专业管线与综合管线数据匹配融合方法研究——以供水管线为例

范娟娟，周磊，鞠建荣

(南京市测绘勘察研究院股份有限公司，江苏 南京 210019)

1 引 言

城市地下管线担负着城市的信息传递、交通管理、能源输送、排涝减灾等功能，是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施建设的重要组成部分。

在经历了近几年的大规模综合管线普查后，管线普查开始向细分市场转移，各专业管线开始了自己的普查建库。从已经开展的给水、排水、电力等专业管线的数据标准看，与综合管线差距较大，专业管线更看重业务管理，注重细节数据。由于两者在数据组织关系、分层、结构、编码等方面无法保证一致，导致相同的管线存在两次普查，产生两套数据。虽然在位置上是重叠的，但相互之间缺少关联，并且由于结构等诸多差异，专业管线普查数据在反向更新综合管线数据时，也会面临前面同样的问题。管线二次建库意味着重复，重复劳动的同时数据也在重复，对于长远来讲是不利的。因此开展专业管线和综合管线数据匹配融合方法研究，建立融合数据库，实现一次建库、多方应用具有现实的紧迫性和必要性。

2 数据差异性分析

由于管理模式与应用目的的区别，当前管线数据被分为综合地下管线数据与专业地下管线数据两大类：其中综合地下管线数据由城市规划部门负责管理与维护，主要服务于城市规划与建设；专业地下管线数据由各管线权属单位负责管理与维护，主要服务于管线权属单位的日常生产活动。两类数据在对象、精度要求、属性要求、用途、规程要求、系统应用等方面均存在区别，具体如表1所示。

综合管线与专业管线区别 表1

3 数据融合方法研究

3.1 融合技术路线

通过数据匹配、问题梳理、专业资料核对、外业核实与修补测后，建立起综合管点和专业管点数据间的对应关系，对综合管线与专业管线数据进行融合，从而得到管线设备齐全、位置精度高、属性完备的管网数据库。融合技术流程如图1所示。

图1 融合技术流程图

3.2 数据匹配

3.2.1 匹配关系梳理

通过对综合管线和专业管线的管点要素名称、管线要素的属性进行梳理，建立了两者之间的对照关系，如表2、表3所示：

综合管点和专业管点要素名称对照表 表2

综合管线和专业管线材质对照表 表3

3.2.2 匹配规则

(1)完全匹配

规则：两者管点要素名称符合完全匹配映射关系，同时在空间位置上匹配，且管线材质(金属、非金属)、口径相一致(管线口径之差不大于 50 mm)。

(2)不完全匹配

规则1：两者管点要素名称符合不完全匹配映射关系，同时在空间位置上匹配，且管线材质、口径相一致(管线口径之差不大于 50 mm)。

规则2：两者管点要素名称符合完全匹配映射关系，同时在空间位置上匹配，但管线材质、口径不一致。

规则3：两者管点要素名称符合完全匹配或不完全匹配映射关系，且管线材质口径相一致(管线口径之差不大于 50 mm)，但在空间位置上有疑问。

(3)未匹配

规则1：两者管点要素名称不符合映射关系。

规则2：两者管点要素名称虽然符合映射关系，但在空间位置上不匹配。

3.2.3 问题清单梳理

根据人工校核后的成果，由内业人员标注出需要进行外业核实、专业资料核对以及外业修补测的问题点，并按照问题类型归纳成问题清单，用于后续的核实修测工作。问题可大致将分为以下五类情况：

(1)综合数据缺失：综合管点、管线缺失情况；

(2)专业数据缺失：专业管点、管线缺失情况；

(3)形态不一致：专业和综合管线在拓扑结构上有差异的情况；

(4)管点特征不一致：专业管点和综合管点虽然在位置上匹配，但类型不同的情况；

(5)属性不一致：专业和综合管线在管材(金属或非金属)和管径上不同的情况。

再根据问题产生的具体情况，可将问题更加细化。

3.2.4 专业资料核对

对于无法匹配的问题区域，查阅竣工图纸、CAD万分图、阀门卡、千分图、查勘单及表具系统水表信息等图档资料逐个问题面进行判断，对于可以解决的，将处理意见填写到问题面中反馈给内业融合人员；无法确认的，需进一步安排外业核实。

3.2.5 外业核实与修补测

在专业资料核对的基础上，如果权属单位无法确认的，则安排现场核实，并将核实的结果记录到问题面中反馈给内业融合人员。在外业核实的基础上，如果确认为综合管线数据需要修补测的，则开展修补测工作。修补测完成后，返回新数据进行融合处理。

3.3 数据融合

3.3.1 属性融合规则

(1)供水管线数据融合方案

通过对综合管线与专业管线数据进行分析，将供水管线数据的属性字段划分为空字段、部分为空字段、不为空字段。部分字段在综合与专业供水管线数据中均存在，一方数据中该字段存在且不为空，而另一方数据中该字段存在且为空，则保留这些字段，并将不为空的管线数据中字段的内容进行填充。

而在供水管线数据不为空的属性字段，将专业管线的属性字段中的值作为融合属性字段的值，同时保留综合管线属性字段的值作为参考。供水管线数据属性字段融合过程如图2所示。

图2 供水管线数据属性字段融合的过程

(2)供水管点数据融合方案

供水管点数据属性融合规则与管线数据融合规则一致，供水管点数据融合过程如图3所示。

图3 供水管点数据融合过程

3.3.2 空间数据融合规则

综合管线数据具有较好的位置精度，因此，以综合管线数据作为融合的基础数据，同时体现专业管线中的转折形态信息。具体规则如下：

(1)按照人工校核得出的管点匹配关系，保留每两个匹配管点中的综合管点作为融合后的起终管点的位置；

(2)分析匹配管点之间是否存在其他添加点存在，如果有则对所有添加点进行分析；

(3)如添加点不具备形态信息(即添加点为直线点等)，则忽略；

(4)如添加点具备形态信息，则需要按照添加点的起始距离、折角等信息在融合后的起终管点间生成多个管段，保留形态信息。

3.4 数据质检

使用管线数据检查软件对数据融合后的管线属性信息和空间拓扑关系的合理性进行校验。

3.5 融合后数据评价

数据融合后，对于得到的融合结果的评价主要包括以下几个方面：

(1)比较判断融合前后管线数据，属性信息是否变得更丰富；

(2)可以建立合适的数据模型来评价融合后的结果，包括数据质量，精度等。

4 应用实例

在实际生产作业过程中，选取了南京市建邺区、鼓楼区行政区范围内的供水管网数据为研究对象进行数据融合。

通过数据匹配工作的开展，梳理出了综合和专业供水管网之间的数据差异，按照综合数据缺失、专业数据缺失、形态不一致、管线属性不一致、管点特征不一致进行分类统计。其中专业数据缺失问题最多，约占总量的34.5%(图4)，主要原因为供水专业管线对于拆废信息的更新比较及时，而综合管线是对实地所有管线的探测，缺少拆废信息。

图4 问题面统计图

运用密度分析对所有的问题区域进行空间分析，通过空间插值的方法将离散的数据以颜色深浅不同的区域进行展示，可以更直观地看出问题在空间上的分布情况。

图5 问题数据分布密度图

从图5中可以看出，数据问题主要集中在鼓楼区，尤其分布在旧城区，推测数据差异与管网的建设年代、区域的发展程度有较大的相关性，鼓楼区发展较早，旧城区道路狭窄，管网敷设密集，复杂的管网状况造成测绘难度大、准确性低，导致两类数据的差异性大，问题多。因此，开展专业管线与综合管线数据匹配融合工作尤为重要。

对于无法匹配的问题区域，由业主单位牵头结合竣工图纸、CAD万分图、阀门卡、千分图、查勘单及表具系统水表信息等图档资料逐个问题面进行判断，对于可以解决的，将处理意见填写到问题面中反馈给内业融合人员，内业融合人员按照处理意见进行具体融合操作。最终达到了修正双方管网空间位置和连接关系、完善双方管网属性信息的目的，建立了一个管线设备齐全、位置精度高、属性完备的管网数据库。

5 存在的问题与困难

5.1 人工处理工序多，效率低

数据匹配、问题清单梳理、专业资料核对、外业核实与修补测、数据融合等工序均需要大量的人工处理工作，且无法通过自动化程序辅助实现，工作量大，时间花费多。

5.2 差异问题解决难度大

由于专业管线和综合管线数据存在多种差异，需要通过权属资料核实、外业核实、闭水试验等多种途径对这些问题进行核实确认，核实工作量大；大量的非金属管道以及泥土覆土导致核实的难度也很大，常规的探测手段不易解决。

5.3 协同更新的机制有待建立

项目的开展可以形成比较完整、准确的管线基础现状数据，但市政管网是动态变化的，随着管道的新增、拆除、改建、扩建，如果没有制定统一的数据标准，切实有效地进行数据维护，建立数据的协同更新机制，随着时间的推移，又将变回“两套数据”。

6 结 语

本文重点研究了供水专业管线与综合管线数据融合方法，并在实际生产项目中验证了其可行性和有效性。融合工作的开展显著减小了专业和综合两类管线在管线长度、管网连接关系之间的差异，专业供水管线主要完成对匹配数据的空间校正、高程埋深等测绘属性补充等，提高了数据的位置精度和属性精度；综合管线主要对拆废管线以及管径、材质等信息进行了更新完善。通过两类数据的融合，从而保证管线数据的齐全和管线属性的完备性，为城市地下管线的管理和决策提供准确的数据支撑，提升了地下管线数据成果的应用价值，促进了地下管线数据的挖掘应用与共享交换。