城市排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)建庫(kù)技術(shù)研究

韓建威

(福州市勘測(cè)院，福建 福州 350108)

1 引 言

城市排水管道是城市建設(shè)的重要標(biāo)志，排水管道系統(tǒng)是否正常對(duì)人們的生活有直接影響[1]。市政管道系統(tǒng)如同一個(gè)城市的動(dòng)脈，它的擁堵暢通情況直接影響一個(gè)城市的正常運(yùn)行，其中排水管道的阻塞會(huì)造成城市內(nèi)澇[2]。如何讓城市建設(shè)的決策者能夠直觀、準(zhǔn)確地了解城市管道的現(xiàn)狀，做出及時(shí)、準(zhǔn)確的決策成為擺在我們面前的迫切問(wèn)題，也是智慧城市發(fā)展的需要。

中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181-2012，備案號(hào)J 1441-2012，以下簡(jiǎn)稱規(guī)程)，已于2012年7月19日發(fā)布，2012年12月1日實(shí)施。[3]規(guī)程中僅對(duì)排水管道檢測(cè)的成果進(jìn)行相關(guān)的規(guī)定，并未提及城市排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)的相關(guān)內(nèi)容。2017年下旬，福州市正式開(kāi)展《四城區(qū)排水管網(wǎng)(雨、污水)排查》。該項(xiàng)目要求所有排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果必須建立成相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并且可以實(shí)現(xiàn)與排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)。

本研究結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目，對(duì)建設(shè)城市排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

2 城市排水管網(wǎng)電視檢測(cè)工作簡(jiǎn)介

排水管道檢測(cè)主要是針對(duì)管道內(nèi)部的檢查，管道的缺陷位置定位描述是檢測(cè)工作的成果體現(xiàn)，缺陷的環(huán)向位置定位描述是檢測(cè)評(píng)估工作的重要內(nèi)容之一，是管道修復(fù)和養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案的重要依據(jù)[4]。

電視檢測(cè)主要適用于管道內(nèi)水位較低狀態(tài)下的檢測(cè)，能夠全面檢查排水管道結(jié)構(gòu)性和功能性的狀況[4]。

城市排水管網(wǎng)電視檢測(cè)工作的成果包括：檢測(cè)信息表(管段缺陷信息表、管段狀況信息表以及管段健康度分段圖片信息表)、檢測(cè)視頻以及檢測(cè)照片等。

3 排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 需建庫(kù)的數(shù)據(jù)內(nèi)容

排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)內(nèi)容除了包含上述城市排水管網(wǎng)電視檢測(cè)工作的成果之外，還包括排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)(管線普查的建庫(kù)成果數(shù)據(jù))。

3.2 建庫(kù)成果的要求

排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)成果除了滿足《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181-2012)的要求以外，還需要滿足以下要求：

(1)管段缺陷信息表中的點(diǎn)狀缺陷及線狀缺陷都應(yīng)該按照其缺陷形式進(jìn)行空間化，形成MDB格式的Personal Geodatabse數(shù)據(jù)文件；

(2)管段健康度分段圖片信息表中的對(duì)象應(yīng)該按照點(diǎn)狀形式進(jìn)行空間化，形成MDB格式的Personal Geodatabse數(shù)據(jù)文件；

(3)檢測(cè)信息表(管段缺陷信息表、管段狀況信息表以及管段健康度分段圖片信息表)中對(duì)象都應(yīng)該與排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線對(duì)象建立關(guān)聯(lián)；

(4)檢測(cè)視頻以及檢測(cè)照片的文件名需要直觀的體現(xiàn)其與排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中管線對(duì)象的關(guān)系，并且不能重復(fù)。

3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)檢測(cè)信息表的最終建庫(kù)成果包括4張表格(如圖1所示)，其中管段健康度分段圖片信息表、管段缺陷點(diǎn)信息表、管段缺陷線信息表是經(jīng)過(guò)空間化形成的MDB格式的Personal Geodatabse數(shù)據(jù)文件中具有可視化對(duì)象的3個(gè)圖層；管段狀況信息表僅以表格的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖1 各檢測(cè)信息表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(2)各檢測(cè)信息表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)是《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》(CJJ 181-2012)，為了建立檢測(cè)信息表(管段缺陷信息表、管段狀況信息表以及管段健康度分段圖片信息表)中對(duì)象與排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中管線對(duì)象的關(guān)聯(lián)，在各檢測(cè)信息表中增加“GDHCODE”字段，同時(shí)在排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線圖層中也增加“GDHCODE”字段，該字段存儲(chǔ)的內(nèi)容為：“X”+“起點(diǎn)X坐標(biāo)”+“Y”+“起點(diǎn)Y坐標(biāo)”+“-”+“X”+“終點(diǎn)X坐標(biāo)”+“Y”+“終點(diǎn)Y坐標(biāo)”，僅保留雙引號(hào)中的內(nèi)容且坐標(biāo)值僅保留小數(shù)點(diǎn)后一位，例如：X2879851.4Y428808.1-X2879856.5Y428799.5。

(3)為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息表(管段缺陷信息表以及管段健康度分段圖片信息表)中對(duì)象空間化，將管段缺陷信息表拆分成管段缺陷點(diǎn)信息表和管段缺陷線信息表。在管段缺陷點(diǎn)信息表和管段健康度分段圖片信息表中增加了“X”、“Y”兩個(gè)字段，用于存儲(chǔ)缺陷點(diǎn)的坐標(biāo)；在管段缺陷線信息表增加了“X1”、“Y1”、“X2”、“Y2”四個(gè)字段，用于存儲(chǔ)缺陷線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)；在上述3個(gè)表中增加“SFZD”、“GXDDH”、“GXDGS”、“DIRECTION”四個(gè)字段，用于確定對(duì)應(yīng)的管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有管線點(diǎn)、管線點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、管線點(diǎn)個(gè)數(shù)以及檢測(cè)方向與流向的關(guān)系。

(4)管段健康度分段圖片信息表中對(duì)應(yīng)的檢測(cè)照片按照以下規(guī)則以文件的形式存儲(chǔ)。

①圖片文件存放路徑

污水路徑：[XMMC][DLMC]ws；雨水路徑：[XMMC][DLMC]ys

說(shuō)明：[XMMC]：項(xiàng)目名稱；[DLMC]：道路名稱。

②圖片文件名規(guī)則

文件名：[QSJH]-[ZZJH]-[距離][拍攝方向].JPG

說(shuō)明：[QSJH]：管段起點(diǎn)井號(hào)；[ZZJH]：管段終點(diǎn)井號(hào)；[距離]：圖片位置與起點(diǎn)井之間的距離，精確到分米，如12345表示距離為1234.5米；[拍攝方向]：圖片拍攝方向，A表示上；B表示中；C表示下。

例如：WS1-WS2-01234A.JPG。

(5)管段狀況信息表中對(duì)應(yīng)的檢測(cè)視頻按照以下規(guī)則以文件的形式存儲(chǔ)。

①視頻文件格式為MP4，編碼格式為H264。

②同一管段健康度視頻如果包含正向(起點(diǎn)到終點(diǎn)方向)和反向(終點(diǎn)到起點(diǎn)方向)，要求正向視頻為一個(gè)視頻文件，反向視頻為一個(gè)視頻文件。

③視頻文件存放路徑

污水路徑：[XMMC][DLMC]ws；雨水路徑：[XMMC][DLMC]ys

說(shuō)明：[XMMC]：項(xiàng)目名稱；[DLMC]：道路名稱。

④視頻文件名規(guī)則

文件名：[QSJH]-[ZZJH].MP4

說(shuō)明：[QSJH]：管段起點(diǎn)井號(hào)；[ZZJH]：管段終點(diǎn)井號(hào)。

例如：WS1-WS2.MP4。

(6)管段缺陷點(diǎn)信息表和管段缺陷線信息表中對(duì)應(yīng)的檢測(cè)照片按照以下規(guī)則以文件的形式存儲(chǔ)。

①照片文件存放路徑

污水路徑：[XMMC][DLMC]ws；雨水路徑：[XMMC][DLMC]ys

說(shuō)明：[XMMC]：項(xiàng)目名稱；[DLMC]：道路名稱。

②照片文件名規(guī)則

文件名：[QSJH]-[ZZJH]-[距離][序號(hào)].JPG

說(shuō)明：[QSJH]：管段起點(diǎn)井號(hào)；[ZZJH]：管段終點(diǎn)井號(hào)；[距離]：圖片位置與起點(diǎn)井之間的距離，精確到分米，如12345表示距離為1234.5米；[序號(hào)]：圖片序號(hào)，000～999。

例如：WS1-WS2-0123401.JPG。

4 排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)流程

4.1 排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)流程(見(jiàn)圖2)

圖2排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)流程

4.2 對(duì)排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查

4.3 對(duì)排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果對(duì)應(yīng)的管線起點(diǎn)及終點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行匹配

經(jīng)過(guò)4.2檢查的數(shù)據(jù)都可以在排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)管線的起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)以及可能存在的中間點(diǎn)坐標(biāo)。該步驟由程序自動(dòng)完成。

4.4 對(duì)排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果中切片點(diǎn)及缺陷點(diǎn)或線的位置進(jìn)行計(jì)算

經(jīng)過(guò)4.3坐標(biāo)匹配完成的數(shù)據(jù)，根據(jù)“TPWZ”或“WZ”字段所存儲(chǔ)的距離信息結(jié)合起終點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出切片點(diǎn)及缺陷點(diǎn)或線的位置。管段健康度分段圖片信息表中的“TPWZ”字段中只存儲(chǔ)一個(gè)距離信息，為點(diǎn)對(duì)象；管段缺陷信息表中的“WZ”中存儲(chǔ)的內(nèi)容為一個(gè)距離信息(例如“1.00”)時(shí)，識(shí)別為點(diǎn)對(duì)象；管段缺陷信息表中的“WZ”中存儲(chǔ)的內(nèi)容為距離段信息(例如“1.00-3.50”)時(shí)，識(shí)別為線對(duì)象。點(diǎn)對(duì)象只計(jì)算一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，線對(duì)象會(huì)計(jì)算出線的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)。

4.5 將排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果中切片點(diǎn)及缺陷點(diǎn)或線的位置空間化

清華山維EPS平臺(tái)相對(duì)開(kāi)放，通過(guò)VBScript二次開(kāi)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)由EXCEL表格創(chuàng)建圖形以及圖形文件到Personal Geodatabase的文件格式轉(zhuǎn)換，因此本研究?jī)?yōu)先選定了該平臺(tái)進(jìn)行切片點(diǎn)及缺陷點(diǎn)或線的位置空間化。該過(guò)程的最終成果符合ArcGIS 9.3及Oracle 10g的要求。

4.6 檢測(cè)視頻以及檢測(cè)照片歸檔整理

檢測(cè)視頻以及檢測(cè)照片依據(jù)3.3的要求，進(jìn)行存儲(chǔ)，形成最終的排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容

5.1 排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)的目的

(1)順應(yīng)大數(shù)據(jù)發(fā)展應(yīng)用的趨勢(shì)，將零散的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，豐富地方空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容；

(2)將文本信息轉(zhuǎn)換成圖形；

(3)配合相應(yīng)的GIS軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽、統(tǒng)計(jì)以及分析等功能。

3) 當(dāng)政策模糊性高、沖突程度低的情況下，選用試驗(yàn)性實(shí)行。 依照Matland的觀點(diǎn)，該模式的支配要素是“情境”，情境是由政策對(duì)象中資源和參與者的數(shù)量決定的，不同的情境決定了政策的實(shí)行效果不同。 這里特別強(qiáng)調(diào)了政策實(shí)行中的“試驗(yàn)性”。

5.2 排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)與排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)技術(shù)

要建立排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)與排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)，就必須在兩套數(shù)據(jù)之間建立起一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，即每一條檢測(cè)信息都能找到其對(duì)應(yīng)的管線專題數(shù)據(jù)，每一條管線專題數(shù)據(jù)都能找到屬于自己的檢測(cè)信息。

為了建立上述對(duì)應(yīng)關(guān)系，需分別在檢測(cè)信息表及排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線圖層中增加“GDHCODE”字段，該字段存儲(chǔ)的內(nèi)容為管線專題數(shù)據(jù)的空間起點(diǎn)及終點(diǎn)坐標(biāo)，格式：“X”+“起點(diǎn)X坐標(biāo)”+“Y”+“起點(diǎn)Y坐標(biāo)”+“-”+“X”+“終點(diǎn)X坐標(biāo)”+“Y”+“終點(diǎn)Y坐標(biāo)”，僅保留雙引號(hào)中的內(nèi)容且坐標(biāo)值僅保留小數(shù)點(diǎn)后一位，例如：X2879851.4Y428808.1-X2879856.5Y428799.5(以下稱為“GDHCODE值”)。其中排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線圖層中該字段的值是通過(guò)自身空間屬性進(jìn)行賦值，該值具有唯一性。檢測(cè)信息表中該字段的值是通過(guò)檢測(cè)記錄中存儲(chǔ)的檢測(cè)對(duì)象起止點(diǎn)號(hào)與管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線圖層中對(duì)應(yīng)起止點(diǎn)號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配后獲得。

在大多數(shù)情況下排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中管線數(shù)據(jù)都是井到井直接連線的數(shù)據(jù)，但是現(xiàn)實(shí)道路中仍然不可避免地會(huì)遇到兩個(gè)井的管線存在彎折的情況，導(dǎo)致排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中管線數(shù)據(jù)并不是井連井，而是中間添加了一個(gè)或多個(gè)管線點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)變成井連點(diǎn)、……、點(diǎn)連井的情況；在排水管網(wǎng)電視檢測(cè)時(shí)檢測(cè)對(duì)象的起點(diǎn)及終點(diǎn)通常是井。所以排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中管線數(shù)據(jù)的“GDHCODE”字段只能存儲(chǔ)一個(gè)GDHCODE值；排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)中的“GDHCODE”字段會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)多個(gè)GDHCODE值的情況，這使得排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)中的“GDHCODE”字段賦值變得相當(dāng)復(fù)雜，為此編寫(xiě)了“排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)”程序。

5.3 非直線排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)空間化的關(guān)鍵技術(shù)

在大多數(shù)情況下排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中管線數(shù)據(jù)都是井到井直接連線的數(shù)據(jù)，但是現(xiàn)實(shí)道路中仍然不可避免地會(huì)遇到兩個(gè)井的管線存在彎折的情況，導(dǎo)致排水管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中兩個(gè)井之間的管線數(shù)據(jù)并不在一條直線上。

圖3非直線排水管網(wǎng)電視檢測(cè)圖形展示((a)圖錯(cuò)誤、(b)圖準(zhǔn)確)

如圖3(a)圖所示，如果僅僅依據(jù)檢測(cè)記錄中存儲(chǔ)檢測(cè)對(duì)象的起止點(diǎn)號(hào)與管線專題數(shù)據(jù)庫(kù)中的管線圖層中對(duì)應(yīng)起止點(diǎn)號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配來(lái)獲取起終點(diǎn)的坐標(biāo)，最終所獲得的圖形與管線的實(shí)際軌跡完全脫離，并不是最真實(shí)的數(shù)據(jù)表達(dá)，也可以認(rèn)為是完全錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

如圖3(b)圖所示，所有的檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換后得到的圖形都依附于管線本身，即所有缺陷以及分段圖片的位置與管線自身位置一致。只有足夠準(zhǔn)確的缺陷以及分段圖片位置才能夠?yàn)橄乱徊降男迯?fù)工作提供可靠的依據(jù)。

非直線排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)空間化的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：

(1)項(xiàng)目范圍內(nèi)的排水管線專題數(shù)據(jù)中所有排水設(shè)施(包括各種井、水篦等)以及管道轉(zhuǎn)折點(diǎn)都用于唯一編號(hào)(具體編號(hào)規(guī)則過(guò)于復(fù)雜，本文不對(duì)其進(jìn)行描述)。

(2)項(xiàng)目范圍內(nèi)的排水管線專題數(shù)據(jù)中所有的排水管道數(shù)據(jù)都具有方向性(排水管道按照實(shí)際流向定義數(shù)據(jù)的方向)。

(3)視頻檢測(cè)人員在進(jìn)行視頻檢測(cè)時(shí)可以依據(jù)實(shí)際檢測(cè)條件，選擇從上游井向下游井檢測(cè)，也可以選擇反向檢測(cè)，并做相應(yīng)記錄。

(4)視頻檢測(cè)信息表中不僅要記錄被檢測(cè)管段起止井的編號(hào)，還要記錄中間可能遇到的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的編號(hào)。在遇到多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，要按照視頻檢測(cè)的方向依次記錄轉(zhuǎn)折點(diǎn)的編號(hào)。

(5)在排水管線專題數(shù)據(jù)以及視頻檢測(cè)相關(guān)信息表達(dá)到上述技術(shù)要求的前提下，通過(guò)一定的算法用編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)空間化的自動(dòng)處理。編程的主要思路是：對(duì)于點(diǎn)信息，可以根據(jù)其位置描述采用尋跡算法算出點(diǎn)的空間坐標(biāo)；對(duì)于線信息，除了根據(jù)其位置描述采用尋跡算法算出線的起止點(diǎn)空間坐標(biāo)，還要在尋跡過(guò)程中記錄起止點(diǎn)之間轉(zhuǎn)折點(diǎn)的空間坐標(biāo)，合并成完整線的空間坐標(biāo)。

5.4 開(kāi)發(fā)排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)程序開(kāi)發(fā)

為了完成排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)，共編寫(xiě)了兩個(gè)程序：

一是，基于VB6.0開(kāi)發(fā)的排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)程序，如圖4所示，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)檢查、坐標(biāo)匹配以及計(jì)算坐標(biāo)的自動(dòng)化，最大化地降低了人工成本并且保證了建庫(kù)成果質(zhì)量的統(tǒng)一性。

圖4 排水管網(wǎng)電視檢測(cè)數(shù)據(jù)成果建庫(kù)程序

二是，基于清華山維EPS平臺(tái)，EPS平臺(tái)提供了模板定制、工作臺(tái)面定制及腳本二次開(kāi)發(fā)的接口，適應(yīng)測(cè)繪信息化的要求，并且在管線數(shù)據(jù)處理方面非常成熟[5]。通過(guò)vbscript二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了Excel格式帶坐標(biāo)的數(shù)據(jù)表格到圖屬合一的圖形文件的轉(zhuǎn)換功能以及最終輸出符合ArcGIS 9.3及Oracle 10g標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)的功能。

6 結(jié) 語(yǔ)

截至目前，《四城區(qū)排水管網(wǎng)(雨、污水)排查》項(xiàng)目進(jìn)展已經(jīng)過(guò)半，本研究的技術(shù)成果已經(jīng)得到了充分的實(shí)踐驗(yàn)證，該項(xiàng)目的部分階段性數(shù)據(jù)成果已經(jīng)配合相關(guān)信息系統(tǒng)完成了所有功能的測(cè)試，滿足該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。