基于數(shù)據(jù)庫的地下管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和動(dòng)態(tài)更新方法研究

向衛(wèi)國，向紅梅

(1.東莞市測繪院. 廣東 東莞 523006； 2.長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，湖南 長沙 410007)

1 引 言

地下管線是城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)內(nèi)容，對城市建設(shè)和管理起著至關(guān)重要的作用，管線信息的現(xiàn)勢性、可靠性等決定了管線數(shù)據(jù)的使用價(jià)值和應(yīng)用范圍。當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新仍面臨諸多困難，一是城市的迅速發(fā)展使得管線擴(kuò)張很快，每年都有大量新鋪設(shè)、改造或被拆除、廢棄的地下管線，要投入大量的人力、物力去探測和處理；二是管線鋪設(shè)技術(shù)日趨復(fù)雜，頂管技術(shù)的應(yīng)用使得管線探測難度進(jìn)一步加大；三是管線數(shù)據(jù)的外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)整理大部分是基于圖形和文本進(jìn)行的，未形成基于數(shù)據(jù)庫的內(nèi)外業(yè)一體化的探測軟件系統(tǒng)，導(dǎo)致管線數(shù)據(jù)獲取的效率低；四是由于管線數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與建庫相互脫節(jié)，生產(chǎn)制圖和數(shù)據(jù)管理使用兩套數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響管線數(shù)據(jù)質(zhì)量及更新入庫的效率。如何選用適宜的軟件平臺、設(shè)計(jì)合理的管線數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、制定管線內(nèi)外業(yè)一體化的數(shù)據(jù)采集作業(yè)流程，開發(fā)集成數(shù)據(jù)編輯、監(jiān)理檢查、成果編制和更新入庫多模塊的管線探測軟件，以提高管線數(shù)據(jù)獲取和更新的效率，是本文要研究解決的技術(shù)問題。

2 管線探測與更新現(xiàn)狀分析

地下管線探測與數(shù)據(jù)更新的作業(yè)過程主要包括管線調(diào)查、管線測量、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)理檢查、成果編制、入庫預(yù)處理和更新入庫七個(gè)部分。其中管線調(diào)查和管線測量是外業(yè)工作，測量人員通過繪制紙質(zhì)草圖或用電子手簿(PDA)記錄調(diào)查得到的管點(diǎn)和管線屬性及其相互之間的連接關(guān)系，利用全站儀或RTK測量管點(diǎn)坐標(biāo)和井蓋高。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)將全站儀記錄的管線測量數(shù)據(jù)和PDA記錄的管線屬性信息導(dǎo)入圖形軟件進(jìn)行編輯，進(jìn)行一系列的檢查和修改。管線成果編制是將處理好的管線數(shù)據(jù)生成管線成果報(bào)表、進(jìn)行管點(diǎn)點(diǎn)號和扯旗標(biāo)注，輸出管線成果圖。同時(shí)，將處理好的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫預(yù)處理和格式轉(zhuǎn)換，形成入庫數(shù)據(jù)，最后將入庫數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

目前許多管線探測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能將PDA調(diào)查的管線屬性和全站儀測量的管線數(shù)據(jù)通過點(diǎn)號配準(zhǔn)的方式融合到一起，避免二次錄入和編輯出現(xiàn)錯(cuò)誤，提高了管線屬性錄入和數(shù)據(jù)編輯的工作效率。但是它們分開存儲圖形和屬性，無法真正做到管線探測內(nèi)外業(yè)一體化，管線數(shù)據(jù)預(yù)入庫的處理工作量大，不利于管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新。為解決這些問題，本文采取基于數(shù)據(jù)庫的軟件平臺進(jìn)行研究，真正實(shí)現(xiàn)管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新。

3 內(nèi)外業(yè)一體化管線探測系統(tǒng)研發(fā)

3.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

管線探測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一般是基于圖形軟件進(jìn)行二次開發(fā)，為實(shí)現(xiàn)管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，需要將管線圖形數(shù)據(jù)和屬性信息統(tǒng)一存儲管理，管線生產(chǎn)圖形數(shù)據(jù)要與管理空間數(shù)據(jù)庫采用同一套要素編碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用GIS的點(diǎn)、線、面三種幾何類型來定義管線點(diǎn)、管線線和管線附屬設(shè)施面，按照管線的小類分別設(shè)定管線點(diǎn)圖層、線圖層和面圖層，此外還有專門存放測量范圍線(即更新范圍線)的范圍線圖層。

根據(jù)管線的特性，分別設(shè)計(jì)管線點(diǎn)屬性表、管線線屬性表和管線面屬性表的屬性字段。每一個(gè)地物要素除了通用屬性字段，還有3個(gè)共同字段：全球唯一ID碼(Feature GUID)、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間。每一個(gè)管線探測項(xiàng)目須有測量范圍線，范圍線除了建設(shè)單位、工程名稱、檢查員等記錄元數(shù)據(jù)信息的字段，還有在動(dòng)態(tài)更新入庫中起關(guān)鍵作用的4個(gè)字段：GUID、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間、下載時(shí)間。

3.2 內(nèi)外業(yè)一體化流程定制

內(nèi)外業(yè)一體化的管線探測與更新作業(yè)過程可概括為數(shù)據(jù)下載與轉(zhuǎn)換、管線探查與測量、數(shù)據(jù)處理與編輯、監(jiān)理檢查、成果編制和更新入庫6個(gè)步驟，它始于從管線數(shù)據(jù)庫下載修測數(shù)據(jù)、止于將修測更新數(shù)據(jù)入庫到管線數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。

圖1 管線探測內(nèi)外業(yè)一體化和動(dòng)態(tài)更新入庫流程

(1)數(shù)據(jù)下載與轉(zhuǎn)換：根據(jù)管線測量任務(wù)，繪制測量范圍線，從管線數(shù)據(jù)庫下載范圍內(nèi)的已有管線數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為cef格式，導(dǎo)入PDA掌上機(jī)。

(2)管線探查與測量：外業(yè)管線調(diào)查時(shí)利用PDA邊繪制草圖邊錄入屬性信息，同時(shí)利用全站儀或RTK測量管點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程值，保證PDA記錄的管點(diǎn)編號與測量儀器記錄的一致。

(3)數(shù)據(jù)處理與編輯：管線測量數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算處理后導(dǎo)入EPS的管線軟件平臺自動(dòng)展繪管點(diǎn)圖形，再將PDA的電子草圖導(dǎo)入，進(jìn)行點(diǎn)號配準(zhǔn)、屬性補(bǔ)錄和編輯整理。

(4)監(jiān)理檢查：利用管線測量軟件平臺設(shè)定的檢查程序和方案對管線數(shù)據(jù)的空間邏輯錯(cuò)誤和管線屬性信息進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。

(5)成果編制：根據(jù)需要，進(jìn)行管點(diǎn)標(biāo)注、扯旗、繪制縱橫斷面和圖幅整飾等，并輸出成果圖表。

(6)更新入庫：將經(jīng)過監(jiān)理檢查無誤的管線數(shù)據(jù)通過SDE管理的數(shù)據(jù)入庫程序更新入庫到管線數(shù)據(jù)庫。

3.3 管線探測系統(tǒng)開發(fā)

EPS軟件是北京山維公司自主研發(fā)的測繪軟件平臺，具有圖形繪制、編輯處理、參數(shù)設(shè)置、空間分析、SDE數(shù)據(jù)管理等諸多功能。EPS提供了二次開發(fā)VC++6.0的MFC工具和VBS腳本函數(shù)，還提供了定制工作臺面的工具。用戶可以根據(jù)開發(fā)能力選用VC或VBS進(jìn)行二次開發(fā)，新建一個(gè)管線測量臺面，將編寫的VC程序*.DLL和*.VBS腳本組裝到管線測量臺面內(nèi)，就可以按照設(shè)定的作業(yè)流程開發(fā)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化和動(dòng)態(tài)更新的管線測量軟件平臺。

PDA具有體積小、耗電少、功能全、攜帶方便等特點(diǎn)，已成為首選的野外測量成圖一體化設(shè)備，它采用WinCE操作系統(tǒng)，提供eVC++、eVB編程接口以及COM、USB通信接口。同時(shí)，EPS提供了與PDA配套的電子平板系統(tǒng)EPSCE，用戶可根據(jù)本地作業(yè)習(xí)慣修改或開發(fā)草圖編輯和屬性錄入程序。

管線探測系統(tǒng)主要有導(dǎo)入導(dǎo)出、草圖配準(zhǔn)、管線編輯、圖面整飾、監(jiān)理檢查、成果輸出、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等程序模塊。導(dǎo)入導(dǎo)出模塊包含PC與PDA之間的CEF交換格式數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)入和導(dǎo)出；草圖配準(zhǔn)模塊包含管點(diǎn)配準(zhǔn)、平移旋轉(zhuǎn)和屬性配置；管線編輯模塊包含管點(diǎn)連線、拖線頭、平鋪與恢復(fù)、復(fù)制平鋪等；圖面整飾模塊包含圖例圖廓、點(diǎn)號標(biāo)注、扯旗標(biāo)注、坐標(biāo)標(biāo)注等；監(jiān)理檢查模塊包含管線屬性重算、屬性合理性檢查和空間邏輯檢查等；成果輸出模塊包含管線統(tǒng)計(jì)表、成果表和圖形輸出等；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊包含同shp、dwg、mdb等數(shù)據(jù)格式的相互轉(zhuǎn)換。圖2為管線探測系統(tǒng)軟件界面。

圖2 基于EPS的管線探測系統(tǒng)軟件界面及管線圖

4 管線動(dòng)態(tài)更新

4.1 更新數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)測量范圍線從數(shù)據(jù)庫下載數(shù)據(jù)，若范圍線內(nèi)有管線數(shù)據(jù)則為修測，否則為新測。下面介紹修測方式的管線調(diào)查和測量。

(1)管線調(diào)查：EPSCE是一款管線調(diào)查的電子平板系統(tǒng)，采取數(shù)據(jù)庫和圖形屬性聯(lián)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管線調(diào)查數(shù)據(jù)采集與記錄。將下載的管線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為CEF導(dǎo)入到PDA中，點(diǎn)EPSCE的“工程”→“管線草圖”，選擇管線大類，再選管線小類，用光筆在大致位置上(不必精確)點(diǎn)擊，彈出管點(diǎn)屬性錄入界面，將屬性錄入到管點(diǎn)屬性表，點(diǎn)“確定”結(jié)束管點(diǎn)繪制，自動(dòng)形成管點(diǎn)號(將點(diǎn)號標(biāo)記在地面，以便全站儀測量時(shí)采用此點(diǎn)號)。光筆按住管井符號直接向管線方向拖出一小截管線，抬筆后自動(dòng)進(jìn)入管線屬性表的錄入。當(dāng)探查到下一個(gè)管點(diǎn)時(shí)，可將前一段管線頭直接拖過來連接。

(2)管線測量：PDA的管線草圖只是模擬了管線的相互位置關(guān)系，需要用全站儀或RTK測量管點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)，測量儀器內(nèi)存卡需要記錄與草圖一致的管線點(diǎn)編號，以便進(jìn)行草圖的自動(dòng)配準(zhǔn)，將全站儀的內(nèi)存數(shù)據(jù)下載到PC機(jī)上，經(jīng)過計(jì)算處理后轉(zhuǎn)換成PNT格式。

4.2 編輯與檢查

將外業(yè)獲取的管線CEF草圖和管線測量PNT數(shù)據(jù)導(dǎo)入到管線測量軟件平臺，將草圖與所測管點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行配準(zhǔn)、錄入項(xiàng)目的工程信息、進(jìn)行數(shù)據(jù)合法性檢查等，最終得到可供更新入庫和編制管線成果的管線數(shù)據(jù)。

(1)草圖配準(zhǔn)：可采用單點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)和自動(dòng)搜索三種方式將CEF草圖和PNT測量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。單點(diǎn)是逐點(diǎn)手動(dòng)進(jìn)行匹配；關(guān)鍵點(diǎn)是根據(jù)物探點(diǎn)號將草圖所繪制點(diǎn)按層匹配到同名實(shí)測點(diǎn)上，匹配點(diǎn)位(X、Y)；自動(dòng)搜索則是根據(jù)物探點(diǎn)號自動(dòng)在PNT數(shù)據(jù)中搜尋匹配信息，將草圖所繪制點(diǎn)匹配到同名實(shí)測點(diǎn)上，匹配點(diǎn)位(X、Y)；

(2)數(shù)據(jù)編輯

外業(yè)只能錄入部分屬性，很多屬性需要內(nèi)業(yè)計(jì)算補(bǔ)充?？蓪⒐芫€的工程信息(工程編號、所屬道路等)錄入管線測量范圍線，利用“提取工程信息”給所有管點(diǎn)管線賦工程屬性。管線的坡度、長度、埋深等空間信息可通過程序計(jì)算自動(dòng)賦值。

(3)監(jiān)理檢查

監(jiān)理檢查分圖形和屬性檢查，圖形檢查包含管點(diǎn)缺失及孤點(diǎn)、流向、超長、高程異常等。屬性檢查包含完整、非法、點(diǎn)線關(guān)聯(lián)、連通等檢查。

4.3 動(dòng)態(tài)更新入庫

EPS通過ArcSDE引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)下載、更新入庫和空間數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)下載和更新基于更新范圍線來完成。依據(jù)更新范圍線從管線數(shù)據(jù)庫下載數(shù)據(jù)作為工作底圖，鎖定更新范圍線的下載時(shí)間，經(jīng)外業(yè)修測編輯得到修測更新數(shù)據(jù)。更新入庫時(shí)，先將修測數(shù)據(jù)(稱作“本地”)與數(shù)據(jù)庫源數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和沖突檢測，記錄新增、修改、刪除的地物要素?cái)?shù)量，并為每一個(gè)要素標(biāo)記更新入庫操作印記(“存在沖突、不需入庫、直接入庫、送歷史庫、先送歷史庫再入庫”)。與其他項(xiàng)目(稱作“其他”)進(jìn)行沖突檢測，若存在沖突，則要求下載沖突數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理，待沖突處理同步確認(rèn)后才能更新入庫，若無沖突，則可根據(jù)先前的操作印記進(jìn)行更新入庫。

沖突檢測是利用本地管線數(shù)據(jù)的GUID、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間和更新范圍線的GUID、創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間、下載時(shí)間與數(shù)據(jù)庫里的進(jìn)行比對判別的，如表1所示。

沖突及處理方式 表1

5 結(jié) 語

作者根據(jù)多年從事地下管線探測軟件開發(fā)、管線信息系統(tǒng)建設(shè)、管線數(shù)據(jù)庫管理等工作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過分析管線探測與數(shù)據(jù)更新現(xiàn)狀及存在的問題，選用EPS地理信息工作站為管線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件平臺，基于數(shù)據(jù)庫以及面向要素方式編制管線數(shù)據(jù)編碼和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開發(fā)集管線數(shù)據(jù)的外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)處理、監(jiān)理檢查、數(shù)據(jù)入庫等于一體的管線測量軟件，實(shí)現(xiàn)管線圖形數(shù)據(jù)和屬性信息管理的一體化，管線數(shù)據(jù)外業(yè)探測和內(nèi)業(yè)整理的一體化，以及管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新入庫，極大地提高了管線數(shù)據(jù)采集、編輯、入庫和管理的工作效率，希望能為地下管線探測系統(tǒng)開發(fā)和數(shù)據(jù)管理者提供技術(shù)參考。