地下管线数据采集及处理的研究范文

摘要:地下管线在校园建设中非常重要。随着校园建设的飞速发展，校园地下管线数据与日俱增，传统的数据处理、存储、维护已经不能满足要求。因此，利用数字测量技术采集管线数据，并采用地理信息系统技术，处理、管理数据势在必行。本文以校园地下管线为例，使用AutoCAD、ArcGIS和ArcEngine高效地完成了以Geodatabase模型为基础的管线数据采集、处理、入库等工作，提高了管线数据的质量，实现了地下管线的动态管理与维护。

关键词:地下管线;地理信息系统;数据采集;数据处理;数据入库

0引言

地下管线是保障校园正常运作的重要基础设施，肩负着信息的传输、能量的输送、废物的排泄［1］等重要任务。随着校园建设的不断深入与发展，地下管线不断增加与更新，管线数据变得错综复杂。地下管线建设需要全面掌握地下管线的分布资料［2］，然而实际情况是地下管线资料不齐全、数据格式不一，不能说明地下管线分布情况，管理手段落后，标准不统一，造成在地下管线建设中事故频发，影响校园的发展［3］。为了校园地下管线的可持续建设，搜集全面、完善的管线数据资料势在必行，同时，管线数据的系统管理也变得尤为重要。只有全面、系统地掌握地下管线数据，才能更好地利用地下空间，发展地下管线。随着GIS的高速发展，其技术被广泛运用于地下管线数据的采集、处理、入库、更新和维护等工作，促使资源的共享［4］。地下管线数据是建设地下管线信息系统的基础，考虑地下管线信息系统需要的各种功能(纵横断面)，建立完整的地下管线数据是十分必要的［5］。针对地下管线数据的特点，结合Geodatabase表达空间数据的优势，本文以Geodatabase模型为基础，健全了山东理工大学地下管线数据。

1地下管线数据模型

Geodatabase模型是ESRI公司在ArcGIS系列软件中引用的一种全新的面向对象的地理数据模型，结合面向对象、关系数据库的优点，实现了属性数据与点、线、面要素的一体化［6］。本文以Geodatabase模型为基础，结合国家地下管线数据标准［7］，设计了地下管线数据模型。校园地下管线种类很多，按照功能划分，其属性结构不尽相同，但在空间上的结构基本一致。在GIS作图中，管点由点要素表示，管线由线要素表示，每一段管线由两个管点构成。管点处可以是检查井、直通、三通等;管线可以是供水管线、供暖管线、供电管线、污水管线等［8］。

2地下管线数据处理

2．1地下管线数据采集

数据采集包括实地调查、仪器测量。实地调查的形式主要为人工记录。记录检查井、管线的属性数据，如检查井内的阀门、构件、深度，井室的长、宽、高，管线的材料、起始端埋深、终止端埋深等信息，再分别填入到点要素、线要素对应的属性字段中。管线数据主要使用全站仪和RTK等仪器获取校园内检查井的坐标、高程。检查井可以确定大部分管线的位置，但是部分管点处并非检查井，有可能是直通、三通等，并不能在地面知晓。因此，在不确定管线走向的地方需要进行地下勘探来确定管线走向。

2．2地下管线数据库

数据的组织方式对后续的工作、系统读取的效率有着深远的影响。地下管线数据以管线种类分别做要素数据集，每个要素数据集都必须有各自的空间参考，再把管点、管线等作为单独的要素类进行存储。2．2．1管线数据属性在新建要素类时，应当为每个要素类配备好属性字段。为了区分管线的种类，管线数据按照其种类使用不同的标识码，如供暖管线数据中管点以RP开头，管线以RL开头。地下管线属性数据库主要包括管点数据表(见表1)和管线数据表(见表2)两种。就不同种类管线而言，表结构基本一致，但也有些细微差别，例如供暖管线含有流向，而供电管线流向是双向的，不含有流向。

2．2．2管点分类对地下管线数据做断面分析时，选取的是一条线要素［9］(两个管点的直线连接)。在作图过程中，管线在拐弯处必须打断，拐点处若不是检查井，则必是直通、三通、四通等，在绘图过程中必须要获取其埋深等信息。对于管点属性而言，若该点是检查井，其埋深、构件、阀门等内容可以通过人工调查获取。如果该点是直通、三通，其埋深字段本课题采用其周边最邻近的检查井的埋深属性。

2．2．3管线数据编号规则管线、管点要素在图幅内唯一编号，若管线没有流向，则按照自西向东、由北向南的顺序编辑点、线要素的编号。若管线有流向，则以管线的源为起点顺着流向编号。

2．3绘图

将全站仪和RTK测得的数据导入计算机中形成dat文件，再用南方cass进行展点，并以dxf形式的数据保存。用ArcMap打开所得到dxf文件，将其中的点要素复制到对应的、创建好的要素类中，并将实地调查的内容填入相应的字段中。

2．4拓扑检查

管点与管线间的拓扑处理在管线数据处理中显得尤为重要，这决定管线与管线间的连通性，影响后期几何网络的建立［10］。在管线项目中，拓扑关系规则作用于同一管线要素、管点要素对应的要素数据集上。根据本课题的需求，设定管线数据必须满足的拓扑规则有:1)端点必须被其他要素覆盖(管线端点必须被管点要素覆盖);2)不能自重叠。根据各个项目的要求，可以自主选择拓扑规则。但拓扑规则过多会使得数据的编辑、管理、维护更加复杂，对数据流操作也会产生更大的负担。因此，拓扑规则不应太复杂，适用于自身项目需求即可。在ArcMap中显示红色的区域，即为检测到的拓扑错误，应当给予修正。常见的错误有:1)由于操作不当，在某个点创建了很多点要素;2)线要素与点要素连接时，没有真正连接;3)线要素的转折点必须断开等。拓扑检查尽量每次加入一批数据后检测一次，避免后期做庞大的拓扑工作。

2．5构建几何网络

管线的种类很多，但都是以网状分布的，若建立的文件地理数据库不合理，就会形成一个由上万甚至数量更庞大的节点组成的网络，这是我们要极力避免的。在管线项目中，几何网络主要研究管线的流向，暖气、供水管线是存在流向的，而供电管线的流向是双向的，故不存在流向问题。以供暖管线为例，在其要素类上新建几何网路，根据各个项目的具体要求，可以用简单交汇点、复杂交汇点、源、汇、简单边线、复杂边线等要素描述暖气管线。源和汇在建完几何网络后，要修改对应要素的对应字段，在几何网络分析中设置流向，再在流向中显示箭头即可。一旦管线流向确定，即可编辑管线、管点的编号。在填写上下游节点，起始端、终止端埋深时，本课题采用ArcEngine组件式开发，避免人工填写属性字段。编程思路:首先，遍历几何网络，再判断当前线要素的流向;然后，按照流向类型获取其起点和终点所对应的管点编号;最后，更新管线起始端、终止端埋深等字段。

3结束语

本文介绍了使用全站仪等测量仪器获取地下管线空间位置数据、人工采集获取地下管线的属性数据、使用AutoCAD和ArcMap软件进行数据处理与入库等内容。在入库过程中，使用ArcEngine组件式开发对有规律的字段(如管线的上下游节点)由计算机填写，省去大量的人力。充分利用AutoCAD和ArcGIS软件的优越性，建立基于管点、管线的数据模型，给点、线要素赋予属性、拓扑规则和连通性规则，完善校园地下管线的空间和属性信息。本文不足之处:使用ArcEngine进行字段的处理，未形成系统化的管线数据处理软件。其难点在于，对于不同的地下管线项目、不同种类的地下管线其字段往往是不同的，没有统一的标准。

参考文献:

［1］何江龙，江贻芳，侯至群．新形势下城市地下管线信息化的特点及对策［J］．测绘通报，2017(1):12－17．

［2］张志文．城市地下管线数据质检系统的设计与实现［J］．测绘与空间地理信息，2016，39(5):104－106．

［3］韩彦伟，彭靖．探讨利用管线竣工测量成果对管线系统动态维护［J］．办公自动化，2014(S1):91－92．

［4］王雅鹏，张喜英．基于Geodatabase的城市地下管线数据模型设计与应用［J］．地理空间信息，2016，14(8):84－86．

［5］谢瀚，黄泽纯，汤家法．利用ArcEngine和C－#实现地下管线断面分析［J］．地理空间信息，2014，12(4):98－99．

［6］倪志，康停军，古敏聪，等．基于移动GIS的地下管线应用的设计与实现［J］．测绘与空间地理信息，2016，39(7):34－35，38．

［7］王兴海，鞠建荣．《江苏省城市地下管线数据标准》的制定与管线分类研究［J］．城市勘测，2016(6):146－148．

［8］赵虎川，翟林，廉光伟，等．基于GIS的地下管线资产数据入库检查与更新［J］．城市勘测，2013(4):63－67．

［9］魏家玲．城市地下管线探测与管线信息系统设计［D］．兰州:兰州交通大学，2015．

［10］杨红艳．基于拓扑关系的燃气管网巡检终端的数据增量更新［D］．长沙:中南大学，2012.

作者：胥啸宇；孔维华；田鹏艳；邵卫 单位：山东理工大学