基于DMGIS的地下管線探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘" 要：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)管線探測(cè)作業(yè)模式與內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理流程的分析，給出地下管線探測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。軟件包括基于分布式移動(dòng)地理信息服務(wù)技術(shù)的移動(dòng)端外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于AutoCAD平臺(tái)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。通過(guò)優(yōu)化作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)管線探測(cè)外業(yè)與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的一體化。應(yīng)用在電力行業(yè)線纜工程勘察領(lǐng)域的實(shí)例表明，軟件可以提高管線探測(cè)效率，提升管線成果質(zhì)量，降低工作復(fù)雜度，為管線工程設(shè)計(jì)、施工提供良好的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：管線探測(cè)；內(nèi)外業(yè)一體化；分布式移動(dòng)地理信息服務(wù)；作業(yè)流程；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU990.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）32-0111-05

Abstract： Based on the analysis of the traditional pipeline detection operation mode and the internal and external data processing process， the design plan of the integrated internal and external software system for underground pipeline detection is given. The software includes a mobile field data collection system based on distributed mobile geographical information service technology and an indoor data processing system based on AutoCAD platform. By optimizing the operating process， the integration of pipeline detection field and field data processing is realized. Examples applied in the field of cable engineering survey in the power industry show that the software can improve pipeline detection efficiency， improve the quality of pipeline results， reduce work complexity， and provide good technical support for pipeline engineering design and construction.

Keywords： pipeline detection; integration of internal and external industries; distributed mobile geographic information services; job flow; design

城市地下管線設(shè)施由供水、排水、供熱、燃?xì)狻㈦娏?、通信、工業(yè)管線以及綜合管廊等構(gòu)成，它們以不可見(jiàn)的方式埋設(shè)在地下，成為城市生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的部分。近年來(lái)，我國(guó)城市化進(jìn)程趨于穩(wěn)定，作為基礎(chǔ)設(shè)施的地下管網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)相對(duì)滯后，管線存檔資料陳舊、管理機(jī)制不完善等因素給管線新建、改造以及維修等帶來(lái)很大障礙，施工開(kāi)挖造成管線破損等安全事故屢有發(fā)生，這就要求前期的管線探測(cè)工作務(wù)必做足做細(xì)，既要保證探查成果的全面性，又要兼顧探查成果的精度，使得后期的工程施工順利進(jìn)行。傳統(tǒng)管線探測(cè)工作是使用物探和測(cè)量?jī)x器、工具，加上工作人員的經(jīng)驗(yàn)，將探測(cè)區(qū)域各類(lèi)管線的空間位置、連接關(guān)系以及各類(lèi)屬性探查清楚，以文字、表格、草圖等形式記錄下來(lái)，利用成圖軟件編繪成管線圖，為工程設(shè)計(jì)、施工提供可靠依據(jù)。但是傳統(tǒng)管線探測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作存在效率低、容錯(cuò)率低等問(wèn)題，主要體現(xiàn)如下。①人工探查工作量大：傳統(tǒng)管線探測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集需要依靠手工記錄，包括管線的平面位置、埋深、材質(zhì)等信息，工作量大；②數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證：人工探查易受操作技術(shù)水平、測(cè)量工具的精度等影響，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量無(wú)法保證；③數(shù)據(jù)整理和維護(hù)困難：傳統(tǒng)的管線屬性數(shù)據(jù)采用紙質(zhì)記錄或手工整理，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)位、難以檢索等問(wèn)題，給后期的數(shù)據(jù)入庫(kù)和維護(hù)造成影響；④內(nèi)業(yè)工作和外業(yè)工作不連貫，數(shù)據(jù)傳遞不及時(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題很難及時(shí)核實(shí)并解決[1]。

內(nèi)外業(yè)一體化利用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)和常規(guī)物探方法獲取地下管線空間和屬性信息，將野外實(shí)地探查和室內(nèi)分析處理相結(jié)合，使得地下管線數(shù)據(jù)從采集到處理，從分析到成果輸出標(biāo)準(zhǔn)化和流程化。其目的是建立合理的作業(yè)流程，做好內(nèi)外業(yè)工作的銜接，減少銜接中的重復(fù)和低效環(huán)節(jié)，使內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)屬性統(tǒng)一，管線數(shù)據(jù)在不同的應(yīng)用軟件平臺(tái)交互良好[2]。分布式移動(dòng)地理信息服務(wù)（Distributed Mobile Geographic Information Service，DMGIS）將計(jì)算機(jī)、測(cè)繪和移動(dòng)通信技術(shù)等有機(jī)融合，運(yùn)用在管線數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)分布式管線數(shù)據(jù)的共享[3]，使得智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備能快速完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集，在移動(dòng)GIS的跨平臺(tái)內(nèi)核、同步定位技術(shù)支撐下[4]，借助基于AutoCAD平臺(tái)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的編輯、處理與入庫(kù)，最終完成管線圖的編繪和管線成果表的輸出。

1" 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1" 系統(tǒng)組成

地下管線探測(cè)系統(tǒng)基于DMGIS技術(shù)，主要由以下4部分組成。①外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：基于DMGIS技術(shù)開(kāi)發(fā)，實(shí)時(shí)獲取地下管線空間位置，并記錄管線的埋深、材質(zhì)、管徑等屬性信息[5]，系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能，可將管線數(shù)據(jù)同步至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；②內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：基于AutoCAD平臺(tái)開(kāi)發(fā)，對(duì)外業(yè)采集的管線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和編輯，同時(shí)完成數(shù)據(jù)拓?fù)渫暾詸z查和一致性檢查等，保證數(shù)據(jù)的可靠性，系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)入和導(dǎo)出，方便與其他GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；③空間數(shù)據(jù)庫(kù)：采用具備空間數(shù)據(jù)管理功能的Access關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份和恢復(fù)，并對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行管理，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性；④通信與傳輸系統(tǒng)：在多源異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，完成分布式管線數(shù)據(jù)的傳輸和共享。外業(yè)設(shè)備與內(nèi)業(yè)處理軟件間的數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線通信技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

1.2" DMGIS技術(shù)

DMGIS作為一種較新的空間信息服務(wù)和應(yīng)用模式，將GIS技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)有機(jī)融合，使用戶快速獲取由不同GIS服務(wù)商提供的地理信息，滿足移動(dòng)用戶對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的需求。DMGIS包括以下平臺(tái)。①移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商平臺(tái)：由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，保證移動(dòng)端設(shè)備與服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信；②定位平臺(tái)：采用連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（Continuously Operating Reference System， CORS）向移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集設(shè)備提供實(shí)時(shí)的定位和導(dǎo)航數(shù)據(jù)；③應(yīng)用服務(wù)提供商平臺(tái)：針對(duì)地下管線探測(cè)提供的GIS應(yīng)用系統(tǒng)——地下管線探測(cè)系統(tǒng)；④公眾地理信息服務(wù)平臺(tái)：由政府或大型GIS服務(wù)企業(yè)向全社會(huì)提供基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)、更新和發(fā)布，這是DMGIS的核心部分。由于基礎(chǔ)地理信息屬于海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源各異，數(shù)據(jù)類(lèi)型有柵格、矢量以及矢柵一體化等，數(shù)據(jù)精度也不盡相同，公眾GIS服務(wù)平臺(tái)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)采取區(qū)域分布式架構(gòu)或云服務(wù)架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分布在不同地理區(qū)域，以保障網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡和較高的數(shù)據(jù)安全性，天地圖、高德地圖及百度地圖是目前國(guó)內(nèi)成熟的GIS服務(wù)平臺(tái)。DMGIS架構(gòu)如圖1所示。

1.3" 作業(yè)流程

地下管線探測(cè)系統(tǒng)采用內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程，主要包括外業(yè)流程和內(nèi)業(yè)流程2部分[6]，如圖2所示。

2" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1" 外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由管線探查、測(cè)量管線點(diǎn)坐標(biāo)2部分功能構(gòu)成。管線探查是在收資和現(xiàn)場(chǎng)勘察基礎(chǔ)上，使用人工探查和儀器探查相結(jié)合的方法，進(jìn)行地下管線平面位置、埋深及走向的探查，系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)入探測(cè)區(qū)域的電子地圖作為工作底圖，方便作業(yè)員現(xiàn)場(chǎng)繪制管線草圖；系統(tǒng)如實(shí)記錄管點(diǎn)和管線的屬性信息，如管徑、材質(zhì)、埋設(shè)方式等。作業(yè)員需在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置明顯管線點(diǎn)標(biāo)志，對(duì)于隱蔽管線點(diǎn)則在地面上設(shè)置投影中心標(biāo)志，作為下一工序測(cè)量管線點(diǎn)坐標(biāo)的依據(jù)[7]。

2.2" 管線內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

管線內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要完成管線空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、檢查、分析以及生成管線圖和各類(lèi)管線成果。①數(shù)據(jù)編輯：將管線屬性數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的管線數(shù)據(jù)庫(kù)，建立管線連接關(guān)系，完成屬性數(shù)據(jù)添加；②數(shù)據(jù)查錯(cuò)：對(duì)入庫(kù)管線數(shù)據(jù)查錯(cuò)，包括點(diǎn)線唯一性檢查、管線長(zhǎng)度檢查、偏心點(diǎn)檢查、埋設(shè)方式檢查、變徑檢查、隱蔽點(diǎn)檢查和空管檢查等；③管線分析：完成管線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和各類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)統(tǒng)計(jì)、管線扯旗標(biāo)注、信息更新等；④管線成圖：地下管線探測(cè)成果主要是生成和編繪各種管線圖，利用管線成圖功能進(jìn)行自動(dòng)成圖處理。

2.3" 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與案例

地下管線探測(cè)系統(tǒng)是為電力行業(yè)線纜工程前期的工程勘察定制的軟件系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)電力行業(yè)管線探測(cè)設(shè)計(jì)，要求界面友好，操作方便，管線數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)符合電力行業(yè)管線探測(cè)相關(guān)技術(shù)要求，數(shù)據(jù)交互方便快捷。以濟(jì)南市南郊線纜工程為例，工程覆蓋市中區(qū)主要干道總長(zhǎng)度約50 km，將原有110 kV架空線纜進(jìn)行地埋改造，需要對(duì)施工區(qū)進(jìn)行地下管線探查。工區(qū)位于城市主干道沿線，屬于地下管線密集分布區(qū)域，原有地下管線設(shè)施分布情況復(fù)雜。由于前期資料收集不完備，原有管線調(diào)繪資料不全，給線纜工程的設(shè)計(jì)和施工造成困難。這樣的工況條件下，不宜采取傳統(tǒng)人工探查、手工記錄管線屬性信息的外業(yè)手段。作業(yè)人員使用移動(dòng)端APP快速完成施工區(qū)地下管線外業(yè)數(shù)據(jù)采集，繪制現(xiàn)場(chǎng)管線草圖，并采集管線屬性信息和管線點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)照APP草圖和現(xiàn)場(chǎng)管線進(jìn)行查漏，將管線點(diǎn)表和線表實(shí)時(shí)回傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理，形成施工區(qū)地下管線圖，為后期施工開(kāi)挖提供符合規(guī)范要求的管線分布數(shù)據(jù)，保證施工安全和施工質(zhì)量。施工區(qū)概況如圖3所示。

軟件包括移動(dòng)端外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC端管線內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2部分。

移動(dòng)端外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。移動(dòng)端外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用DMGIS技術(shù)支持的基于位置的服務(wù)（Location Based Services， LBS）[8]，集成了天地圖、高德地圖、百度地圖等的主流公眾GIS服務(wù)，將管線屬性數(shù)據(jù)的采集、草圖繪制、數(shù)據(jù)查錯(cuò)等功能放在外業(yè)工作中完成，移動(dòng)端直接維護(hù)和更新管線數(shù)據(jù)庫(kù)，然后利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)將點(diǎn)表和線表回傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便內(nèi)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)外業(yè)與內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)交互。移動(dòng)端APP的系統(tǒng)界面、草圖繪制、管點(diǎn)屬性采集和管線屬性采集等功能實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

PC端管線內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。管線內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基于AutoCAD平臺(tái)開(kāi)發(fā)，具備管線外業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、查錯(cuò)、編輯和分析統(tǒng)計(jì)等功能，管線數(shù)據(jù)分層布局，單一管線和綜合管線空間分布顯性管理，方便管線圖的編繪和管線成果輸出，軟件界面如圖5所示。

應(yīng)用效果分析。對(duì)比內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)處理和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理，外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中引入移動(dòng)端APP進(jìn)行草圖繪制和管線屬性數(shù)據(jù)的記錄，草圖背景為具有地理坐標(biāo)的工作底圖，方便作業(yè)員在APP中對(duì)管線位置和連接關(guān)系進(jìn)行檢查。由于作業(yè)員對(duì)探查現(xiàn)場(chǎng)的工況以及管線分布情況很熟悉，發(fā)現(xiàn)管線探查有錯(cuò)漏，及時(shí)在APP中修改管線連接關(guān)系和屬性信息，較之于手工繪制草圖和紙質(zhì)表格記錄屬性數(shù)據(jù)，作業(yè)效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性大幅提高；同時(shí)，APP生成的管線表（點(diǎn)表和線表）與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)即可回傳后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，有效減少中間環(huán)節(jié)；內(nèi)業(yè)方面，傳統(tǒng)手段為參照紙質(zhì)草圖和屬性記錄表，作業(yè)員在內(nèi)業(yè)軟件中重新繪制管線，再逐一錄入屬性數(shù)據(jù)，效率很低。而利用一體化內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)的自動(dòng)成圖功能，可快速生成管線圖，工作效率提升明顯。

電力行業(yè)線纜工程前期的管線探查直接服務(wù)于施工，通常是探查工作完成，生成管線圖提交施工方，施工隊(duì)伍馬上實(shí)施開(kāi)挖，這對(duì)管線探查工作的準(zhǔn)確性和時(shí)效性有較高要求。利用一體化軟件具備的內(nèi)外業(yè)快速交互功能，一旦發(fā)現(xiàn)管線錯(cuò)查、漏查等問(wèn)題，及時(shí)修正并告知管線施工人員，有效配合施工進(jìn)度，降低施工成本。

3" 結(jié)束語(yǔ)

在電力行業(yè)線纜工程勘察中引入地下管線探測(cè)系統(tǒng)軟件的實(shí)踐表明，DMGIS技術(shù)的使用和內(nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)流程具有以下優(yōu)勢(shì)：①優(yōu)化管線數(shù)據(jù)采集方式，實(shí)現(xiàn)降本增效。一體化的數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，能大大減少外業(yè)工作量，同時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率也有保障。②保證數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一和管線數(shù)據(jù)質(zhì)量。相對(duì)于傳統(tǒng)紙質(zhì)記錄模式，一體化系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，采集時(shí)數(shù)據(jù)直接錄入移動(dòng)端APP，顯著減少由于不同作業(yè)人員操作，以及作業(yè)經(jīng)驗(yàn)等因素對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量造成的影響。③實(shí)現(xiàn)分布式空間數(shù)據(jù)管理，提升數(shù)據(jù)交互性能。管線系統(tǒng)采用DMGIS技術(shù)，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)由公眾GIS服務(wù)平臺(tái)提供，管線空間數(shù)據(jù)則由管線系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)商自建數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的分布式管理，使得系統(tǒng)具有較大的靈活性，也方便移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在不同地理區(qū)域進(jìn)行管線探測(cè)作業(yè)。同時(shí)，基礎(chǔ)底圖由公眾GIS服務(wù)商提供，可以根據(jù)客戶需求靈活切換，表明管線系統(tǒng)在基礎(chǔ)地理信息獲取方面具備良好的平臺(tái)無(wú)關(guān)性。較之于移動(dòng)GIS技術(shù)，DMGIS技術(shù)在獲取基礎(chǔ)地理信息方面，具有數(shù)據(jù)傳輸速度上的優(yōu)勢(shì)；移動(dòng)端采集的管線屬性數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在自建數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，方便數(shù)據(jù)維護(hù)，有效降低對(duì)公眾GIS服務(wù)平臺(tái)的依賴。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉茂鎖，劉瑞明.供水管網(wǎng)內(nèi)外業(yè)一體化采集質(zhì)檢入庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].經(jīng)緯天地，2023（3）：86-89，97.

[2] 唐新肇.城市地下綜合管線內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量技術(shù)研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（2）：112.

[3] 彭春華，劉建業(yè)，劉岳峰，等.分布式移動(dòng)地理信息服務(wù)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2007（2）：133-138.

[4] 喬彥友，常原飛.移動(dòng)地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的3個(gè)時(shí)代[J].遙感學(xué)報(bào)，2022，26（12）：2399-2410.

[5] 楊澤宇，孫炳見(jiàn).基于Android平臺(tái)的管線調(diào)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].城市勘測(cè)，2017（6）：40-42.

[6] 秦智慧.地下管線探測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].工程勘察，2015，43（9）：76-80.

[7] 于海龍，王儂，謝剛生.城市地下管網(wǎng)信息野外采集到內(nèi)業(yè)一體化成圖作業(yè)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2001（1）：26-28.

[8] 卜健，張琦.基于LBS應(yīng)用的分布式移動(dòng)GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（1）：105-107.