地下管線采編系統(tǒng)功能設計與優(yōu)化

摘 要：針對傳統(tǒng)的地下管線探測作業(yè)流程存在的問題，結(jié)合地下管線數(shù)據(jù)庫信息化建設和規(guī)范化管理需要，采用“內(nèi)外業(yè)數(shù)字一體化”模式，將信息平臺建設要求前置于外業(yè)調(diào)查階段，按照邊采集、邊檢查、邊修改的工作思路，在軟件系統(tǒng)功能設計上強化了碰撞檢查、重號檢查、成果輸出與數(shù)據(jù)格式對接等功能。在實際應用中，大大提高了管線探測內(nèi)外業(yè)工作效率和成果質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：管線探測；數(shù)據(jù)采集；軟件設計

地下管線是人類活動范圍內(nèi)埋藏在地下的所有給（排）水、燃氣、熱力、通訊、電力、工業(yè)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(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設施和“生命線”。近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城市地下管線數(shù)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(xiàn)狀不符等問題，嚴重制約著城市的規(guī)劃、建設和管理，特別是在飛速發(fā)展的城市基礎(chǔ)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(fā)生，嚴重影響了居民的工作與生活。因此經(jīng)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(zhì)、管徑及管線間的連接關(guān)系，對于提高城市地下管網(wǎng)信息化管理水平，推進“數(shù)字城市”“數(shù)字國土”建設至關(guān)重要。[1-3]

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

1.2 地下管線探測現(xiàn)狀及存在的問題

（1）紙質(zhì)記錄維護難度大。按照CJJ 61-2017 城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程要求，外業(yè)探測原始數(shù)據(jù)必須以手工紙質(zhì)形式進行記錄。但由于紙質(zhì)記錄的局限性和易損性，當數(shù)據(jù)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(xiàn)錯誤“疊加效應”。由圖1可知，從外業(yè)管線探測到最終成果資料提交，各工序相互銜接，中間環(huán)節(jié)多，如果作業(yè)小組的草圖沒有及時建成作業(yè)數(shù)據(jù)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(xù)工作產(chǎn)生錯誤“疊加效應”。

（3）內(nèi)業(yè)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(yè)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(shù)據(jù)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(nèi)業(yè)處理的工作量。

（4）軟件購置與使用成本高。目前，管線數(shù)據(jù)采集過程的機輔錄入和成圖，一般是采用多種軟件協(xié)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(guān)的GIS軟件平臺完成。采用多種軟件完成數(shù)據(jù)入庫和成圖不僅增加了成本，而且相關(guān)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(shù)據(jù)完整性和可靠性檢查難度。

2 基于現(xiàn)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(tǒng)的地下管線探測作業(yè)流程存在的“紙質(zhì)記錄維護難、多種軟件交叉使用、建庫中間環(huán)節(jié)多、易出現(xiàn)錯誤疊加”等問題，以提高工作效率和成果質(zhì)量為目標，結(jié)合地下管線數(shù)據(jù)庫信息化建設和規(guī)范化管理需要，[7]采用“內(nèi)外業(yè)數(shù)字一體化”作業(yè)模式，將信息平臺建設要求前置于外業(yè)調(diào)查階段，強化“邊采集、邊檢查、邊修改”的質(zhì)量監(jiān)控保障措施。在軟件設計上，堅持技術(shù)先進、成熟、可行和便于管線數(shù)據(jù)維護的原則，采用開放式功能結(jié)構(gòu)設計理念，確保開發(fā)的“地下管線采編系統(tǒng)”在功能上便于配置、升級、維護，性能穩(wěn)定可靠。

（1）采用全新的成熟開發(fā)技術(shù)，以AutoCAD、ArcGIS、Office等應用平臺為基礎(chǔ)，利用Visual Studio2008為開發(fā)平臺，將采集、編輯、檢查等功能移植分散到管線探測、數(shù)據(jù)采集及處理編輯等各個環(huán)節(jié)，使用GIS軟件，建立地下GIS系統(tǒng)，結(jié)合各種傳感器，利用網(wǎng)絡交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管線采集數(shù)據(jù)動態(tài)管理。

（2）管線數(shù)據(jù)維護和系統(tǒng)設計，依據(jù)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(nèi)、外業(yè)測繪成圖的特點，在性能上突出數(shù)據(jù)計算高效，系統(tǒng)運行速度快且穩(wěn)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(shù)據(jù)、二維GIS等多種格式數(shù)據(jù)的標準導入，并能靈活處置各種異常數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高效準確的入庫更新機制和算法，具有強大的管線數(shù)據(jù)編輯功能和歷史數(shù)據(jù)管理功能。

（4）在管線查詢分析和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式對接方面，確保能夠?qū)С鯩apGIS、ArcGIS等GIS數(shù)據(jù)庫格式。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計

（1）自定義圖示設計及功能模塊拓展?！暗叵鹿芫€采編系統(tǒng)”按照開放式功能結(jié)構(gòu)設計，可在不改變系統(tǒng)框架的前提下，靈活實現(xiàn)系統(tǒng)功能的增減和功能模塊的拓展與升級，大大方便了系統(tǒng)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(yè)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(diào)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(shù)據(jù)進行檢查，易造成錯誤“疊加效應”?！暗叵鹿芫€采編系統(tǒng)”的信息錄入與維護功能，參照管線建庫規(guī)范化要求進行設計，可對節(jié)點∕管線屬性的完整性、節(jié)點∕管線標號的唯一性、管線的連通性、管線與節(jié)點的關(guān)聯(lián)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(guān)系檢查（見圖3）。既可根據(jù)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(wǎng)圖進行可視化檢查，成果數(shù)據(jù)可一鍵生成標準管線數(shù)據(jù)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(jù)調(diào)查的所有相關(guān)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(yè)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(shù)據(jù)準確，質(zhì)量可靠。

（3）圖屬動態(tài)關(guān)聯(lián)設計。圖屬動態(tài)關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)成功，并提示“關(guān)聯(lián)完成”?！暗叵鹿芫€采編系統(tǒng)”通過圖屬動態(tài)關(guān)聯(lián)設計優(yōu)化后比傳統(tǒng)的整圖重構(gòu)方便很多，特別時對數(shù)據(jù)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(guī)軟件一般不能進行斷面圖的提取，為了適應不同業(yè)主方的要求，“地下管線采編系統(tǒng)”通過對生成斷面進行設計優(yōu)化，可隨意畫線，連續(xù)提取穿過線的斷面文件，并連續(xù)生成斷面圖（見圖8）。

3 系統(tǒng)應用及功能拓展方向

“地下管線采編系統(tǒng)”先后在多個項目中進行推廣應用，取得了良好的社會經(jīng)濟效益，并得到了業(yè)主的高度評價。該系統(tǒng)改善了地下管線探測內(nèi)外業(yè)作業(yè)模式，簡化了工作流程，大大提高了作業(yè)效率，縮短了工期，節(jié)約了成本。特別是通過該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)格式和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，相對傳統(tǒng)模式可以顯著減少由于不同作業(yè)人員、不同作業(yè)習慣等人為因素對數(shù)據(jù)格式和屬性數(shù)據(jù)的影響所造成的出錯概率，保證了數(shù)據(jù)的準確性和完整性。目前，“地下管線采編系統(tǒng)”尚處于單機基礎(chǔ)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(wǎng)絡分發(fā)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(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一性和進一步提高內(nèi)外業(yè)工作效率。

（2）結(jié)合各種管線數(shù)據(jù)庫建庫要求進行設計改進和功能優(yōu)化，使成果數(shù)據(jù)與更多的管線數(shù)據(jù)庫能夠有機融合，提升該系統(tǒng)的通用性。

（3）結(jié)合現(xiàn)代化的管線探測電子設備傳感器，利用手機或?qū)ｍ椌W(wǎng)絡，實現(xiàn)自動采集或更新管線相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為提高管線日常維護的時效性提供技術(shù)支撐。

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

4 結(jié)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(guān)的重要功能，是城市賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著我國城鎮(zhèn)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(shù)及相關(guān)軟件的研發(fā)，必然會隨著物探、測繪及“3S”技術(shù)的迅猛發(fā)展日臻完善，在推進城市地下管線數(shù)據(jù)信息化建設和規(guī)范化管理工作及城市地下空間開發(fā)利用方面發(fā)揮重要的技術(shù)支撐作用。

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[9]李衛(wèi)紅，王文龍，李穎彪，等.地理信息系統(tǒng)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。