基于影像參考的草圖，采用壓縮算法，建立影像金字塔，使移動縮放自如;當數據量較大時，將管線數據分級分層，單獨設定比例開關，并采用基于線程的顯示技術，可平滑操作大數據量圖形數據，提高性能。

圖3 草圖模式

3.精確坐標匹配

為了解決探查工序與測量工序不同步所導致的探測草圖點與精確測量點的匹配銜接問題，應從兩種工作模式來設計考慮此問題的解決方案:①采用移動設備外業單點坐標修測，這種模式適用于測量工序緊接著探查工序的工作模式;②批量草圖點內業匹配，這種模式適用于測量工序與探查工序各自為政的工作模式。

單點坐標修測可以采用PDA等掌上移動設備連接全站儀、GNSS系統等，選擇草圖文件上的管線點，從全站儀、GNSS系統獲取點位信息，更正點坐標或根據需要修正點號，得到真實坐標的物探點將自動歸到實際位置上，如圖4所示。

圖4 單點坐標修測

批量草圖點內業匹配，是在內業系統中同時導入草圖和測量點文件，采取關鍵點或自動搜索兩種方式進行草圖點批量坐標更新(如圖5所示)。關鍵點匹配技術是一種兼顧重要點編號，非重要點不編號的匹配方式，并基于通過模式識別理論，通過關鍵點進行整體形態的配準。

圖5 批量草圖點內業匹配面

4.數據標識與時間戳

為了解決更新數據與內業庫中原有數據的時間點銜接和管網拓撲關系銜接的問題，在系統設計時采用了獨特的“數據標識”技術與“時間管理”技術，即在管線數據上加蓋時間戳，從而能高效地區分出從內業庫中導出的待修補測數據、管線工程竣工數據等，并在更新數據合并入庫時，可根據時間戳對原有數據進行判別修改，這是一種非常經濟有效的管線數據更新維護手段。

五、結束語

城市基礎設施的管理已經全面進入了GIS時代，隨著移動通信3G時代的到來和蜂窩技術的發展，移動GIS技術作為一種科學、高效、靈活的新技術，必將會在城市管線探測中具有良好的應用前景，發揮出更大的優勢。

［1］ 黃瑞金，李勝，應國偉.PDA在管線探測中的應用研究［J］.城市勘測，2008(S0):45-47.

［2］ 康銘東，彭玉群.移動GIS的關鍵技術與應用［J］.測繪通報，2008(9):50-53.

［3］ 彭艷，王崇倡，梁敏.基于嵌入式GIS的管線外業調查系統的開發［J］.測繪科學，2008，32(3):192-194.

Mobile GIS Technique Application in Urban Pipeline Detection: Research and Exploration

ZHOU Jingchun，WANG Guiwu，BAI Lishun

0494-0911(2012)06-0081-03

P208

B

2011-07-19

周京春(1972—)，女，北京人，碩士，高級工程師，主要研究方向為GIS應用與地下管線探測。