上海市地下管线多源数据融合更新技术研究

申娟

摘要：上海市铺设地下管线已有150多年历史，全市地下管线已超过12万km，呈现出纵横交错、隐蔽性强、密度高的特点。城市“生命线”的飞速发展带来的地下管线管理更新问题也日趋复杂。该文通过分析研究管线数据更新的特点，结合当前最新海量空间数据更新的技术方法，提出了基于要素的增量式区域更新方法。該方法既可节约管线更新投入的人力和财力，也可以提高管线数据更新的效率，保障了海量管线数据库的现势性。

关键词：地下管线  多源数据  数据融合  数据更新

中图分类号：TU990.3    文献标识码：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

城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，担负着传递信息与输送能量的工作，是城市赖以生存与发展的物质基础[1]，被称为城市的“生命线”与“血脉”。2014年６月，国务院办公厅印发了《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》的目标任务中提出了“2015年底前，完成城市地下管线普查，建立综合管理信息系统，编制完成地下管线综合规划。力争用５年时间，完成城市地下老旧管网改造，将管网漏失率控制在国家标准以内，显著降低管网事故率，避免重大事故发生。用10年左右时间，建成较为完善的城市地下管线体系，使地下管线建设管理水平能够适应经济社会发展需要，应急防灾能力大幅提升。”目前，全国城市地下管线普查工作已基本完成，形成了侧重于城市地下管线空间位置的普查数据，普查数据缺少专业管线的运维数据，设施设备也与专业管线单位不一致，局部空间位置表达失真。为了确保普查数据的现势性与准确性，动态更新也需提上日程，同时专业管线单位经过多年的运维，积累了大量管线运维数据和竣工测量数据，充分利用上述数据，开展多源数据融合，来确保城市地下管线普查数据动态更新，不失为目前城市地下管线普查数据动态更新的有效途径[2]。该文就供水管网多源数据融合更新为例进行探讨。

1 管线数据来源分析

管线数据来源包括历史数据、专题数据、普查数据和跟测竣工数据，具体情况如图1所示。

普查数据、专业数据和竣工图数据是目前城市管线数据的主要来源[3]。 由于行业背景、应用目的等方面的区别，导致地下管线普查数据、專业数据和竣工图数据之间存在许多差异。通过对普查数据、专业数据和竣工图数据的分析和差异对比，普查数据、专业数据和竣工图数据的差异主要表现在空间位置、分类分层、存储方式和属性差异。3种数据的主要差异具体如图2所示。

2 更新思路

海量地下管线数据库动态更新融合技术是在要素更新的基础上，结合综合管线更新的特点形成的[4]。其总体思路为数据提取、数据更新、数据检查、数据融合和数据入库。总体技术思路如图3所示。

2.1 数据提取

根据综合地下管线空间特点，采取区域数据提取的方法，将待更新区域的管线数据提取分析，然后导出为数据更新需要的数据格式，同时建立区域数据备份。

2.2 对数据进行更新与融合

主要有数据更新、数据检查、数据成图与接边和数据融合这4个部分。数据更新指管线探测人员对待更新区域内的管线数据进行探测，并对数据进行几何更新和数据更新[5]; 数据检查指对外业更新数据进行全面检查，包括管线数据合理性检查、管线数据标准性检查和完整性检查等; 数据成图与接边检查指将经过检查的数据进行数据成图，并通过自动和人工结合方式对数据进行接边检查; 数据融合指对通过检查的数据进行数据预融合与检查，并达到入库要求[6]。

2.3 数据库更新

对预融合成功的数据采用基于要素的方式增量更新到数据库中，同时将区域数据备份迁移到管线数据历史库。

3 技术实现

根据上述海量空间数据库动态更新融合技术思路，研究提出了数据区域提取分析技术、自动检查与辅助纠错技术和数据融合更新技术3种主要技术方法。

3.1 数据区域提取分析技术

数据区域提取分析技术的关键在于区域提取更新和区域边界数据分析处理。区域提取更新是通过对城市地下管线更新维护方案的综合分析，并结合地下管线规划建设区域性的特点提出的，相较于传统管线更新方法，具有高效、精准、实时、低耗的优势，可满足海量管线数据库更新的需求，保障其现势性。

区域边界数据分析处理是同后期接边融合相结合。其过程大致分为三步： 一是确定提取的区域和管类; 二是检索记录提取范围内及边界管点和管线记录，并对其按照边界内管点、边界外管点、边界管点管线进行分类，建立边界管点管线对应关系表，为数据接边融合提供参照数据; 三是在管线管理系统中标示更新区域、导出待更新管线数据，并在数据库中建立该区域管线数据临时备份。

3.2 自动检查与辅助纠错技术

自动检查与辅助纠错技术指对更新后的管线数据进行软件自动化检查，并提供错误信息的详情与定位，辅助技术人员进行更新纠错，达到对数据进行更新融合的标准。

对于海量管线数据库更新的前提是有一套针对管线数据普查的技术标准，然后根据标准对更新的管线数据进行各项检查并修正更新错误。该文以陈勇牵头制定的《城镇地下管线普查技术规程》《城镇地下管线普查数据规定》为基础，研究了针对地下管线更新的自动检查和辅助纠错技术，根据该技术研发了数据检查系统，保障了管线数据融合更新质量。

3.3 数据融合更新技术

数据融合更新的两个关键点在于数据接边检查和基于要素增量式更新。管线数据接边检查是在充分利用管线数据空间连接和属性特点的基础上，通过更新边界管点管线对应表，达到管线数据接边的目的。该方法减少了拓扑计算量，实现了接边精准控制，提高了管线数据接边效率，达到了管线数据接边精度要求，接边检查流程如图4所示。

基于要素增量式更新是借鉴王东华等提出的国家基础地理信息数据库动态更新总体技术，针对海量管线数据库更新提出的，该技术不同于以往的管线传统式更新技术，采用了增量式的更新方法，在更新过程中记录管线的更新变化信息，记录更新状态和更新时间，只对发生变化的要素进行更新、检查、融合、建库，大大提高了管线更新的效率，也便于管线多时态数据库的建立与管理。图5为一小块区域的数据接边处理示意图。

4 结语

地下管线数据动态更新是保障地下管线智慧管理的重要基础，是综合管理信息系统持续发挥作用的数据基础，因此做好数据动态更新工作的技术实现是保障数据更新工作落地的最后环节，是保障数据最终入库管理的必要基础。在地下管线动态更新机制尚未建立之前，“普查＋修补测”的工作模式是保障数据现势性的最有效的途径，做好两者间的无缝衔接和最优实现是我们首先考虑的问题，上海在这方面进行尝试；期待通过完善动态更新机制的建立，加强管线竣工测量 成果的收集，真正让地下管线进入动态更新的良性循环。

参考文献

[1] 张鑫，陈勇，胡本刚，等.浅谈城市地下管线要素属性融合[J].测绘与空间地理信息，2022，45（4）：199-203，208.

[2] 范娟娟，周磊，鞠建荣.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[J].城市勘测，2021（3）：27-31.

[3] 胡云斌.多传感器数据融合的地下管线探测算法的研究[D].合肥：中国科学技术大学，2018.

[4] 刘新新，李丰鹏，王长祥.济南市地下管线数据动态更新的技术实现[J].现代测绘，2022，45（1）：56-59.

[5] 郝会民，李慧，陈琳.石家庄市地下管线数据动态更新[J].城市勘测，2021（2）：80-82，86.[6] 魏子雄，张新新，夏磊凯.非公共空间管线信息共享及协同更新研究：以南京市为例[J].地理信息世界，2022，29（2）：106-109.