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摘 要：针对传统的地下管线探测作业流程存在的问题，结合地下管线数据库信息化建设和规范化管理需要，采用“内外业数字一体化”模式，将信息平台建设要求前置于外业调查阶段，按照边采集、边检查、边修改的工作思路，在软件系统功能设计上强化了碰撞检查、重号检查、成果输出与数据格式对接等功能。在实际应用中，大大提高了管线探测内外业工作效率和成果质量。
关键词：管线探测；数据采集；软件设计
地下管线是人类活动范围内埋藏在地下的所有给（排）水、燃气、热力、通讯、电力、工业等管线（道）及其附属设施的总称，是保障居民正常工作与生活及社会经济可持续发展的重要基础设施和“生命线”。近年来，随着我国经济社会的高速发展，城镇化水平不断提高，城市地下管线数量和种类越来越庞大、密集并相互交织。但由于历史原因，诸多城市地下管线资料存在残缺不全、精度不高、与现状不符等问题，严重制约着城市的规划、建设和管理，特别是在飞速发展的城市基础设施建设过程中，由于施工防范措施不当而损毁地下管线的事故时有发生，严重影响了居民的工作与生活。因此经济、快速、高效、精准地查明地下管线，并确定其分布、埋深、走向、材质、管径及管线间的连接关系，对于提高城市地下管网信息化管理水平，推进“数字城市”“数字国土”建设至关重要。[1-3]
1 地下管线探测现状及存在的问题
1.1 地下管线探测基本工作流程
地下管线探测是地下管网信息化建设与管理的基础性工作，是一项集物探、测绘及计算机应用技术于一体的多学科、多专业交叉的系统工程。其基本工作流程[4]（见图1）：
1.2 地下管线探测现状及存在的问题
（1）纸质记录维护难度大。按照CJJ 61-2017 城市地下管线探测技术规程要求，外业探测原始数据必须以手工纸质形式进行记录。但由于纸质记录的局限性和易损性，当数据量增大时，对图纸记录的维护和查询将变得越来越困难。[5]
（2）易出现错误“叠加效应”。由图1可知，从外业管线探测到最终成果资料提交，各工序相互衔接，中间环节多，如果作业小组的草图没有及时建成作业数据库，则重号、错连、漏录等人为出错概率将会大幅增加，若不及时更正，将会对后续工作产生错误“叠加效应”。
（3）内业资料处理工作量大。由于物探方法的多解性，[6]导致隐蔽管线外业探测的不确定性，同一管线的属性可能会被多次修改，同时也必须要修改草图、数据库、管线探测手簿等，特别是对管线探测手簿的填写，平均要抄写两遍以上，这无形中加大了内业处理的工作量。
（4）软件购置与使用成本高。目前，管线数据采集过程的机辅录入和成图，一般是采用多种软件协同完成。录入常使用Microsoft Access完成，辅助成图一般采用AutoCAD、ArcGIS 或相关的GIS软件平台完成。采用多种软件完成数据入库和成图不仅增加了成本，而且相关人员也必须要掌握多种平台的操作技能。同时，增加了管线探测数据完整性和可靠性检查难度。
2 基于现状的改进思路及软件功能设计
2.1 改进思路及设计原则
针对传统的地下管线探测作业流程存在的“纸质記录维护难、多种软件交叉使用、建库中间环节多、易出现错误叠加”等问题，以提高工作效率和成果质量为目标，结合地下管线数据库信息化建设和规范化管理需要，[7]采用“内外业数字一体化”作业模式，将信息平台建设要求前置于外业调查阶段，强化“边采集、边检查、边修改”的质量监控保障措施。在软件设计上，坚持技术先进、成熟、可行和便于管线数据维护的原则，采用开放式功能结构设计理念，确保开发的“地下管线采编系统”在功能上便于配置、升级、维护，性能稳定可靠。
（1）采用全新的成熟开发技术，以AutoCAD、ArcGIS、Office等应用平台为基础，利用Visual Studio2008为开发平台，将采集、编辑、检查等功能移植分散到管线探测、数据采集及处理编辑等各个环节，使用GIS软件，建立地下GIS系统，结合各种传感器，利用网络交换数据，实现管线采集数据动态管理。
（2）管线数据维护和系统设计，依据地下综合管线建库、维护、应用等实际需要，并充分考虑地下综合管线内、外业测绘成图的特点，在性能上突出数据计算高效，系统运行速度快且稳定可靠。[8]
（3）在管线探测成果入库上，突出支持管线CAD图、实测数据、二维GIS等多种格式数据的标准导入，并能灵活处置各种异常数据，实现高效准确的入库更新机制和算法，具有强大的管线数据编辑功能和历史数据管理功能。
（4）在管线查询分析和数据格式导出上，重点突出碰撞检查、重号检查、测量点与管线点一一对应检查、多通检查、流向检查、接边检查等功能；在成果输出与数据格式对接方面，确保能够导出MapGIS、ArcGIS等GIS数据库格式。
2.2 系统总体结构设计
（1）自定义图示设计及功能模块拓展。“地下管线采编系统”按照开放式功能结构设计，可在不改变系统框架的前提下，灵活实现系统功能的增减和功能模块的拓展与升级，大大方便了系统的配置与维护；还可以用颜色来定义必填字段，起到提示作用，让作业人员能够直观方便的操作，提高工作效率（见图2）。
（2）信息录入与维护设计。目前，地下管线调查信息一般是采用EXCEL或VFO等表格手工录入，[9]缺点是录入时无法自动检测同属性值，或不能实时对录入数据进行检查，易造成错误“叠加效应”。“地下管线采编系统”的信息录入与维护功能，参照管线建库规范化要求进行设计，可对节点∕管线属性的完整性、节点∕管线标号的唯一性、管线的连通性、管线与节点的关联性进行检查；同时还可对属性字段、几何图形、流向、多通、碰撞、接边、变径等做一系列逻辑关系检查（见图3）。既可根据生成的可视化图形进行人工检查，也可利用生成的三维管网图进行可视化检查，成果数据可一键生成标准管线数据库，从而避免多流程引起的多重反复错误（见图4、图5）。其中，根据调查的所有相关属性自动生成的三维图形能够直观地看出管线的走向和连接方式（见图6），若某个属性采集错误或者漏采，都会查出异常，这样既方便了作业员直观操作，又会对异常生成的管线进行实时核实，确保了数据准确，质量可靠。 （3）图属动态关联设计。图属动态关联主要是对生成的DWG图形就某管段进行局部修改更新，MDB管段文件与CAD图形文件需一致时才能关联成功，并提示“关联完成”。“地下管线采编系统”通过图属动态关联设计优化后比传统的整图重构方便很多，特别时对数据量大的综合管线来说，可大大提高工作效率（见图7）。
（4）生成断面文件设计。常规软件一般不能进行断面图的提取，为了适应不同业主方的要求，“地下管线采编系统”通过对生成断面进行设计优化，可随意画线，连续提取穿过线的断面文件，并连续生成断面图（见图8）。
3 系统应用及功能拓展方向
“地下管线采编系统”先后在多个项目中进行推广应用，取得了良好的社会经济效益，并得到了业主的高度评价。该系统改善了地下管线探测内外业作业模式，简化了工作流程，大大提高了作业效率，缩短了工期，节约了成本。特别是通过该系统对数据格式和属性数据的统一管理，相对传统模式可以显著减少由于不同作业人员、不同作业习惯等人为因素对数据格式和属性数据的影响所造成的出错概率，保证了数据的准确性和完整性。目前，“地下管线采编系统”尚处于单机基础框架阶段，后期拟从以下几个方面进行功能拓展与改进：
（1）完善网络分发模式，从单机文件配置改进为由服务器集中设置配置模式，保证数据标准的统一性和进一步提高内外业工作效率。
（2）结合各种管线数据库建库要求进行设计改进和功能优化，使成果数据与更多的管线数据库能够有机融合，提升该系统的通用性。
（3）结合现代化的管线探测电子设备传感器，利用手机或专项网络，实现自动采集或更新管线相关数据信息，为提高管线日常维护的时效性提供技术支撑。
（4）将该系统移植到平板电脑上，在管线探测巡线、新增、修补测、现场调查等方面进行推广应用。
4 结语
城市地下管线承载着信息传输、能源输送、污水排放等与人民工作和生活息息相关的重要功能，是城市赖以生存和发展的重要物质基础。随着我国城镇化进程的不断加快，原有城市地下管线资料欠缺的矛盾越来越突出，加快城市地下管线探测步伐已迫在眉睫。地下管线探测技术及相关软件的研发，必然会随着物探、测绘及“3S”技术的迅猛发展日臻完善，在推进城市地下管线数据信息化建设和规范化管理工作及城市地下空间开发利用方面发挥重要的技术支撑作用。
参考文献：
[1]桂向阳，应晓健.城市地下管线综合探测[J].地球科学，1993，18（3）：362-367.
[2]汪胜国，朱照荣，张锡越.基于北京CORS系统的虚拟站观测数据质量分析[J].岩土工程技术，2018，32（3）：120-124.
[3]刘永生，刘仁义，马瑞光.综合物探方法在地面塌陷场地勘查中的应用[J].岩土工程技術，2018，32（3）：155-158.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 61-2017 城市地下管线探测技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[5]朱艳娟.基于PDA的地下管线数据采集系统[J].黑龙江交通科技，2012，226（12）：159-160.
[6]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.
[7]湖北省住房和城乡建设厅.DB42/T 875-2013 湖北省城镇地下管线探测技术规程[S].武汉：湖北省建设工程标准定额管理总站出版社，2013.
[8]许士敏，黄荣星.基于嵌入式GIS的地下管线野外数据采集系统[J].全球定位系统，2006（1）：19-22.
[9]李卫红，王文龙，李颖彪，等.地理信息系统概论[M].北京：科学出版社，2017.
作者简介：刘珺涵，女，湖北武汉人，从事计算机应用。
关键词：管线探测；数据采集；软件设计
地下管线是人类活动范围内埋藏在地下的所有给（排）水、燃气、热力、通讯、电力、工业等管线（道）及其附属设施的总称，是保障居民正常工作与生活及社会经济可持续发展的重要基础设施和“生命线”。近年来，随着我国经济社会的高速发展，城镇化水平不断提高，城市地下管线数量和种类越来越庞大、密集并相互交织。但由于历史原因，诸多城市地下管线资料存在残缺不全、精度不高、与现状不符等问题，严重制约着城市的规划、建设和管理，特别是在飞速发展的城市基础设施建设过程中，由于施工防范措施不当而损毁地下管线的事故时有发生，严重影响了居民的工作与生活。因此经济、快速、高效、精准地查明地下管线，并确定其分布、埋深、走向、材质、管径及管线间的连接关系，对于提高城市地下管网信息化管理水平，推进“数字城市”“数字国土”建设至关重要。[1-3]
1 地下管线探测现状及存在的问题
1.1 地下管线探测基本工作流程
地下管线探测是地下管网信息化建设与管理的基础性工作，是一项集物探、测绘及计算机应用技术于一体的多学科、多专业交叉的系统工程。其基本工作流程[4]（见图1）：
1.2 地下管线探测现状及存在的问题
（1）纸质记录维护难度大。按照CJJ 61-2017 城市地下管线探测技术规程要求，外业探测原始数据必须以手工纸质形式进行记录。但由于纸质记录的局限性和易损性，当数据量增大时，对图纸记录的维护和查询将变得越来越困难。[5]
（2）易出现错误“叠加效应”。由图1可知，从外业管线探测到最终成果资料提交，各工序相互衔接，中间环节多，如果作业小组的草图没有及时建成作业数据库，则重号、错连、漏录等人为出错概率将会大幅增加，若不及时更正，将会对后续工作产生错误“叠加效应”。
（3）内业资料处理工作量大。由于物探方法的多解性，[6]导致隐蔽管线外业探测的不确定性，同一管线的属性可能会被多次修改，同时也必须要修改草图、数据库、管线探测手簿等，特别是对管线探测手簿的填写，平均要抄写两遍以上，这无形中加大了内业处理的工作量。
（4）软件购置与使用成本高。目前，管线数据采集过程的机辅录入和成图，一般是采用多种软件协同完成。录入常使用Microsoft Access完成，辅助成图一般采用AutoCAD、ArcGIS 或相关的GIS软件平台完成。采用多种软件完成数据入库和成图不仅增加了成本，而且相关人员也必须要掌握多种平台的操作技能。同时，增加了管线探测数据完整性和可靠性检查难度。
2 基于现状的改进思路及软件功能设计
2.1 改进思路及设计原则
针对传统的地下管线探测作业流程存在的“纸质記录维护难、多种软件交叉使用、建库中间环节多、易出现错误叠加”等问题，以提高工作效率和成果质量为目标，结合地下管线数据库信息化建设和规范化管理需要，[7]采用“内外业数字一体化”作业模式，将信息平台建设要求前置于外业调查阶段，强化“边采集、边检查、边修改”的质量监控保障措施。在软件设计上，坚持技术先进、成熟、可行和便于管线数据维护的原则，采用开放式功能结构设计理念，确保开发的“地下管线采编系统”在功能上便于配置、升级、维护，性能稳定可靠。
（1）采用全新的成熟开发技术，以AutoCAD、ArcGIS、Office等应用平台为基础，利用Visual Studio2008为开发平台，将采集、编辑、检查等功能移植分散到管线探测、数据采集及处理编辑等各个环节，使用GIS软件，建立地下GIS系统，结合各种传感器，利用网络交换数据，实现管线采集数据动态管理。
（2）管线数据维护和系统设计，依据地下综合管线建库、维护、应用等实际需要，并充分考虑地下综合管线内、外业测绘成图的特点，在性能上突出数据计算高效，系统运行速度快且稳定可靠。[8]
（3）在管线探测成果入库上，突出支持管线CAD图、实测数据、二维GIS等多种格式数据的标准导入，并能灵活处置各种异常数据，实现高效准确的入库更新机制和算法，具有强大的管线数据编辑功能和历史数据管理功能。
（4）在管线查询分析和数据格式导出上，重点突出碰撞检查、重号检查、测量点与管线点一一对应检查、多通检查、流向检查、接边检查等功能；在成果输出与数据格式对接方面，确保能够导出MapGIS、ArcGIS等GIS数据库格式。
2.2 系统总体结构设计
（1）自定义图示设计及功能模块拓展。“地下管线采编系统”按照开放式功能结构设计，可在不改变系统框架的前提下，灵活实现系统功能的增减和功能模块的拓展与升级，大大方便了系统的配置与维护；还可以用颜色来定义必填字段，起到提示作用，让作业人员能够直观方便的操作，提高工作效率（见图2）。
（2）信息录入与维护设计。目前，地下管线调查信息一般是采用EXCEL或VFO等表格手工录入，[9]缺点是录入时无法自动检测同属性值，或不能实时对录入数据进行检查，易造成错误“叠加效应”。“地下管线采编系统”的信息录入与维护功能，参照管线建库规范化要求进行设计，可对节点∕管线属性的完整性、节点∕管线标号的唯一性、管线的连通性、管线与节点的关联性进行检查；同时还可对属性字段、几何图形、流向、多通、碰撞、接边、变径等做一系列逻辑关系检查（见图3）。既可根据生成的可视化图形进行人工检查，也可利用生成的三维管网图进行可视化检查，成果数据可一键生成标准管线数据库，从而避免多流程引起的多重反复错误（见图4、图5）。其中，根据调查的所有相关属性自动生成的三维图形能够直观地看出管线的走向和连接方式（见图6），若某个属性采集错误或者漏采，都会查出异常，这样既方便了作业员直观操作，又会对异常生成的管线进行实时核实，确保了数据准确，质量可靠。 （3）图属动态关联设计。图属动态关联主要是对生成的DWG图形就某管段进行局部修改更新，MDB管段文件与CAD图形文件需一致时才能关联成功，并提示“关联完成”。“地下管线采编系统”通过图属动态关联设计优化后比传统的整图重构方便很多，特别时对数据量大的综合管线来说，可大大提高工作效率（见图7）。
（4）生成断面文件设计。常规软件一般不能进行断面图的提取，为了适应不同业主方的要求，“地下管线采编系统”通过对生成断面进行设计优化，可随意画线，连续提取穿过线的断面文件，并连续生成断面图（见图8）。
3 系统应用及功能拓展方向
“地下管线采编系统”先后在多个项目中进行推广应用，取得了良好的社会经济效益，并得到了业主的高度评价。该系统改善了地下管线探测内外业作业模式，简化了工作流程，大大提高了作业效率，缩短了工期，节约了成本。特别是通过该系统对数据格式和属性数据的统一管理，相对传统模式可以显著减少由于不同作业人员、不同作业习惯等人为因素对数据格式和属性数据的影响所造成的出错概率，保证了数据的准确性和完整性。目前，“地下管线采编系统”尚处于单机基础框架阶段，后期拟从以下几个方面进行功能拓展与改进：
（1）完善网络分发模式，从单机文件配置改进为由服务器集中设置配置模式，保证数据标准的统一性和进一步提高内外业工作效率。
（2）结合各种管线数据库建库要求进行设计改进和功能优化，使成果数据与更多的管线数据库能够有机融合，提升该系统的通用性。
（3）结合现代化的管线探测电子设备传感器，利用手机或专项网络，实现自动采集或更新管线相关数据信息，为提高管线日常维护的时效性提供技术支撑。
（4）将该系统移植到平板电脑上，在管线探测巡线、新增、修补测、现场调查等方面进行推广应用。
4 结语
城市地下管线承载着信息传输、能源输送、污水排放等与人民工作和生活息息相关的重要功能，是城市赖以生存和发展的重要物质基础。随着我国城镇化进程的不断加快，原有城市地下管线资料欠缺的矛盾越来越突出，加快城市地下管线探测步伐已迫在眉睫。地下管线探测技术及相关软件的研发，必然会随着物探、测绘及“3S”技术的迅猛发展日臻完善，在推进城市地下管线数据信息化建设和规范化管理工作及城市地下空间开发利用方面发挥重要的技术支撑作用。
参考文献：
[1]桂向阳，应晓健.城市地下管线综合探测[J].地球科学，1993，18（3）：362-367.
[2]汪胜国，朱照荣，张锡越.基于北京CORS系统的虚拟站观测数据质量分析[J].岩土工程技术，2018，32（3）：120-124.
[3]刘永生，刘仁义，马瑞光.综合物探方法在地面塌陷场地勘查中的应用[J].岩土工程技術，2018，32（3）：155-158.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 61-2017 城市地下管线探测技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[5]朱艳娟.基于PDA的地下管线数据采集系统[J].黑龙江交通科技，2012，226（12）：159-160.
[6]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.
[7]湖北省住房和城乡建设厅.DB42/T 875-2013 湖北省城镇地下管线探测技术规程[S].武汉：湖北省建设工程标准定额管理总站出版社，2013.
[8]许士敏，黄荣星.基于嵌入式GIS的地下管线野外数据采集系统[J].全球定位系统，2006（1）：19-22.
[9]李卫红，王文龙，李颖彪，等.地理信息系统概论[M].北京：科学出版社，2017.
作者简介：刘珺涵，女，湖北武汉人，从事计算机应用。