城市地下綜合管線質檢系統設計與實現

李運健，李 沖，佘東靜，陽建逸

(1. 廣西壯族自治區測繪地理信息產品質量檢驗站，廣西 南寧 530023；2. 四川省測繪產品質量監督檢驗站，四川 成都 610041)

地下綜合管線是城市基礎設施和城市建設的重要組成部分，是支持城市、工礦企業正常運轉的基礎設施，更是城市的生命線[1]。近年來，隨著經濟的發展和城市擴建，各地市紛紛加大投入，建設各地的地下綜合管線管理系統，此類系統對地下管線綜合管理、城市規劃、建設施工、運行和應急等工作至關重要[2-3]。

地下綜合管線普查的內容多，數據量大，數據庫存儲和展示功能已經相對完善[4-5]。按照測繪成果的驗收要求，需要開展數據檢查工作，而傳統的人工檢查方法已不能適應海量數據的檢查要求，雖然目前的管理系統也會設計一些檢查工具，但是主要是針對部分的屬性精度和拓撲關系等，功能不夠完善，定制性不足；因此目前還沒有專門針對城市地下綜合管線的質檢系統。另外，還需要有針對性地將內業檢查的抽樣和疑問點快速轉換到外業巡查驗收的環節，這就需要研究如何以軟件系統的方式實現完整檢查驗收流程，使技術人員對成果數據的質量達成統一的認識，統一檢查尺度，快速高效地檢查發現普查數據的質量問題。

1 地下綜合管線質檢內容與方法

1.1 檢查內容

根據地下綜合管線普查的內容，結合現行管線普查的生產標準及成果表現形式，主要檢查內容可歸納為以下3個方面。

1.1.1 數學精度

檢查管線點平面和高程精度、與地物相對位置精度、明顯點埋深精度、隱蔽點平面探測精度、埋深探查精度、開挖精度。

1.1.2 地理精度

檢查地下管線調查和探測的內容完整性、正確性；綜合取舍合理性；檢查管線及其附屬物的類型、位置、材質、連接關系、走向、流向等是否與實地一致，有無遺漏或錯誤。檢查各種管線點線的屬性注記及符號的規格、內容的正確性，管線去向是否明確，符號及線劃與背景地形圖是否協調、無壓蓋，檢查管線圖圖廓外的注記和整飾與規定要求的符合性。

1.1.3 邏輯一致性

檢查數據文件命名、格式、數據組織、存儲方式與規定的符合性，數據文件有無多余、缺項，數據是否能夠完整、正確讀出；檢查重復要素；管線線段之間的空間碰撞，無連接的孤立點、線；檢查標識碼唯一性、數據項的取值范圍、管點屬性值關系、高程及埋深屬性;數據接邊連接性、屬性一致，有無遺漏或重復等情況。

1.2 檢查方法

對地下管線數據的檢查內容，從工序上可分為外業和內業兩大部分，具體方式如下。

1.2.1 外業檢查

外業主要側重實地檢測數據的采集、屬性的實地檢查比對等。主要工作內容包括管線點平面與高程精度數據、埋深數據采集;管線屬性實地核實;管線點與線的差錯漏檢查等。檢查方式一般是先按標準進行抽樣，然后打印出樣本對應的管線圖與成果表作為外業工作的底圖，直接在上面記錄采集的檢測數據與屬性核實結果，標注差錯漏。

1.2.2 內業檢查

內業側重檢查數據是否標準化，精度統計及數據內部的邏輯關系等，主要工作內容包括數據的組織、存儲、格式、數據集定義、屬性項定義等是否與生產依據的標準或設計一致，數據中的各屬性值、編碼、代碼等是否符合數據字典的要求，數據內部是否有邏輯矛盾、拓撲錯誤等，檢查方法除了傳統的人工目視檢查外，部分項目也開發有配套的工具式軟件進行輔助檢查。

1.3 方法分析

對于相對簡單、區域范圍不大或單一專題管線的檢查，上述檢查方法內、外業可分別同時開展，但針對復雜的、綜合性的或大區域范圍的管線普查而言，其效率較為低下，有效把控質量問題的風險較大。由于外業檢查一般采用抽樣檢查的方式，不可能覆蓋到所有的管線要素，復雜管線的屬性信息難以全部在有限承載數據的檢查圖紙上反映；外業檢查過程中需要隨時翻閱查看多個數據表，直接記錄在紙圖上的檢測數據與問題標注由于缺少位置關聯，還需要內業對照數據文件進行核查并錄入到電子表格進行統計，工作量大容易出錯。

綜上所述，更為合理的檢查方法為：先利用軟件系統對所有的管線數據進行概查，重點包括數據組織定義的標準化方面、數據內部的邏輯關系方面、屬性值的約束方面、數據賦值的有效性方面、各類要素的相關關系方面等，對發現的問題進行分析，然后重點抽取屬于外業調查導致質量問題或需要外業實地復核的數據作為樣本進行外業實地開挖檢查，并采用可以安裝在平板電腦上的檢查系統輔助外業檢查和問題記錄，這樣對整體質量把控針對性強，效率高，可靠性更好[6-15]。

2 內外業一體化地下管線質檢系統的設計與實現

2.1 內業檢查系統

由于內業檢查發現的問題是確定外業抽樣檢查的依據，因此內業檢查系統應能全面、快速、準確地發現數據中存在的問題，甚至疑似問題。根據上述思路，可將所有的檢查指標要求納入到一個定制化的檢查方案中，檢查方案采用“檢查對象+檢查算子+規則參數=檢查規則”→“規則1+規則2+…+規則n=檢查規則庫”的模式，針對不同要求的數據定制不同的檢查方案，如圖1所示。

由圖1可以看出，質檢方案的關鍵在于如何將檢查的內容形成算子化質量檢查指標體系，并采用可程序化的算子集群進行實現。根據上文中歸納總結的檢查內容，結合開發實際，提出地下綜合管線檢查算子集群見表1。

表1 地下綜合管線檢查算子集群

而對于內業檢查系統而言，除了核心的自動化檢查功能之外，還需要一些輔助的功能，包括：工程管理、數據信息管理、檢驗模型管理、質檢方案定制與管理、數據讀取、數據顯示、質檢結果管理、精度統計與報表輸出、檢查模版管理等。據此研制的系統如圖2所示。

系統新建檢查工程時，指定使用的檢驗評價模型、檢驗方案、檢查數據后，便可進行一鍵式、全自動化檢查，由于檢查方案是由檢查算子參數化后形成的一系列規則集群組成的，因此可以根據不同項目要求靈活定制，如空間碰撞檢查，使用空間交叉算子，并通過指定不同類型的管線碰撞技術指標，實現包括雨水與污水的空間碰撞檢查規則、電力與燃氣的空間碰撞檢查規則等，檢驗方案制作如圖3所示。

2.2 外業巡查系統

外業巡查系統基于平板電腦設計，并以“簡單、穩定、高效”為核心理念進行開發。由于外業檢查成本高，而且受地理環境、天氣狀況、作業時間等影響，外業巡查軟件的設計以簡單、快捷為第一理念，為此檢測數據采集與巡視檢查功能均不設計二級菜單，不作任何數據空間分析計算等，只作與外業現場相關的內容。另外，外業快速操作時可能出現誤操作等情況，因此，采集的檢測數據能實時保存到后臺數據庫，防止用戶數據丟失。外業檢測核查數據采集完成后，直接導出給內業檢查系統進行自動化的分析計算、精度統計、意見匯總，最大限度地實現內外業無縫銜接，以提高檢查效率。

外業檢查記錄的信息主要有錯誤的位置信息、屬性信息、錯誤描述、其他備注信息等，這些信息是檢查的原始憑證或過程數據，為此檢查過程中需要有底圖支持。底圖分為矢量數據和切片數據兩種，矢量數據包含的信息全面，缺點是數據量大，屬性信息不直觀。切片數據體量相對較小、屬性信息直觀、縮放效率高，缺點是做切片處理時屬性信息無法保留完整。因此，外業巡查系統應可以同時加載兩種數據，并實現兩種數據的聯動，一般以切片數據作為巡查的主數據，當發現疑問需要查看詳細屬性信息時，再調用矢量數據，檢查過程中發現問題時通過繪制工具繪制點、線標記及屬性添加與編輯，記錄相關信息。據此研制的系統如圖4所示。

系統提供了包括交叉線、范圍線、問題點、問題線、暫歇點等巡檢標記，可用于外業巡檢時檢查結果與錯誤描述的記錄工作如圖5所示。

3 結 語

(1) 本文在總結地下綜合管線普查數據質量檢查的內容和方法的基礎上，提出了內外業一體化質檢系統的構建方案，并實現了系統研制，解決了中、大型城市的地下綜合管線普查項目檢驗的無紙化、流程化、信息化。系統已在北京、四川、重慶、新疆、內蒙古等多個省市的城市地下管線普查項目中得到應用，大幅提高了檢查效率。

(2) 研發的基于可定制的算子化質量檢查指標體系，能夠保證檢查驗收的完整性和統一性。城市地下綜合管線普查中，一個管線要素的調查數據項一般在10～40項之間，通過本文中提出的算子化檢查方法，除了解決一般數據庫要求的拓撲關系等檢查外，依據學習型的方式定制各類檢查的算子群，實現在大多城市存在管線類型復雜、布設集中、管線密集等情況下的一鍵式自動化檢查，時間零漏查，誤報少于10%的目標。

(3) 基于平板電腦設計的外業巡查系統在打破傳統紙圖的約束外，按照測繪地理信息成果驗收的基本規定，無縫鏈接內業檢查到外業巡查再到內業意見整理和質量評定的完整流程，為地下管線的驗收減少煩瑣操作，提高了巡查的針對性，效率提高了一倍以上。

總的來說，地下綜合管線內外業一體化質檢系統是測繪成果檢查驗收標準化、流程化發展的必由之路，對加快項目進程，提高測繪檢查驗收效率有顯著效果，已在全國推廣應用。