地下管線采編系統功能設計與優化

摘 要：針對傳統的地下管線探測作業流程存在的問題，結合地下管線數據庫信息化建設和規范化管理需要，采用“內外業數字一體化”模式，將信息平臺建設要求前置于外業調查階段，按照邊采集、邊檢查、邊修改的工作思路，在軟件系統功能設計上強化了碰撞檢查、重號檢查、成果輸出與數據格式對接等功能。在實際應用中，大大提高了管線探測內外業工作效率和成果質量。

關鍵詞：管線探測；數據采集；軟件設計

地下管線是人類活動范圍內埋藏在地下的所有給（排）水、燃氣、熱力、通訊、電力、工業等管線（道）及其附屬設施的總稱，是保障居民正常工作與生活及社會經濟可持續發展的重要基礎設施和“生命線”。近年來，隨著我國經濟社會的高速發展，城鎮化水平不斷提高，城市地下管線數量和種類越來越龐大、密集并相互交織。但由于歷史原因，諸多城市地下管線資料存在殘缺不全、精度不高、與現狀不符等問題，嚴重制約著城市的規劃、建設和管理，特別是在飛速發展的城市基礎設施建設過程中，由于施工防范措施不當而損毀地下管線的事故時有發生，嚴重影響了居民的工作與生活。因此經濟、快速、高效、精準地查明地下管線，并確定其分布、埋深、走向、材質、管徑及管線間的連接關系，對于提高城市地下管網信息化管理水平，推進“數字城市”“數字國土”建設至關重要。[1-3]

1 地下管線探測現狀及存在的問題

1.1 地下管線探測基本工作流程

地下管線探測是地下管網信息化建設與管理的基礎性工作，是一項集物探、測繪及計算機應用技術于一體的多學科、多專業交叉的系統工程。其基本工作流程[4]（見圖1）：

1.2 地下管線探測現狀及存在的問題

（1）紙質記錄維護難度大。按照CJJ 61-2017 城市地下管線探測技術規程要求，外業探測原始數據必須以手工紙質形式進行記錄。但由于紙質記錄的局限性和易損性，當數據量增大時，對圖紙記錄的維護和查詢將變得越來越困難。[5]

（2）易出現錯誤“疊加效應”。由圖1可知，從外業管線探測到最終成果資料提交，各工序相互銜接，中間環節多，如果作業小組的草圖沒有及時建成作業數據庫，則重號、錯連、漏錄等人為出錯概率將會大幅增加，若不及時更正，將會對后續工作產生錯誤“疊加效應”。

（3）內業資料處理工作量大。由于物探方法的多解性，[6]導致隱蔽管線外業探測的不確定性，同一管線的屬性可能會被多次修改，同時也必須要修改草圖、數據庫、管線探測手簿等，特別是對管線探測手簿的填寫，平均要抄寫兩遍以上，這無形中加大了內業處理的工作量。

（4）軟件購置與使用成本高。目前，管線數據采集過程的機輔錄入和成圖，一般是采用多種軟件協同完成。錄入常使用Microsoft Access完成，輔助成圖一般采用AutoCAD、ArcGIS 或相關的GIS軟件平臺完成。采用多種軟件完成數據入庫和成圖不僅增加了成本，而且相關人員也必須要掌握多種平臺的操作技能。同時，增加了管線探測數據完整性和可靠性檢查難度。

2 基于現狀的改進思路及軟件功能設計

2.1 改進思路及設計原則

針對傳統的地下管線探測作業流程存在的“紙質記錄維護難、多種軟件交叉使用、建庫中間環節多、易出現錯誤疊加”等問題，以提高工作效率和成果質量為目標，結合地下管線數據庫信息化建設和規范化管理需要，[7]采用“內外業數字一體化”作業模式，將信息平臺建設要求前置于外業調查階段，強化“邊采集、邊檢查、邊修改”的質量監控保障措施。在軟件設計上，堅持技術先進、成熟、可行和便于管線數據維護的原則，采用開放式功能結構設計理念，確保開發的“地下管線采編系統”在功能上便于配置、升級、維護，性能穩定可靠。

（1）采用全新的成熟開發技術，以AutoCAD、ArcGIS、Office等應用平臺為基礎，利用Visual Studio2008為開發平臺，將采集、編輯、檢查等功能移植分散到管線探測、數據采集及處理編輯等各個環節，使用GIS軟件，建立地下GIS系統，結合各種傳感器，利用網絡交換數據，實現管線采集數據動態管理。

（2）管線數據維護和系統設計，依據地下綜合管線建庫、維護、應用等實際需要，并充分考慮地下綜合管線內、外業測繪成圖的特點，在性能上突出數據計算高效，系統運行速度快且穩定可靠。[8]

（3）在管線探測成果入庫上，突出支持管線CAD圖、實測數據、二維GIS等多種格式數據的標準導入，并能靈活處置各種異常數據，實現高效準確的入庫更新機制和算法，具有強大的管線數據編輯功能和歷史數據管理功能。

（4）在管線查詢分析和數據格式導出上，重點突出碰撞檢查、重號檢查、測量點與管線點一一對應檢查、多通檢查、流向檢查、接邊檢查等功能；在成果輸出與數據格式對接方面，確保能夠導出MapGIS、ArcGIS等GIS數據庫格式。

2.2 系統總體結構設計

（1）自定義圖示設計及功能模塊拓展。“地下管線采編系統”按照開放式功能結構設計，可在不改變系統框架的前提下，靈活實現系統功能的增減和功能模塊的拓展與升級，大大方便了系統的配置與維護；還可以用顏色來定義必填字段，起到提示作用，讓作業人員能夠直觀方便的操作，提高工作效率（見圖2）。

（2）信息錄入與維護設計。目前，地下管線調查信息一般是采用EXCEL或VFO等表格手工錄入，[9]缺點是錄入時無法自動檢測同屬性值，或不能實時對錄入數據進行檢查，易造成錯誤“疊加效應”。“地下管線采編系統”的信息錄入與維護功能，參照管線建庫規范化要求進行設計，可對節點∕管線屬性的完整性、節點∕管線標號的唯一性、管線的連通性、管線與節點的關聯性進行檢查；同時還可對屬性字段、幾何圖形、流向、多通、碰撞、接邊、變徑等做一系列邏輯關系檢查（見圖3）。既可根據生成的可視化圖形進行人工檢查，也可利用生成的三維管網圖進行可視化檢查，成果數據可一鍵生成標準管線數據庫，從而避免多流程引起的多重反復錯誤（見圖4、圖5）。其中，根據調查的所有相關屬性自動生成的三維圖形能夠直觀地看出管線的走向和連接方式（見圖6），若某個屬性采集錯誤或者漏采，都會查出異常，這樣既方便了作業員直觀操作，又會對異常生成的管線進行實時核實，確保了數據準確，質量可靠。

（3）圖屬動態關聯設計。圖屬動態關聯主要是對生成的DWG圖形就某管段進行局部修改更新，MDB管段文件與CAD圖形文件需一致時才能關聯成功，并提示“關聯完成”。“地下管線采編系統”通過圖屬動態關聯設計優化后比傳統的整圖重構方便很多，特別時對數據量大的綜合管線來說，可大大提高工作效率（見圖7）。

（4）生成斷面文件設計。常規軟件一般不能進行斷面圖的提取，為了適應不同業主方的要求，“地下管線采編系統”通過對生成斷面進行設計優化，可隨意畫線，連續提取穿過線的斷面文件，并連續生成斷面圖（見圖8）。

3 系統應用及功能拓展方向

“地下管線采編系統”先后在多個項目中進行推廣應用，取得了良好的社會經濟效益，并得到了業主的高度評價。該系統改善了地下管線探測內外業作業模式，簡化了工作流程，大大提高了作業效率，縮短了工期，節約了成本。特別是通過該系統對數據格式和屬性數據的統一管理，相對傳統模式可以顯著減少由于不同作業人員、不同作業習慣等人為因素對數據格式和屬性數據的影響所造成的出錯概率，保證了數據的準確性和完整性。目前，“地下管線采編系統”尚處于單機基礎框架階段，后期擬從以下幾個方面進行功能拓展與改進：

（1）完善網絡分發模式，從單機文件配置改進為由服務器集中設置配置模式，保證數據標準的統一性和進一步提高內外業工作效率。

（2）結合各種管線數據庫建庫要求進行設計改進和功能優化，使成果數據與更多的管線數據庫能夠有機融合，提升該系統的通用性。

（3）結合現代化的管線探測電子設備傳感器，利用手機或專項網絡，實現自動采集或更新管線相關數據信息，為提高管線日常維護的時效性提供技術支撐。

（4）將該系統移植到平板電腦上，在管線探測巡線、新增、修補測、現場調查等方面進行推廣應用。

4 結語

城市地下管線承載著信息傳輸、能源輸送、污水排放等與人民工作和生活息息相關的重要功能，是城市賴以生存和發展的重要物質基礎。隨著我國城鎮化進程的不斷加快，原有城市地下管線資料欠缺的矛盾越來越突出，加快城市地下管線探測步伐已迫在眉睫。地下管線探測技術及相關軟件的研發，必然會隨著物探、測繪及“3S”技術的迅猛發展日臻完善，在推進城市地下管線數據信息化建設和規范化管理工作及城市地下空間開發利用方面發揮重要的技術支撐作用。

參考文獻：

[1]桂向陽，應曉健.城市地下管線綜合探測[J].地球科學，1993，18（3）：362-367.

[2]汪勝國，朱照榮，張錫越.基于北京CORS系統的虛擬站觀測數據質量分析[J].巖土工程技術，2018，32（3）：120-124.

[3]劉永生，劉仁義，馬瑞光.綜合物探方法在地面塌陷場地勘查中的應用[J].巖土工程技術，2018，32（3）：155-158.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.CJJ 61-2017 城市地下管線探測技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[5]朱艷娟.基于PDA的地下管線數據采集系統[J].黑龍江交通科技，2012，226（12）：159-160.

[6]張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理[M].武漢：中國地質大學出版社，2004.

[7]湖北省住房和城鄉建設廳.DB42/T 875-2013 湖北省城鎮地下管線探測技術規程[S].武漢：湖北省建設工程標準定額管理總站出版社，2013.

[8]許士敏，黃榮星.基于嵌入式GIS的地下管線野外數據采集系統[J].全球定位系統，2006（1）：19-22.

[9]李衛紅，王文龍，李穎彪，等.地理信息系統概論[M].北京：科學出版社，2017.

作者簡介：劉珺涵，女，湖北武漢人，從事計算機應用。