上海市地下管線多源數(shù)據(jù)融合更新技術(shù)研究

申娟

摘要：上海市鋪設(shè)地下管線已有150多年歷史，全市地下管線已超過(guò)12萬(wàn)km，呈現(xiàn)出縱橫交錯(cuò)、隱蔽性強(qiáng)、密度高的特點(diǎn)。城市“生命線”的飛速發(fā)展帶來(lái)的地下管線管理更新問(wèn)題也日趨復(fù)雜。該文通過(guò)分析研究管線數(shù)據(jù)更新的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前最新海量空間數(shù)據(jù)更新的技術(shù)方法，提出了基于要素的增量式區(qū)域更新方法。該方法既可節(jié)約管線更新投入的人力和財(cái)力，也可以提高管線數(shù)據(jù)更新的效率，保障了海量管線數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)勢(shì)性。

關(guān)鍵詞：地下管線??多源數(shù)據(jù)??數(shù)據(jù)融合??數(shù)據(jù)更新

中圖分類(lèi)號(hào)：TU990.3????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research?on?Multi-Source?Data?Fusion?and?Update?Technology?of??Underground?Pipelines?in?Shanghai

SHEN?Juan

（Wuhan?Wismap?Technology?Co.，?Ltd.，?Shanghai，?200063?China）

Abstract：?The?laying?of?underground?pipelines?in?Shanghai?has?a?history?of?more?than?150?years，?and?underground?pipelines?in?the?whole?city?has?exceeded?120，000?kilometers，?showing?the?characteristics?of?crisscrossing，?strong?concealment?and?high?density.?The?management?and?renewal?of?underground?pipelines?brought?by?the?rapid?development?of?urban?"lifelines"?has?become?increasingly?complex.?By?analyzing?and?studying?the?characteristics?of?pipeline?data?update，?combined?with?the?current?latest?technical?methods?of?massive?spatial?data?update，?this?paper?proposes?an?element-based?incremental?regional?update?method.?This?method?can?not?only?save?the?manpower?and?financial?resources?invested?in?pipeline?update，?but?also?improve?the?efficiency?of?pipeline?data?update，?ensuring?the?uptodate?state?of?the?database?of?massive?pipelines.

Key?Words：?Underground?pipeline;?Multi-source?data;?Data?fusion;?Data?update

城市地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著傳遞信息與輸送能量的工作，是城市賴(lài)以生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，被稱(chēng)為城市的“生命線”與“血脈”。2014年６月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》的目標(biāo)任務(wù)中提出了“2015年底前，完成城市地下管線普查，建立綜合管理信息系統(tǒng)，編制完成地下管線綜合規(guī)劃。力爭(zhēng)用５年時(shí)間，完成城市地下老舊管網(wǎng)改造，將管網(wǎng)漏失率控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，顯著降低管網(wǎng)事故率，避免重大事故發(fā)生。用10年左右時(shí)間，建成較為完善的城市地下管線體系，使地下管線建設(shè)管理水平能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，應(yīng)急防災(zāi)能力大幅提升?！蹦壳埃珖?guó)城市地下管線普查工作已基本完成，形成了側(cè)重于城市地下管線空間位置的普查數(shù)據(jù)，普查數(shù)據(jù)缺少專(zhuān)業(yè)管線的運(yùn)維數(shù)據(jù)，設(shè)施設(shè)備也與專(zhuān)業(yè)管線單位不一致，局部空間位置表達(dá)失真。為了確保普查數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性與準(zhǔn)確性，動(dòng)態(tài)更新也需提上日程，同時(shí)專(zhuān)業(yè)管線單位經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)維，積累了大量管線運(yùn)維數(shù)據(jù)和竣工測(cè)量數(shù)據(jù)，充分利用上述數(shù)據(jù)，開(kāi)展多源數(shù)據(jù)融合，來(lái)確保城市地下管線普查數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新，不失為目前城市地下管線普查數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新的有效途徑[2]。該文就供水管網(wǎng)多源數(shù)據(jù)融合更新為例進(jìn)行探討。

1?管線數(shù)據(jù)來(lái)源分析

管線數(shù)據(jù)來(lái)源包括歷史數(shù)據(jù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)、普查數(shù)據(jù)和跟測(cè)竣工數(shù)據(jù)，具體情況如圖1所示。

普查數(shù)據(jù)、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)和竣工圖數(shù)據(jù)是目前城市管線數(shù)據(jù)的主要來(lái)源[3]。?由于行業(yè)背景、應(yīng)用目的等方面的區(qū)別，導(dǎo)致地下管線普查數(shù)據(jù)、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)和竣工圖數(shù)據(jù)之間存在許多差異。通過(guò)對(duì)普查數(shù)據(jù)、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)和竣工圖數(shù)據(jù)的分析和差異對(duì)比，普查數(shù)據(jù)、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)和竣工圖數(shù)據(jù)的差異主要表現(xiàn)在空間位置、分類(lèi)分層、存儲(chǔ)方式和屬性差異。3種數(shù)據(jù)的主要差異具體如圖2所示。

2?更新思路

海量地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)更新融合技術(shù)是在要素更新的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合管線更新的特點(diǎn)形成的[4]。其總體思路為數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)入庫(kù)。總體技術(shù)思路如圖3所示。

2.1?數(shù)據(jù)提取

根據(jù)綜合地下管線空間特點(diǎn)，采取區(qū)域數(shù)據(jù)提取的方法，將待更新區(qū)域的管線數(shù)據(jù)提取分析，然后導(dǎo)出為數(shù)據(jù)更新需要的數(shù)據(jù)格式，同時(shí)建立區(qū)域數(shù)據(jù)備份。

2.2?對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新與融合

主要有數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)成圖與接邊和數(shù)據(jù)融合這4個(gè)部分。數(shù)據(jù)更新指管線探測(cè)人員對(duì)待更新區(qū)域內(nèi)的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何更新和數(shù)據(jù)更新[5];?數(shù)據(jù)檢查指對(duì)外業(yè)更新數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查，包括管線數(shù)據(jù)合理性檢查、管線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)性檢查和完整性檢查等;?數(shù)據(jù)成圖與接邊檢查指將經(jīng)過(guò)檢查的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)成圖，并通過(guò)自動(dòng)和人工結(jié)合方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊檢查;?數(shù)據(jù)融合指對(duì)通過(guò)檢查的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)融合與檢查，并達(dá)到入庫(kù)要求[6]。

2.3?數(shù)據(jù)庫(kù)更新

對(duì)預(yù)融合成功的數(shù)據(jù)采用基于要素的方式增量更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將區(qū)域數(shù)據(jù)備份遷移到管線數(shù)據(jù)歷史庫(kù)。

3?技術(shù)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述海量空間數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)更新融合技術(shù)思路，研究提出了數(shù)據(jù)區(qū)域提取分析技術(shù)、自動(dòng)檢查與輔助糾錯(cuò)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合更新技術(shù)3種主要技術(shù)方法。

3.1?數(shù)據(jù)區(qū)域提取分析技術(shù)

數(shù)據(jù)區(qū)域提取分析技術(shù)的關(guān)鍵在于區(qū)域提取更新和區(qū)域邊界數(shù)據(jù)分析處理。區(qū)域提取更新是通過(guò)對(duì)城市地下管線更新維護(hù)方案的綜合分析，并結(jié)合地下管線規(guī)劃建設(shè)區(qū)域性的特點(diǎn)提出的，相較于傳統(tǒng)管線更新方法，具有高效、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、低耗的優(yōu)勢(shì)，可滿足海量管線數(shù)據(jù)庫(kù)更新的需求，保障其現(xiàn)勢(shì)性。

區(qū)域邊界數(shù)據(jù)分析處理是同后期接邊融合相結(jié)合。其過(guò)程大致分為三步：?一是確定提取的區(qū)域和管類(lèi);?二是檢索記錄提取范圍內(nèi)及邊界管點(diǎn)和管線記錄，并對(duì)其按照邊界內(nèi)管點(diǎn)、邊界外管點(diǎn)、邊界管點(diǎn)管線進(jìn)行分類(lèi)，建立邊界管點(diǎn)管線對(duì)應(yīng)關(guān)系表，為數(shù)據(jù)接邊融合提供參照數(shù)據(jù);?三是在管線管理系統(tǒng)中標(biāo)示更新區(qū)域、導(dǎo)出待更新管線數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立該區(qū)域管線數(shù)據(jù)臨時(shí)備份。

3.2?自動(dòng)檢查與輔助糾錯(cuò)技術(shù)

自動(dòng)檢查與輔助糾錯(cuò)技術(shù)指對(duì)更新后的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件自動(dòng)化檢查，并提供錯(cuò)誤信息的詳情與定位，輔助技術(shù)人員進(jìn)行更新糾錯(cuò)，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新融合的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于海量管線數(shù)據(jù)庫(kù)更新的前提是有一套針對(duì)管線數(shù)據(jù)普查的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)更新的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)檢查并修正更新錯(cuò)誤。該文以陳勇?tīng)款^制定的《城鎮(zhèn)地下管線普查技術(shù)規(guī)程》《城鎮(zhèn)地下管線普查數(shù)據(jù)規(guī)定》為基礎(chǔ)，研究了針對(duì)地下管線更新的自動(dòng)檢查和輔助糾錯(cuò)技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)研發(fā)了數(shù)據(jù)檢查系統(tǒng)，保障了管線數(shù)據(jù)融合更新質(zhì)量。

3.3?數(shù)據(jù)融合更新技術(shù)

數(shù)據(jù)融合更新的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于數(shù)據(jù)接邊檢查和基于要素增量式更新。管線數(shù)據(jù)接邊檢查是在充分利用管線數(shù)據(jù)空間連接和屬性特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)更新邊界管點(diǎn)管線對(duì)應(yīng)表，達(dá)到管線數(shù)據(jù)接邊的目的。該方法減少了拓?fù)溆?jì)算量，實(shí)現(xiàn)了接邊精準(zhǔn)控制，提高了管線數(shù)據(jù)接邊效率，達(dá)到了管線數(shù)據(jù)接邊精度要求，接邊檢查流程如圖4所示。

基于要素增量式更新是借鑒王東華等提出的國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)更新總體技術(shù)，針對(duì)海量管線數(shù)據(jù)庫(kù)更新提出的，該技術(shù)不同于以往的管線傳統(tǒng)式更新技術(shù)，采用了增量式的更新方法，在更新過(guò)程中記錄管線的更新變化信息，記錄更新?tīng)顟B(tài)和更新時(shí)間，只對(duì)發(fā)生變化的要素進(jìn)行更新、檢查、融合、建庫(kù)，大大提高了管線更新的效率，也便于管線多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與管理。圖5為一小塊區(qū)域的數(shù)據(jù)接邊處理示意圖。

4?結(jié)語(yǔ)

地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新是保障地下管線智慧管理的重要基礎(chǔ)，是綜合管理信息系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮作用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，因此做好數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新工作的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是保障數(shù)據(jù)更新工作落地的最后環(huán)節(jié)，是保障數(shù)據(jù)最終入庫(kù)管理的必要基礎(chǔ)。在地下管線動(dòng)態(tài)更新機(jī)制尚未建立之前，“普查＋修補(bǔ)測(cè)”的工作模式是保障數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性的最有效的途徑，做好兩者間的無(wú)縫銜接和最優(yōu)實(shí)現(xiàn)是我們首先考慮的問(wèn)題，上海在這方面進(jìn)行嘗試；期待通過(guò)完善動(dòng)態(tài)更新機(jī)制的建立，加強(qiáng)管線竣工測(cè)量?成果的收集，真正讓地下管線進(jìn)入動(dòng)態(tài)更新的良性循環(huán)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?chǎng)?，陳勇，胡本剛，?淺談城市地下管線要素屬性融合[J].測(cè)繪與空間地理信息，2022，45（4）：199-203，208.

[2] 范娟娟，周磊，鞠建榮.專(zhuān)業(yè)管線與綜合管線數(shù)據(jù)匹配融合方法研究：以供水管線為例[J].城市勘測(cè)，2021（3）：27-31.

[3] 胡云斌.多傳感器數(shù)據(jù)融合的地下管線探測(cè)算法的研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2018.

[4] 劉新新，李豐鵬，王長(zhǎng)祥.濟(jì)南市地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2022，45（1）：56-59.

[5] 郝會(huì)民，李慧，陳琳.石家莊市地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新[J].城市勘測(cè)，2021（2）：80-82，86.[6] 魏子雄，張新新，夏磊凱.非公共空間管線信息共享及協(xié)同更新研究：以南京市為例[J].地理信息世界，2022，29（2）：106-109.