地下管线普查数据入库质量检查方法研究

伍超云，丁孝兵

(佛山市测绘地理信息研究院，广东 佛山 528000)

1 引 言

地下管线普查作为城市规划、建设及管理的一项基础保障工作，成果资料应适应现代化城市建设发展的需要[1]。管线数据成果作为地下管线空间、属性的综合数字化表达，其质量检核是管线普查工作的重点[2]。实际普查过程中，仪器探测误差、数据录入错误均会造成普查数据与现实不符，地下管线普查范围广、时间长的特点也会导致不同区域的数据间组织方式差异大，普查数据库无法满足后续信息化管理要求。针对这一现状，本文基于.NET和CAD平台进行开发编写了管线数据检查软件，并形成一套普查数据综合质量检查方法，有效提高了普查管线数据库内业检查的工作效率，并以佛山市(市政道路)的地下管线普查数据库为研究对象，介绍该方法的具体应用。

2 地下管线普查数据特点

普查数据包括地下管线数据库数据(Access数据库*.mdb)以及对应的1∶500比例尺的管线图(AutoCAD格式*.dwg)，其中管线数据库中数据表分为9大类，35个小类，每小类按管线点属性和管线线段属性表分开存储，管线数据成果如图1所示，成果三个显著数据特点如下：

(1)地下管线种类复杂、数据量大、错误隐蔽性强。佛山市管线普查中管线点属性项29项、管线属性项至多41项，不同类型管线属性填写要求不同，极易造成填写错误。同时平面检查难以察觉管线的空间关系，检查难度大。

(2)项目探测单位涉及广，数据规范性无法保证。各普查单位对管线普查规范和质量管理手段稍有不同，导致成果质量存在细微差别。

(3)佛山市管线数据普查是各区分期开展，接边区域易存在数据重复等错误。

3 普查数据综合质量检查方法

普查数据综合质量检查模式包括计算机自动数据检查、三维碰撞检测、跨区管线接边以及管线外业核查，如图2所示。

图2 地下管线普查数据检查流程

3.1 计算机自动数据检查

计算机自动数据检查是在深入挖掘各类管线数据的特性后，进一步提取知识规则及检查规则，高效地检查数据错误。本文在对不同时期普查数据进行标准化的前提下，针对佛山市管线数据库的特点及录入存在的问题，对地下管线常见4大类、58小项[3～5]问题开展检查，我们编写了佛山市地下管线数据预处理系统管线数据检查程序，采用人机交互的方法修改错误，主要内容如下：

(1)数据结构检查包括：①各管线数据表命名是否正确；②数据表字段命名是否完整；③数据表字段数据类型是否满足规范；④数据坐标系是否正确。

(2)属性检查是自动核查属性本身特性的正确性，主要包括：①查看管线必填属性(如物探点号、管点坐标、图幅号、要素编码等)是否齐全；②物探点号等属性是否唯一或存在错误；③核查管线材质、埋设方式、电力管线电压值、特征值、附属物等字段填写方式是否准确、规范。④坐标是否在属性范围内。

(3)拓扑检查是检查点、线表之间空间拓扑关系，主要检查项包括：①点表或线表中是否存在重复坐标值；②不同作业片区接边管线几何位置、要素属性是否一致；③管线是否存在空间碰撞[6，7]。

(4)逻辑检查包括：①管线超长检查，管线长度控制在 75 m内(顶管除外)；②管点和管线一对多连接数是否正确；③一致性检查，隐蔽点两端埋深是否一致，转折点、直线点两端管径是否一致，地面标高是否为管顶标高与埋深值之和(排水除外)；④电力和通讯类管线存在电缆条数是否小于等于孔数；⑤排水流向是否矛盾；⑥管线连接与前进方向夹角是否大于65°[8]。

同时，考虑到检修井井底深度、地面高程、管线埋深异常等问题均无法通过计算机自动数据检查全面找出，借助睿城三维平台，将数据表转换成SHP图层建立要素集，利用ArcSDE作为Oracle数据库的“空间扩展”，直接在三维场景下巡图找到管线错误。

3.2 三维碰撞检测

三维碰撞检测算法是基于三维实体的布尔运算，利用ObjectARX在CAD平台上建立Solid3D三维模型，从而查找出管线间存在碰撞。与上述空间碰撞分析相比，此算法更全面发现“海量”管线数据间的不合理，提高数据检查的可靠性，步骤包括[9]：

(1)计算管线中轴线。根据管线的平面位置、管顶高程、管径、埋设方式等属性计算管线中轴线位置。

(2)建立三维模型。根据中轴线位置以及管线的管径、埋设方式建立圆柱体或长方体立体三维模型，三维管线图如图3所示。

(3)检测碰撞。利用“体与体”的布尔运算直接从图块间的空间关系判断管线间是否碰撞，如图4所示。

由于管线逻辑性复杂，管线数据检查软件及三维碰撞查出的错误数据的处理方式无法一概而论，因而本次检查软件主要是查找错误，不对数据进行修改，下步将结合数据标准和管线外业实际情况进行修改。

图3 三维管线图

图4 三维管线碰撞点

3.3 跨区管线接边

接边处理主要是针对跨区管线，消除数据矛盾，实现不同测区间数据的准确连接，以建立一个完整的佛山市地下管线数据库，具体流程如图5所示。当接边处两侧管线材质、规格、埋设类型等属性一致，且平面位置较差不超过 40 cm，埋深较差在允许误差范围内时，取两侧管线平面位置及埋深的平均值，进行内业接边处理；当不满足上述条件时，则通过外业核查开展跨区接边处理。

图5 地下管线普查数据接边流程图

针对内业发现的接边位置，查找多方资料并现场勘测情况，对于存在接边的位置，检查现场是否有检修井、管径、管线走向、标志桩、埋深等属性，保证跨区管线合理接边，接边发现的主要问题包括：①相邻两区地下管线普查库中存在重复管线数据；②相邻两区接边区域管线种类不一致；③接边区域地下管线连接和走向存在疑问；④相邻两区接边区域管线标高或埋深相差过大等。

3.4 管线外业抽检

管线外业抽检是通过抽取普查范围内部分区域，对比实际测量数据与原始普查数据的不同，对整个管线数据库质量进行评估。主要是根据不同的管线类型和物理条件，利用包括地下管线开井调查、地下管线仪器探测等多种物探手段实地调查其管线种类、连接关系、埋深、管径、材质、规格、载体特征、电缆条数、管块孔数、权属单位等属性信息。

4 应用情况

佛山市地下管线普查采用“市级统筹、各区实施”的模式，涉及5.1万公里的管线数据，其中涵盖 1∶500标准管线图幅近 27 000幅。由于作业单位多，片区间管线数据库编码不规范，采用常规的数据检查方法无法满足数据精度要求，因此采用本文普查数据综合质量检查方法。

应管线信息化管理软件系统数据格式及《佛山市地下管线计算机成果数据标准》2015版要求，对各区提交的管线普查成果数据进行数据标准化、数据计算机检查及三维目视巡图、三维碰撞检测后，运行程序如图6所示，统计出佛山市管线的检查结果，如表1所示。

图6 管线数据检查软件运行界面

佛山市地下管线普查数据管线检查错误统计表 表1

结合问题点分布位置及佛山市地下管线分布密度，外业核查全市约 3 300 km2范围的管线数据，确认抽检区域数据均超出了限值，与管线数据检查软件检查结果完全一致，具体抽检区域如图7所示，其中绿色点号是佛山地下管线普查数据检查问题点，红色区域均为抽检区域。最终，对比外业核查数据与管线数据库的差异，修改错误数据。

经本单位质检员对项目内外业成果均进行检查，认为成果均满足设计要求，证明普查数据综合质量检查方法具有检查流程合理、内容全面、结果准确可靠、作业效率高等优点，满足实际应用中作业单位数据检查要求。佛山市地下管线普查数据质量良好，成果可应用于后期城市建设发展。

图7 佛山管线外业抽检区域分布图

5 结 论

综上所述，本文提出了一套普查数据综合质量检查方法，通过对计算机自动数据检查、三维碰撞检测，辅以外检手段，有效控制地下管线普查成果质量。并结合佛山市地下管线普查数据验证了此方法核查的可靠性，大大提高了地下管线数据检查效率，保证数据的整体质量，为其他城市普查数据整合入库提供借鉴。