利用地下管线普查成果进行撞管现象查找及处理建议

2015-03-29赵万为

测绘通报 2015年1期

赵万为

(上海市测绘院浦东分院，上海200120)

一、引言

关于三维碰撞分析的研究由来已久，它伴随着计算机图形学的发展不断取得新的成果，如今，三维技术已融入各个领域，空间建模、虚拟现实、工业制造等都离不开三维技术的发展。然而，管线三维建模相对发展不成熟，关于管线三维碰撞的研究较少，如何有效地查找撞管点，得出处理撞管的有效方法，是目前面临的重要问题，本文以上海市浦东新区内环道路区域内地下管线普查项目为依托，介绍了利用AutoCAD VBA进行管线撞管点查找的方法，并对撞管统计结果进行分析，提出处理撞管的相关建议。

二、项目背景及数据来源

受浦东新区规划和土地管理局的委托，我院承接了浦东新区内环道路区域内地下管线普查项目的普查任务。

普查成果在三维平台发布时，发现管线有撞管的现象，本文以浦东内环04、05测区的地下管线为研究对象，利用软件对撞管现象进行查找、输出，并对其进行分析。04、05测区普查范围为:罗山路—锦绣路—民生路—源深路—张杨路—东方路—龙阳路，两测区以锦绣路为分界，管线总长度约1017 km。

三、管线撞管概述

1．管线撞管的定义

根据判断方式的不同，管线撞管的定义也不同，从设计出发，管线之间最短距离小于设计要求便产生撞管，本文中的管线撞管是指在同一时刻，三维显示环境下两条或两条以上的管线占有的空间位置发生重叠。

2．目前撞管点的查找和解决思路

随着地下管线信息技术的发展，三维管线信息系统由于可以直观描述管线的三维特征及其空间位置，已成为当前研究的重点，然而目前的管线三维信息系统不能全面地查找撞管点，一般仅能对两条管线进行管线碰撞的判断，制约了对撞管现象的全面理解，缺少客观规律性的认识，对撞管点的处理多以主观判断为主，因此不同地区撞管处理的方案各异，有的按管种处理，有的按区域处理，未形成处理撞管较统一的解决方案。

四、AutoCAD VBA技术及软件实现方法

1．AutoCAD VBA技术

VBA的全称是Visual Basic for Application，是微软开发的新一代标准宏语言，它可以内嵌在Auto-CAD中，通过AutoCAD ActiveX Automation接口建立与AutoCAD对象的联系。ActiveX是建立在COM对象模型之上允许对象通过接口相互通信的标准通信协议，ActiveX为AutoCAD提供了外控编程机制，通过AutoCAD对象，实现对AutoCAD的操作。

2．普查成果数据库

普查成果数据库采用*．mdb格式，以测区为单位建立入库数据，同一个测区内的各类地下管线数据存放在一个MDB文件中，每一类管线由点表、线表和面表组成，点表记录了管线点的点号、坐标、井底深度、空间位置来源等信息，线表记录了管线段的起点点号、终点点号、起点埋深、终点埋深、管径、材质、管种等信息，面表记录了附属设施的编号、种类、形状等信息。

3．软件实现方法

ADO(ActiveX Data Objects)对象模型提供了一个全面控制数据库的完整编程接口，在VBA中，通过ADO对象可以建立与管线MDB数据库的连接，根据需求查找相应管线的信息，并对管线进行撞管判断，输出撞管信息到撞管MDB数据库，同时，通过AutoCAD ActiveX Automation接口，将撞管点展示在AutoCAD中，如图1所示。

图1 软件处理流程

五、基于AutoCAD VBA的撞管现象的查找与输出

1．选择需要分析的管线

通过对上海市浦东新区内环普查成果的撞管研究发现在实际工作中通常有3类方式选择要分析管线，如图2所示。

图2 选择需要分析的管线

(1)按测区进行选择

当对一个测区内的管线进行撞管分析时，按测区进行选择，选择的对象包括了一个测区内所有的管线。

(2)按图幅号进行选择

当需要对某几张综合地下管线图内的管线进行撞管分析，并已知图幅号时，按图幅号进行选择。

(3)在CAD图中进行选择

当仅需要对CAD图中某一范围内的管线进行撞管分析时，从CAD图中进行框选，选择需要分析的管线。

2．撞管现象的分析

选择要分析的管线之后，下一步就是对管线进行撞管判断，然而有时并不需要对所有的管种进行分析，例如，想要知道一个测区内燃气、给水、雨水、污水管线的撞管情况，则在判断之前需要筛选出燃气、给水、雨水、污水管线(图3)，接下来遍历选中的管线信息，进行撞管判断。

图3 管种筛选

3．撞管现象的输出

进行撞管判断后，对撞管情况有了初步的了解(图4)，得出了撞管点的位置和对应管线的信息，并存储在撞管MDB数据库中，将撞管点的坐标展示在CAD图中，以“序号撞管深度”的格式进行标注(图5)，直观展现了撞管点的分布和密度，同时，撞管MDB数据库存储了撞管点的序号(与CAD图中的对应)，撞管管线的管径，撞管管线起点、终点的点号和埋深(表1)，为接下来外业复测提供原始数据，方面核实。

图4 撞管概况

图5 撞管点标注

表1 撞管输出表

六、04、05测区管线撞管统计结果及撞管原因分析

1．撞管统计结果

利用软件分别对04和05测区所有的管线进行了撞管查找与输出，涉及电力、通信、给水、排水、燃气和长输管线。04测区总计管线长512 km，查找各类撞管点4109处，平均撞管密度8．1个/km，平均撞管深度15 cm;05测区总计管线长505 km，查找各类撞管点4391处，平均撞管密度8．9个/km，平均撞管深度16 cm。

2．撞管现象产生的原因

在地下管线三维建模中，相邻两点之间的管线默认为直线，撞管处管线的空间位置是根据管线两端的探测数据，利用内插的方法得的，当撞管处内插的两条管线空间位置发生重叠时，便产生了撞管。

假设管线两端探测点的误差为零，通过内插建立管线模型后，在管线相交处，两条管线垂直方向最小距离为H0，当引入管线两端探测点误差后，H0发生变化，变化量为h，此时，在管线相交处，两条管线垂直方向最小距离H1=H0+h，当H1小于零时，则发生撞管。可以得出，三维模型中管线是否发生撞管现象与H0和h有关，换句话说，管线是否发生撞管现象与两方面有关，一是两条管线两端探测点的误差，这部分误差决定了h的大小，包括隐蔽点探测误差、特征点测量误差(平面误差、高程误差和管径误差)，二是当探测点误差为零时，建模管线之间的最小距离，即H0。

在探测点误差中，相对于平面、高程和管径测量，管线隐蔽点探测产生的误差最大，假设隐蔽点探测误差是产生撞管现象的主要原因，管线埋深越大，探测的误差也就越大，产生的撞管程度应该越严重。取两条管线两端探测深度的平均值作为撞管点探测的平均管线深度，过滤掉与明显管线有关的撞管点，对04和05测区剩余的撞管点做“探测深度—撞管程度”散点图(图6)，可以看出探测深度与撞管程度的相关性很差，相关系数仅为0．006和0．092，说明探测误差并非是产生撞管现象的主要误差来源，即h的大小对撞管是否发生影响很小，因此H0在很大程度上决定了撞管现象是否出现。

建模管线之间的最小距离H0是在管线为直线的前提下求得的，而在管线实际铺设时，管线发生了弯曲起伏，在两条管线相交处，管线实际的最小距离可能与H0相差较多，这部分误差是撞管现象出现的主要原因，即管线起伏是造成撞管的主要原因。