基于DMGIS的地下管线探测系统设计与实现

摘" 要：通过对传统管线探测作业模式与内外业数据处理流程的分析，给出地下管线探测内外业一体化软件系统的设计方案。软件包括基于分布式移动地理信息服务技术的移动端外业数据采集系统和基于AutoCAD平台的内业数据处理系统。通过优化作业流程，实现管线探测外业与内业数据处理的一体化。应用在电力行业线缆工程勘察领域的实例表明，软件可以提高管线探测效率，提升管线成果质量，降低工作复杂度，为管线工程设计、施工提供良好的技术支持。

关键词：管线探测；内外业一体化；分布式移动地理信息服务；作业流程；设计

中图分类号：TU990.3" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：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

城市地下管线设施由供水、排水、供热、燃气、电力、通信、工业管线以及综合管廊等构成，它们以不可见的方式埋设在地下，成为城市生态系统不可或缺的部分。近年来，我国城市化进程趋于稳定，作为基础设施的地下管网建设和维护相对滞后，管线存档资料陈旧、管理机制不完善等因素给管线新建、改造以及维修等带来很大障碍，施工开挖造成管线破损等安全事故屡有发生，这就要求前期的管线探测工作务必做足做细，既要保证探查成果的全面性，又要兼顾探查成果的精度，使得后期的工程施工顺利进行。传统管线探测工作是使用物探和测量仪器、工具，加上工作人员的经验，将探测区域各类管线的空间位置、连接关系以及各类属性探查清楚，以文字、表格、草图等形式记录下来，利用成图软件编绘成管线图，为工程设计、施工提供可靠依据。但是传统管线探测外业数据采集工作存在效率低、容错率低等问题，主要体现如下。①人工探查工作量大：传统管线探测外业数据采集需要依靠手工记录，包括管线的平面位置、埋深、材质等信息，工作量大；②数据质量难以保证：人工探查易受操作技术水平、测量工具的精度等影响，导致采集的数据质量无法保证；③数据整理和维护困难：传统的管线属性数据采用纸质记录或手工整理，容易出现数据丢失、错位、难以检索等问题，给后期的数据入库和维护造成影响；④内业工作和外业工作不连贯，数据传递不及时，发现问题很难及时核实并解决[1]。

内外业一体化利用数字测绘技术和常规物探方法获取地下管线空间和属性信息，将野外实地探查和室内分析处理相结合，使得地下管线数据从采集到处理，从分析到成果输出标准化和流程化。其目的是建立合理的作业流程，做好内外业工作的衔接，减少衔接中的重复和低效环节，使内外业数据属性统一，管线数据在不同的应用软件平台交互良好[2]。分布式移动地理信息服务（Distributed Mobile Geographic Information Service，DMGIS）将计算机、测绘和移动通信技术等有机融合，运用在管线数据采集和数据传输，实现分布式管线数据的共享[3]，使得智能手机、平板电脑等移动设备能快速完成外业数据采集，在移动GIS的跨平台内核、同步定位技术支撑下[4]，借助基于AutoCAD平台的内业数据处理系统，实现管线数据的编辑、处理与入库，最终完成管线图的编绘和管线成果表的输出。

1" 系统架构

1.1" 系统组成

地下管线探测系统基于DMGIS技术，主要由以下4部分组成。①外业数据采集系统：基于DMGIS技术开发，实时获取地下管线空间位置，并记录管线的埋深、材质、管径等属性信息[5]，系统具备实时数据传输功能，可将管线数据同步至后台数据库；②内业数据处理系统：基于AutoCAD平台开发，对外业采集的管线数据进行处理和编辑，同时完成数据拓扑完整性检查和一致性检查等，保证数据的可靠性，系统支持多种数据格式的导入和导出，方便与其他GIS软件进行数据交互；③空间数据库：采用具备空间数据管理功能的Access关系型数据库，完成数据存储、备份和恢复，并对用户权限进行管理，保证数据的稳定性和安全性；④通信与传输系统：在多源异构网络环境下，完成分布式管线数据的传输和共享。外业设备与内业处理软件间的数据传输采用无线通信技术，保证数据的实时性。

1.2" DMGIS技术

DMGIS作为一种较新的空间信息服务和应用模式，将GIS技术、互联网技术以及无线通信技术有机融合，使用户快速获取由不同GIS服务商提供的地理信息，满足移动用户对实时数据的需求。DMGIS包括以下平台。①移动运营商平台：由移动网络供应商提供数据通信服务，保证移动端设备与服务器之间的实时数据通信；②定位平台：采用连续运行参考站系统（Continuously Operating Reference System， CORS）向移动端数据采集设备提供实时的定位和导航数据；③应用服务提供商平台：针对地下管线探测提供的GIS应用系统——地下管线探测系统；④公众地理信息服务平台：由政府或大型GIS服务企业向全社会提供基础地图数据服务，同时对基础地图数据进行维护、更新和发布，这是DMGIS的核心部分。由于基础地理信息属于海量数据，数据来源各异，数据类型有栅格、矢量以及矢栅一体化等，数据精度也不尽相同，公众GIS服务平台的基础地理数据库采取区域分布式架构或云服务架构，数据库服务器分布在不同地理区域，以保障网络负载均衡和较高的数据安全性，天地图、高德地图及百度地图是目前国内成熟的GIS服务平台。DMGIS架构如图1所示。

1.3" 作业流程

地下管线探测系统采用内外业一体化作业流程，主要包括外业流程和内业流程2部分[6]，如图2所示。

2" 系统设计与实现

2.1" 外业数据采集系统

外业数据采集系统由管线探查、测量管线点坐标2部分功能构成。管线探查是在收资和现场勘察基础上，使用人工探查和仪器探查相结合的方法，进行地下管线平面位置、埋深及走向的探查，系统实时调入探测区域的电子地图作为工作底图，方便作业员现场绘制管线草图；系统如实记录管点和管线的属性信息，如管径、材质、埋设方式等。作业员需在现场设置明显管线点标志，对于隐蔽管线点则在地面上设置投影中心标志，作为下一工序测量管线点坐标的依据[7]。

2.2" 管线内业数据处理系统

管线内业数据处理系统主要完成管线空间数据和属性数据的导入、检查、分析以及生成管线图和各类管线成果。①数据编辑：将管线属性数据及位置数据导入内业数据处理系统的管线数据库，建立管线连接关系，完成属性数据添加；②数据查错：对入库管线数据查错，包括点线唯一性检查、管线长度检查、偏心点检查、埋设方式检查、变径检查、隐蔽点检查和空管检查等；③管线分析：完成管线数据统计和各类专项统计、管线扯旗标注、信息更新等；④管线成图：地下管线探测成果主要是生成和编绘各种管线图，利用管线成图功能进行自动成图处理。

2.3" 系统实现与案例

地下管线探测系统是为电力行业线缆工程前期的工程勘察定制的软件系统，专门针对电力行业管线探测设计，要求界面友好，操作方便，管线数据库设计符合电力行业管线探测相关技术要求，数据交互方便快捷。以济南市南郊线缆工程为例，工程覆盖市中区主要干道总长度约50 km，将原有110 kV架空线缆进行地埋改造，需要对施工区进行地下管线探查。工区位于城市主干道沿线，属于地下管线密集分布区域，原有地下管线设施分布情况复杂。由于前期资料收集不完备，原有管线调绘资料不全，给线缆工程的设计和施工造成困难。这样的工况条件下，不宜采取传统人工探查、手工记录管线属性信息的外业手段。作业人员使用移动端APP快速完成施工区地下管线外业数据采集，绘制现场管线草图，并采集管线属性信息和管线点坐标，对照APP草图和现场管线进行查漏，将管线点表和线表实时回传到后台数据库，经过内业系统数据处理，形成施工区地下管线图，为后期施工开挖提供符合规范要求的管线分布数据，保证施工安全和施工质量。施工区概况如图3所示。

软件包括移动端外业数据采集系统和PC端管线内业数据处理系统2部分。

移动端外业数据采集系统。移动端外业数据采集系统利用DMGIS技术支持的基于位置的服务（Location Based Services， LBS）[8]，集成了天地图、高德地图、百度地图等的主流公众GIS服务，将管线属性数据的采集、草图绘制、数据查错等功能放在外业工作中完成，移动端直接维护和更新管线数据库，然后利用移动网络，实时将点表和线表回传至后台数据库，方便内业系统进行数据处理，实现外业与内业的数据交互。移动端APP的系统界面、草图绘制、管点属性采集和管线属性采集等功能实现如图4所示。

PC端管线内业数据处理系统。管线内业数据处理系统基于AutoCAD平台开发，具备管线外业数据导入、查错、编辑和分析统计等功能，管线数据分层布局，单一管线和综合管线空间分布显性管理，方便管线图的编绘和管线成果输出，软件界面如图5所示。

应用效果分析。对比内外业一体化数据处理和传统数据处理，外业数据采集过程中引入移动端APP进行草图绘制和管线属性数据的记录，草图背景为具有地理坐标的工作底图，方便作业员在APP中对管线位置和连接关系进行检查。由于作业员对探查现场的工况以及管线分布情况很熟悉，发现管线探查有错漏，及时在APP中修改管线连接关系和属性信息，较之于手工绘制草图和纸质表格记录属性数据，作业效率和数据准确性大幅提高；同时，APP生成的管线表（点表和线表）与内业数据处理系统数据结构一致，通过移动网络即可回传后台数据库，有效减少中间环节；内业方面，传统手段为参照纸质草图和属性记录表，作业员在内业软件中重新绘制管线，再逐一录入属性数据，效率很低。而利用一体化内业处理系统的自动成图功能，可快速生成管线图，工作效率提升明显。

电力行业线缆工程前期的管线探查直接服务于施工，通常是探查工作完成，生成管线图提交施工方，施工队伍马上实施开挖，这对管线探查工作的准确性和时效性有较高要求。利用一体化软件具备的内外业快速交互功能，一旦发现管线错查、漏查等问题，及时修正并告知管线施工人员，有效配合施工进度，降低施工成本。

3" 结束语

在电力行业线缆工程勘察中引入地下管线探测系统软件的实践表明，DMGIS技术的使用和内外业一体化的作业流程具有以下优势：①优化管线数据采集方式，实现降本增效。一体化的数据采集和内业数据处理，能大大减少外业工作量，同时数据准确率也有保障。②保证数据格式的统一和管线数据质量。相对于传统纸质记录模式，一体化系统对数据实行统一数据管理，采集时数据直接录入移动端APP，显著减少由于不同作业人员操作，以及作业经验等因素对数据质量造成的影响。③实现分布式空间数据管理，提升数据交互性能。管线系统采用DMGIS技术，基础地理数据由公众GIS服务平台提供，管线空间数据则由管线系统软件开发商自建数据库进行存储，进而实现空间数据的分布式管理，使得系统具有较大的灵活性，也方便移动端数据采集系统在不同地理区域进行管线探测作业。同时，基础底图由公众GIS服务商提供，可以根据客户需求灵活切换，表明管线系统在基础地理信息获取方面具备良好的平台无关性。较之于移动GIS技术，DMGIS技术在获取基础地理信息方面，具有数据传输速度上的优势；移动端采集的管线属性数据和定位数据存储在自建数据库服务器，方便数据维护，有效降低对公众GIS服务平台的依赖。

参考文献：

[1] 刘茂锁，刘瑞明.供水管网内外业一体化采集质检入库系统设计与实现[J].经纬天地，2023（3）：86-89，97.

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[3] 彭春华，刘建业，刘岳峰，等.分布式移动地理信息服务架构及关键技术研究[J].武汉大学学报（工学版），2007（2）：133-138.

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[5] 杨泽宇，孙炳见.基于Android平台的管线调绘系统设计与实现[J].城市勘测，2017（6）：40-42.

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[7] 于海龙，王侬，谢刚生.城市地下管网信息野外采集到内业一体化成图作业方案的设计与实现[J].测绘通报，2001（1）：26-28.

[8] 卜健，张琦.基于LBS应用的分布式移动GIS技术实现[J].重庆邮电学院学报（自然科学版），2004（1）：105-107.