移動GIS支持下的城市供水管網(wǎng)信息采集與管理

劉 烜，鄧光林，熊忠招

（1.浙江省測繪大隊，浙江 杭州310030；2.義烏市國土資源局，浙江 義烏322000；3.湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

移動GIS支持下的城市供水管網(wǎng)信息采集與管理

劉 烜1，鄧光林2，熊忠招3

（1.浙江省測繪大隊，浙江 杭州310030；2.義烏市國土資源局，浙江 義烏322000；3.湖北省國土測繪院，湖北 武漢 430010）

供水管網(wǎng)信息化是數(shù)字城市的重要組成部分，也是建設現(xiàn)代化管線信息系統(tǒng)的必然要求，但長期受制于數(shù)據(jù)不規(guī)范、數(shù)據(jù)更新快、管網(wǎng)結構復雜等問題，管網(wǎng)信息的采集與管理一直處于相對落后的狀態(tài)。針對這一問題，結合實際生產(chǎn)需要，引入移動GIS平臺，設計開發(fā)地下供水管線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過客戶端實現(xiàn)野外環(huán)境下信息采集，后臺管理相關數(shù)據(jù)。介紹了基于PDA的供水管線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能，分析了采集系統(tǒng)在應用過程中質(zhì)量把控的關鍵因素，并成功應用于嵊州市供水GIS綜合管理平臺數(shù)據(jù)采集工作。

移動GIS；地下管網(wǎng)信息化；供水管線

浙江省的供水管線數(shù)據(jù)采集作業(yè)一直沿用野外調(diào)查記錄、繪制草圖、采集坐標、屬性數(shù)據(jù)入庫，通過內(nèi)業(yè)成圖軟件建立外業(yè)探查數(shù)據(jù)庫。工作量多，程序繁雜，勞動強度大。出現(xiàn)問題時，再次處理代價大，外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作脫節(jié)，工作效率不高。隨著3S技術日趨成熟，城市給水管線數(shù)據(jù)采集迫切需要一種省時省工，滿足精度質(zhì)量要求，既提高工作效率又能降低勞動強度的作業(yè)模式。

1 管線普查現(xiàn)狀存在的主要問題

1）推動、提升供水管理工作規(guī)范化、現(xiàn)代化、科學化，勢必要求管網(wǎng)數(shù)據(jù)的正確性和現(xiàn)勢性。目前作業(yè)模式中，從外業(yè)管線探測到內(nèi)業(yè)建立數(shù)據(jù)庫，中間環(huán)節(jié)多，出錯幾率大。

2）地下管線的特點決定外業(yè)探測的不確定性，為保證邏輯正確，屬性完整，管線草圖可能會進行多次修改編輯。如果涉及記錄手簿和數(shù)據(jù)庫，還必須同時修改草圖、數(shù)據(jù)庫，特別是對管線探測手簿的填寫，此項過程貫穿整個供水管線數(shù)據(jù)采集階段，大大增加了內(nèi)業(yè)處理工作量。

3）外業(yè)原始草圖維護困難。由于紙質(zhì)圖紙的局限性，管網(wǎng)數(shù)據(jù)量很大時，管網(wǎng)屬性信息查找困難，若作業(yè)組的草圖沒有及時建立管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，則管線錯連、管點重號、屬性漏錄等錯誤幾率會增加。

4）項目部無法全面跟蹤掌握各作業(yè)班組進度。項目管理需要對項目的質(zhì)量、進度等進行有效控制，從而要求對實際已經(jīng)完成的物探外業(yè)工作量進行準確統(tǒng)計。若要將進度管理細化到每一天，更需要做到外業(yè)工作日日清。而紙質(zhì)記錄和外業(yè)草圖成果在沒有進行整理和入庫時，無法對各物探小組每天的工作情況進行細致全面的跟蹤了解。

2 系統(tǒng)總體介紹

2.1 移動采集平臺介紹

移動采集設備具有攜帶便捷、使用方便、操作靈活等特點，采用雙頻雙星主板及天線的GNSS采集設備，除了能滿足現(xiàn)代營業(yè)所建設標準中對管網(wǎng)數(shù)據(jù)精度標準的要求，還具有以下特點，如圖1。

圖1 管線普查內(nèi)外業(yè)數(shù)字一體化流程圖

1）使用專用的外接雙頻雙星天線盤，通過對中桿或支架與主機連接，即成為一臺可以精確對中點位的村民cm級RTK，強大的PDA計算及高相位穩(wěn)定性的外接天線，為使用者提供穩(wěn)定的高品質(zhì)RTK測量成果輸出。

2）位于PDA上部的內(nèi)置天線也被設計成雙頻雙星的，可以使其得到小于30 cm的實時手持定位精度，完全單機而不需要依靠外接設備，完全集天線、主板及PDA于一體。

3）通過GIS軟件平臺的二次開發(fā)組件，可以根據(jù)客戶的個性化要求，定制各種特定的應用功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫對接。

2.2 利用PDA進行數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢

1）改善管線普查原始作業(yè)模式，優(yōu)化作業(yè)流程。經(jīng)實際應用對比，可使管線普查外業(yè)工作效率提高15% ～20%左右。因為采集數(shù)據(jù)直接以成果錄入數(shù)據(jù)庫，導致整體效率提高30%左右[8]。

2）系統(tǒng)圖庫互動、簡單易用，如圖2。系統(tǒng)設計遵循移動設備開發(fā)設計規(guī)范，界面簡潔明了，使用時只需對作業(yè)人員進行簡單培訓就能完全掌握其使用方法。

圖2 系統(tǒng)界面

3）完備的日志記錄功能，詳細記錄外業(yè)作業(yè)情況，掌握作業(yè)進度和各作業(yè)小組的作業(yè)情況。同時，系統(tǒng)能以生成日志數(shù)據(jù)庫的方式對PDA 的所有操作過程進行記錄，如添加、刪除管點管線、修改屬性等，同時記錄所有操作進行的時間和人員信息，方便對數(shù)據(jù)的真實性進行判斷，為外業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)理提供重要依據(jù)。

4）接口靈活、數(shù)據(jù)交換方便。對于外業(yè)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過采集終端查錯、質(zhì)檢、匹配坐標后，即可作為初步成果數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)功能

1）數(shù)據(jù)錄入功能。數(shù)據(jù)錄入模塊提供了數(shù)據(jù)批量入庫功能，通過與移動設備數(shù)據(jù)庫的連接訪問，在地圖上繪制管線點，系統(tǒng)會自動生成其必要屬性，提供屬性錄入界面，由用戶添加其他屬性。管線繪制要求以某2個管點為起始點繪制管線（通過觸屏手指滑動操作實現(xiàn)），系統(tǒng)會自動生成其必要屬性，并由用戶添加其他屬性，例如管徑大小、設備類型、附屬照片添加、附屬草圖繪制。

2）外業(yè)草圖編繪功能。由于供水管線本身的復雜性，外業(yè)探查過程中存在各種不確定性，除了基本的圖庫聯(lián)動及繪制點線功能外，系統(tǒng)還實現(xiàn)了虛擬連向、虛擬連向與虛擬連向之間的連接功能，最大程度地適應物探作業(yè)的連向不確定性和多變性等特點。

3）數(shù)據(jù)查錯。該模塊提供管線數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查功能，通過對采集設備入庫管線數(shù)據(jù)的連接訪問，主要進行邏輯性錯誤的查找：管點、管線是否唯一；管點坐標是否合理；管點屬性表中符號代碼是否標準；管點屬性表與管線屬性表中點號是否對應；管點、管線的結構是否符合要求；通過數(shù)據(jù)監(jiān)理，分析顯示錯誤信息列表，并定位到對應圖形，增加人工判斷，對有問題的管點能修改坐標。

4）管線成圖功能。根據(jù)管線數(shù)據(jù)庫處理生成管線圖形，方便對管線圖形數(shù)據(jù)進行維護與修改。對于一些固有屬性，如管線物探編號，按項目或測區(qū)小組分配，按照一定邏輯自動編號，做到不重復，與實地編碼一致，例如1DL1988、1DL1989，如圖3。

圖3 生成管線圖

5）屬性錄入檢查。對于入庫的管線數(shù)據(jù)，分為錄入前檢查和錄入后檢查，前者主要進行以下錯誤的查找：管點是否唯一；管線是否唯一；管點坐標是否合理；管點屬性表中符號代碼是否標準；管點屬性表與管線屬性表中點號是否對應；管點、管線的結構是否符合要求；管線中高程、埋深字段是否填寫；管點中地面高程字段是否填寫等。錄入后檢查主要側重管網(wǎng)邏輯性、拓撲完整性等。

6）管線信息查詢功能。管線信息查詢功能主要用于提取用戶需要的成果集合。根據(jù)查詢條件的復雜程度分為簡單查詢和復雜查詢，例如用戶需要查詢管徑大于100 mm的所有供水管線，通過簡單輸入查詢條件后，滿足條件的所有記錄顯示在屬性信息表中，并支持輸出、打印等操作。

3 采集數(shù)據(jù)質(zhì)量控制措施

供水管線埋設于地下，縱橫交錯，隱蔽性強，管理難度大，為此各大供水企業(yè)都相繼建立了專業(yè)供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，以適應供水行業(yè)現(xiàn)代化營業(yè)所的管理要求，實現(xiàn)科學化管理。但在建立GIS系統(tǒng)過程中，最重要的工作就是保障GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

為了提高數(shù)據(jù)錄入的質(zhì)量，需要做好以下幾點：

1）完善數(shù)據(jù)采集功能，人機界面友好，功能完善，通過簡單操作就可以快速地把大量數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫中，從而提高數(shù)據(jù)采集的效率和數(shù)據(jù)的準確性。

2）數(shù)據(jù)檢查與驗證，屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)錄入過程中，通過對數(shù)據(jù)進行有效性驗證，自動甄別問題數(shù)據(jù)，大大提高了數(shù)據(jù)錄入質(zhì)量。檢查內(nèi)容包括：屬性數(shù)據(jù)類型正確性、屬性完整性、邏輯關系正確性以及連接關系準確性等。

3）完善數(shù)據(jù)字典，例如管線的材質(zhì)、管徑、埋設類型等都應該包含在數(shù)據(jù)字典中。管線表包含管徑字段，而設備點，例如水表、曲管、閥門、消火栓中也有管徑項，而管徑的選擇一般具有標準，因此需要定義數(shù)據(jù)資料，保證數(shù)據(jù)內(nèi)容的規(guī)范性。

4）明確責任，建立一套規(guī)章制度來保障錄入數(shù)據(jù)有效，錄入數(shù)據(jù)成果可追蹤。數(shù)據(jù)采集錄入工作是一項十分繁雜的工作，要做到完整無誤，需要錄入人員認真負責，還需要有發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

5）定制規(guī)則，針對性檢查問題，通過定制檢查規(guī)則，例如管線長度不能超過70 m、管線兩節(jié)點必須在點表中存在、管線點坐標不能為空等檢查規(guī)則，實現(xiàn)入庫數(shù)據(jù)的自動錯誤排查，為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足要求提供根本保障。

4 結 語

使用移動采集設備采集管線數(shù)據(jù)的作業(yè)方式，減少了內(nèi)業(yè)入庫等中間環(huán)節(jié)，可以提高作業(yè)效率，節(jié)約成本。同時也改變了傳統(tǒng)的供水管線探測作業(yè)模式，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益；在一些精度要求不是很高，特別是高程中誤差在10 cm以內(nèi)的，這種作業(yè)模式實現(xiàn)了供水管線野外數(shù)據(jù)采集、測量、實時繪圖的一體化；移動采集設備操作簡單，能方便地進行數(shù)據(jù)查詢和圖形瀏覽，具有自動匹配特征屬性和數(shù)據(jù)查錯功能，設備數(shù)據(jù)即成果數(shù)據(jù)庫，降低了出錯幾率。

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1672-4623（2016）02-0085-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.029

劉烜，高級工程師，注冊測繪師，主要從事地下管線測繪和GIS應用開發(fā)工作。

2015-09-06。