城市地下管线数据的质量控制探讨

整理时间 [2005-08-31]   阅读次数 [5382]
作者：范冲，朱建军，王礼江(中南大学 国土与测绘工程系)
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摘 要：本文对城市地下管线数据的质量控制作出了具体的探讨，并且结合佛山市的具体情况，对其城市地下管线数据做了具体的质量控制，取得了比较满意的效果。
关键词：地理信息系统；地下管线；质量控制
1引言：
城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，被人们喻为城市的“生命线”，它们纵横交错，遍布整个城市，构成一张密织的网。这张网每时每刻不停地为城市提 供能源、信息和水，为经济发展和市民生活提供了基础和保障。但是目前，全国城市管线底数不清、资料不全的现象非常突出，给政府编制规划、开发建设、科学管 理和正确决策等带来极大困难，进而造成煤气管爆炸、通讯电缆被挖断等事故屡屡发生，给国家和人民带来了极大的损失。 城市地下管线管理信息系统是以地理信息系统（GIS）技术为核心、实现与计算机辅助技术（CAD）和办公自动化（OA）相集成，是具有空间决策支持和专家 系统综合分析能力的综合性管线信息系统，是一个密切关系到人民生活问题的复杂系统。地理信息系统(GIS)所提供的空间数据管理与分析功能，为复杂管网系 统的管理提供了很好的解决途径。然而在实际应用中却存在很多问题，其中一个很大的因素就是管线数据的质量问题。佛山市规划勘测设计研究院开展管线竣工测量 有二十多年的历史，拥有比较全面的竣工历史数据，碰到的问题也比较多，因此在其管线数据的质量控制方面所作的工作具有比较典型的参考意义。
2 我国城市地下管线及管理现状
城市建设管理长期以来重视地上忽视地下，没有一套科学和严格的管理，且因历史原因以致档案资料不统一、残缺不全，主要表现为如下三个方面：
1） 管线资料现势性差。许多城市的现有的管线资料普遍过时，没有及时更新，这给城市规划建设带来了困难，给企业生产造成了损失，给市民生活造成不便
2） 地下管线埋设混乱。由于各类地下管线权属单位不同，其敷设设计、经费来源、管理方法也各不相同，各有各的计划，各有各的安排，最后造成管线埋设、管理混乱，给城市发展埋下了隐患
3） 地下管线的设计、施工、测绘部门协调管理不够。设计部门对废除旧管道没有及时通知测绘部门更改图纸，施工部门只管进行施工，不重视竣工测量，使得测绘部门不能及时了解管线施工现状，及时进行管线竣工测量和编绘图纸，使得管线失去现势性和可利用的价值
随着城市化的发展，建设规模不断扩大，使用功能日趋复杂。作为城市公共设施组成部分的城市地下管线由单一、简单的形式发展到多类别、多权属和布局复杂的管 线网。城市建设高速发展与落后的管理手段之间的矛盾也日益尖锐，任何一种管线发生故障都会带来重大损失。因此必须尽快按照城市规划管理的要求，根据城市的 条件采取最经济合理的普查方法查明城市建成区或城市规划发展区内的地下管线现状，获取准确的管线数据，建立城市地下管线管理信息系统，实现城市地下管线信 息的科学化和现代化管理。
3 建立城市地下管线信息系统的技术方案
随着计算机技术的发展，关系数据库技术的成熟和地理信息系统技术的发展，建立城市综合地下管线数据库、建立城市地下管线信息系统已经在技术上完全成熟。
目前国内有些城市已经或者正在建立城市地下管线信息系统。大体上有两种模式，第一种是GIS模式，第二种是成图系统加属性信息管理系统模式。GIS模式除 具有成图系统和属性信息管理系统的功能外，还具有空间综合分析的功能，是一种最有发展前途的模式也是目前比较流行的模式。然而，这种模式一般投资比较大、 开发周期比较长。第二种模式是采用某个数据库管理系统和某个CAD绘图软件研制而成。这种模式一般来讲投资比较小，开发周期短。但是这种系统图形数据和属 性数据没有有机的接合，对将来的综合分析决策带来了困难。目前来讲用得比较少，是一种早期的系统。
4 管线数据质量问题的提出
当前中国GIS发展过程中碰到的一个很大的障碍就是数据问题，从而导致许多GIS系统最后走向失败。数据问题实际上包含两个方面，一个就是数据的获取，另 一个就是数据的质量。对于数据的获取方面，由于城市地下管线地理信息系统的使用部门一般是管线的管理部门，基本上不存在很大的问题，因此目前城市地下管线 地理信息系统的一个最突出问题就是数据质量问题。数据质量不好第一严重影响系统功能的应用，第二使用者日後要花费大量的精力来更正错误，浪费了时间和金 钱，严重者将导致系统的完全不能使用从而导致系统的失败。
对于空间数据质量问题，《中国可持续发展信息共享》一文详细的介绍的数据质量评价的内容、数据质量评价的指标、数据质量评价方法以及数据质量控制的实施。
数据质量由数据质量元素来描述（图1）。数据质量元素分为两类：数据质量的定量元素和数据质量的非定量元素。数据质量定量元素，包括数据质量定量元素子元 素，共同描述数据集满足预先设定的质量标准要求及指标的程度，并提供定量的质量信息。数据质量非定量元素提供综述性的、非定量的质量信息。

图1数据质量信息的组成
数据质量定量元素包括六个方面内容：完整性、逻辑一致性、位置精度、时间精度、专题（属性）精度、用户定义（数据质量元素或数据质量子元素）。因此管线数据的质量问题也必须从这六个方面的内容来考虑。
管线属性表其实包含管线位置数据和管线附属属性。佛山城市地下管线管理信息系统的图形数据也要根据管线属性表来生成，因此对管线的属性表进行核查十分重 要。本系统对管线的属性核查分为三个部分，他们分别是：○1管线点属性表检查○2管线点属性表连接属性检查○3管线线段表检查。现详细列出管线点属性表检 查项目：
表 1 管线点属性表核查项目
管线数据质量定量元素 错误项
逻辑一致性 物探点号在测区内不唯一，根据规程规定，管线点的物探点号在全测区范围内唯一
逻辑一致性 图上点号编码格式错误
逻辑一致性 点符号代码值无效
逻辑一致性 X坐标不在佛山市范围内
逻辑一致性 Y坐标不在佛山市范围内
逻辑一致性 图上点号在其所在图幅内不唯一，规程规定，管线点的图上点号在图幅范围内必须唯一
逻辑一致性 地面高程值不符合实际情况
逻辑一致性 对应的点点符号代码字段与附属物字段不一致
逻辑一致性 对应的点点符号代码字段与管线点特征字段不一致
完整性 管线点属性表的物探点号字段为空，根据规程规定，管线点的物探点号在全测区范围内唯一，是点属性表的关键字字段，不能为空
完整性 测区信息表的勘测单位代码字段为空
完整性 图上点号字段为空，根据规程规定，测区内的管线点的图上点号不能为空
完整性 点符号代码字段为空
完整性 X坐标字段为空
完整性 Y坐标字段为空
完整性 地面高程字段为空
5 佛山市城市地下管线数据的质量控制
5.1 佛山市城市地下管线管理信息系统情况简介
佛山市城市地下管线管理信息系统采取组件式开发方式，采用了ESRI 公司的MapObjects组件，开发语言为VB6.0，数据库为SQL Server，同时采用了ESRI公司的ArcSDE空间数据引擎，实现了图形数据和属性数据的统一存取。
该系统主要包括三个模块：外业处理模块，综合分析模块和数据核查模块。各个模块之间有机集成，实现地下管线测量数据从外业采集、数据核查、数据入库到数据管理和分析的自动化管理。系统结构图如图2所示

图 2佛山市城市地下管线管理信息系统系统结构图
综合分析子系统主要实现地下管线属性查询、更新，错误管线编辑，数据导入、导出，图幅调图，区域调图，坐标调图，任意区域的图形裁减和输出，断面分析，净 距分析，交叉口分析，报表打印输出，系统安全管理，用户分配和角色定义等功能；外业处理模块主要实现管线竣工测量中的成图作业以及对管线竣工测量工程的跟 踪管理。管线竣工后可以直接提交空间数据库进行更新；数据核查模块主要对管线数据进行核查。
5.2 佛山市城市地下管线数据的质量检查方案
传统的城市地下管线数据的质量控制主要采取手工的方法，就是根据数据质量元素及其子元素的内容，将数据与数据源比较。图形部分的检查包括目视方法、绘制管 线图与以前的管线数据叠加相比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其它比较方法。这种方法效率比较低下。佛山市城市地下管线管理信息系统将对于管线 数据的完整性、逻辑一致性进行电脑核查，取代人工核查，大大的提高了工作效率。至于位置精度、时间精度、专题（属性）精度、用户定义（数据质量元素或数据 质量子元素）等等目前还必须依靠原来的质量控制方法，例如抽样开挖核查等等。
目前佛山市管线数据的来源主要有三种：管线普查数据、竣工测量数据和历史管线数据。因此数据核查模块必须对这三种数据都要进行核查，合格后才能入库。管线 普查一般会发包到第三方作业，因此必须统一按照《佛山市地下管线普查规程》的规定，提交统一的微软ACCESS数据库文件，由本系统数据核查模块进行核 查。竣工测量数据由本系统的外业处理模块进行处理和检查。对于佛山历史管线数据处理则比较复杂。佛山的历史数据有几个特点：
（1） 采用文本文件记录，一个工程可以对应几个文件。这给核查带来了比较大的问题，一个是存在大量的文件格式错误，另外就是不能直接对文件进行逻辑一致性核查。
（2） 管线数据中的管线专题记录属性不规范。例如管线的附属物和特征两个字段全部记录在备注项里，需要进行分离和规范化。表2为低压管线属性分离表，由程序自动完成。
表 2低压管线统计改正表
低压管点
备注 汇总 附属物 特征 备注
, 2353 探测点
,入房 1 探测点 入房
80*51 1 探测点
北预留口 1 探测点 预留口
变材点 18 探测点 变材
变径处 1 探测点 变径
变径点 9 探测点 变径
变径分支点 2 探测点 变径 分叉
变坡点 1 探测点 变坡
（3） 基于使用方便和保密的需要，佛山市对全市进行分幅，根据一套特殊的规则来确定每幅图的图名和图号（图3）。

图 3图名图号表
从理论上说图名和图号应该是一一对应的关系。图名图号表非常重要，如果它出了问题，本身存在错误，那么对于整个系统来说都是致命伤。然而经过分析，佛山市 规划勘察设计研究院提供的图名图号表存在如下问题：一个图名对应多个图号、一个图号对应多个图名、图号错误（不可能存在）和图号不在佛山市区域等等。
基于以上三个特点，本系统先对图名图号表进行核查和更正，使图名和图号一一对应。然后检查所有的历史数据的格式并且分离属性，最后将所有的历史数据读入统一的一个临时数据库进行核查，图4为核查流程图。

图 4 佛山市历史数据核查流程图
临时数据库的数据经过核查，将生成图形数据，存入系统的空间数据库，然后将其和佛山市路网图叠加一起调出，可以人工检查出一些不合理的管线。
6 结束语
管线数据的质量控制事关城市地下管线信息系统的成败，因此实现管线数据监理的智能化和自动化是未来管线信息系统一个十分重要的方向。
参考文献
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