城乡区域地下管网数据更新与实践

刘冬生

河北九华勘查测绘有限责任公司 河北 保定 071000

引言

地下管线是城市基础设施的重要组成部分，进行城市地下管线探测普查符合城市规划、建设和管理的需要。通常管线探测之前要收集已有资料，包括设计资料、竣工资料以及修测资料等。在城市化发展进程中，受市政监测设施不完善、维护成本高等多重因素的干扰，路面塌陷、积水等事件频发，给城市形象带来了负面影响。智慧城市建设要求的提出，为市政设施管理迎来的重大变革提供了机会，通过与物联网、人工智能等各种新兴技术相互融合，提高城市运营管理水平。

1 城乡区域地下管网数据更新的重要意义

城市地下管网探查基本流程是前期收集相关资料，外业现场调绘，实地现场仪器探测。管网探查中主要包括地下管线铺设种类以及投影于地面位置，同时外业进行中应随时查明管线种类、连接关系、管径、材质、规格、载体特征、电缆条数、电压、管块孔数、权属单位及附属设施等。特别注意如果不同类管线或者权属不同的一类管线埋置于同一管沟内时，要在管线成果一栏表中备注清楚。管线在使用探测仪探查中随时标注地下管线特征点在地面投影的位置，同时绘制相关草图，这有利于内业成图效率的提升。明显管线点与隐蔽管线点是管线点分为两类的基础，在隐蔽管线点上应用仪器探测管线的地面投影位置和埋深，在明显管线点上进行实地调查和量测，地下管网探查中需查明与测注的内容。

地下管线在市政施工中的作用，在城市建设过程中，地下管线是一项重点工程。因此，开展地下管线施工作业，是当前城市进行规划、建设过程的基础工作。地下管线为城市居民的生活和工作带来了巨大的便利，极大提高了人们生活的舒适度以及便捷度，对城市的发展具有重要的意义。

在近年城市建设发展中，需要不断解决人们的各类生活问题，地下管线以最合理、经济方式需要顺应城市的规划发展要求，采用现代化管理确保城市正常运行。那么地下管线的问题就与城市建设发展息息相关，就要对地下管线建设安全加大重视，选用合理的测绘技术，能够对地下管线的工作测量效率充分提升，减少不必要的人力成本投入。对地下管线测量规划至设计、管理、施工的任何环节，都能够做好充分准备，将现代测绘技术应用于地下管线测量中，避免造成不必要的损失增加成本，影响人们的生产生活。

在系统建设过程中，为实现网络、数据等方面的一体化管理，顺利完成各种数据资源整合，需要建立完善标准体系，遵循规范化、开放性原则实现数据共享和管理，为各种平台、系统的建设提供统一参考标准。运用主流IT技术，并按照IT/GIS标准引入服务的系统架构，可以对各种技术进行集成，搭建基础信息框架，完成地理信息、空间数据、管网移动端等平台整合，在公共服务平台上统一发布信息。针对各种系统应用，需要实现全业务领域覆盖，在信息共享的基础上协同开展业务，为各种管网管理提供强力的辅助决策支持。

2 城乡区域地下管网数据更新与实践

2.1 电磁波法

电磁波法是一种物探方法，又称探地雷达法（GPR），利用超高频电磁波探查地下介质分布，可以探测地下金属和非金属目标。探地雷达（GPR）主要利用介质间的介电性、导电性和导磁性的差异进行探测，常用于电磁感应管道仪器难以探测的非金属管道探查工作中，如地下人防隧道、排水管道等。现阶段实际运用的地质雷达大多使用脉冲调幅电磁波，发射、接收装置采用半波偶极天线。

2.2 数据处理

内业数据处理一般采用专业的数据处理软件进行管线数据的处理，在乌鲁木齐市地下管线探测工程中使用《煤航管网数据处理系统》进行数据处理。根据GIS的现行体系和方法完成数据库的建立相关工作，对空间数据进行实时有效管理。为了保证入库后的数据完整、准确，需要根据系统规范将原始测量数据进行转换，为图形要素添加要素标识。数据建库的目标就是按照GIS规范将原始数据进行编辑、处理、转换等处理工作，使得最终数据库成果能够满足GIS空间数据的管理、查询、应用等功能。软件的基本模块包括管道输入、数据错误检查、逻辑处理、图形工具和结果输出等。

录入外业数据，准确性将直接决定工程成果的最终质量，核对并完成外业数据录入后，外业探测手簿、外业记录及工作日志也需要妥善保存。数据录入人员在用专用软件录入数据，建立管线资料数据库前，应核对每天探测区域内的探测数据，无误后再进行录入。数据录入前，程序管理员先按照相关规范要求对各管线属性数据进行相应代码链接字段的匹配设置，以便在数据录入工作中避免烦琐的文字输入，只需要选择相应的代码或数字就能直接输入相应的属性数据，提高录入效率及精度。

2.3 实时定位RTK技术

实时定位RTK技术作为全球定位技术的一种，基于GPS技术基础上改进获得技术，能够有效融合无线电、数字通讯、动态测量三种技术，实际应用中可以对融合的这三类技术做到优势互补，弥补各自缺陷保证测量所得数据的精确性。RTK技术在应用过程中，可以做到每一次地下管线测量获得数据，都避免所受上次测量数据影响，这样也就避免发生多次测量存在的累积误差问题，所以测量工作精度较高，可以简便操作排除外界干扰完成全天候测量作业。RTK如今已经可以精确至毫米，在当前市场上多采用的RTK技术为厘米级，实际应用中实时定位RTK系统包括以下组成，1个基准站、多个流动站，采用通信系统连接各组成。在流动站内含有GPS接收机、流动站控制电源及装置，无线电通信系统。基准站包括了电源、GPS接收机、天线、无线电发射系统。在地下管线测量中应用RTK测绘技术优势为：一是可以在多个流动站实现循环运行测量，这样能够缩减不必要的耗时，提高了测量工作效率也加快了整体工程进度；二是保证了地下管线测量工作的精准度，保证每一次RTK测量工作都是独立进行的，减少了多次测量所受其他测量数据影响的误差发生可能；三是几秒内就可完成测量，较快的测量速度提升了测量工作效率。

2.4 经济高效

城市规划系统设计的主要目的之一，是为了能够确保一个城市内部空间的合理充分利用。规划设计的最终目标主要是在充分了解后的城市土地综合利用形态的基础上，确保城市地下土地及其他相关利用资源的合理分配利用，在此设计过程中对城市地下利用空间规划图的设计一定要严格遵循利用经济性基本原则和利用效率性基本原则，合理分配利用城市地下利用空间，通过设计规划，可以有效确保城市土地相关资源的合理科学有效分配和合理应用。在现代城市的长期化健康发展中，城市地下建筑空间规划项目设计必须能够充分满足现代城市经济发展的基本功能需求，在进行城市地下建筑空间规划项目设计中需要遵循城市经济效益性设计原则，开展城市基础设施调查设计工作，防止虚假规划设计，增加新的城市经济负担必须也需要这样做。

2.5 系统规范

城市地下地上空间规划实际设计的基本体系结构原则和设计规范性体系原则在城市规划设计中必须统筹规划全局，保证后期城市地下地上空间结构不合理的一个地方可以采取有效的规划设计处理对策，提高规划设计方案的科学可行性和实际适用性城市规划的实际设计具体内容一般来说包括城市防空基础工程、交通基础工程等，这些重要基础工程设施的规划设计必须根据地下地上空间结构和后期城市基本交通路网的使用特点及时进行隐蔽通风、做好地下排水处理工作，为后期地下空间规划使用打下基础，城市地下地上空间规划实际设计工作属于复杂和难度高的城市规划设计基础工程，在进行实际规划设计工作过程中一定要积极实事求是地严格执行。

2.6 数据库的结构设计

数据库的结构设计应依据系统需求分析以及系统所要存储的数据结构特点。城市三维管网平台是建立在GIS地理信息库上，应考虑GIS存储的数据特点。因此，将数据库存储的数据分为两类:一是空间逻辑数据；二是地下管线实体数据。空间数据是指用基本数据结构来表示自然世界的数据，包括管点和由相关管点联结为管段构成，以坐标以及拓扑关系的形式存储；属性数据是描述地理实体质量和数量特征的数据。地下管线实体数据是指诸如地下管线日常管理相关联的数据。

2.7 数据库的入库

地下管线数据的入库包括空间数据和属性数据入库两方面。地下管网数据的输入主要是野外探测实测坐标点以及相应管点之间管线的数据输入；地下管网属性数据输入包括系统检查管线与管点匹配性检查，若空间数据库与属性数据库相同的字段匹配成功，那么方可确保输入属性数据的一致性。

2.8 地下管线隐蔽管线点的探查精度

对于地下管线隐蔽管线点的探查精度，《管线探查规程》明确规定：平面位置限差δts为0.1h，埋深限差δth（h为地下管线的中心埋深，单位为cm，当h＜100cm时，则以100cm代入计算），并且考虑特殊情况下探查精度有特定要求时，探查应满足。用管线探测仪重复探查是针对隐蔽管线点，用同类仪器、同一种方法对同一管线点在不同时间进行重复探查。重复探查量不少于全区总点数的5%，然后统计计算隐蔽管线点点位中误差mts及埋深中误差mth，由公式（1）、公式（2）可计算管线探查精度。

式中：sts、Δhti分别为隐蔽管线点的点位偏差和埋深偏差；n为隐蔽管线点的重复探查点数。mts和mth不大于对应限差δts和δth的0．5倍时，探查结果精度符合要求。

2.9 数据库技术

应用系统开展管网数据统计、设备管理等工作，需要基于大数据分析、人工智能等技术建立相应知识库，为各种软件功能和应用公开发提供支撑。针对地下管网类型复杂、每天产生大量监测数据等特点，建立管网数据模型及数据库。利用管网监测数据、工程相关数据、系统数据等进行统计分析，并通过机器学习完成数据清洗、分析和处理。采用Oracle关系型数据库，依靠空间数据引擎实现不同类型数据整合，为数据快速检索提供支持。在大数据分析和智能算法的支撑下，可以提供不同知识库，根据相关数据信息实现智能辅助决策[1]。

2.10 智慧巡检技术

运用智慧巡检技术加强管网管理，需要引入无人机、热成像、专家图像等不同技术。无人机作为高效移动平台，能够通过搭建热成像设备、智能诊断系统等设备实现管网运行状态监测和综合分析诊断。通过将管线图谱和历史数据库比较，能够判断管线是否存在泄漏点等，通过搭载的网络传输设备，可以将信息实时回传至系统平台，平台在确认数据超出设定限值时发出告警。通过调取平台地理信息数据，可以及时进行故障定位，有效提高管网巡检质量和效率[2]。

3 结束语

随着我国城市化的不断推进，城市片区为中心的公共用地越来越宝贵，如何最大限度地合理利用这些土地，进行地下公共公用空间建设是我们目前值得认真研究和努力探索的一个方向。地下公共公用空间的合理开发和综合利用，有效地彻底解决了城市交通和生态环境等现代城市规划建设中的许多复杂问题，通过各个区块的相互连接与功能整合，提高了整个城市内的商业、文化生活质量等许多功能。地下公共公用空间建设涉及许多相关专业和政府主管部门，其功能综合性很强，管理、设计再到理念、从设计实施再到实践等各个方面都要进行更系统的综合整理和优化提高。城市地下管线是城市的“经络”和“血管”，既要关注城市地上空间建设，同时也要关注地下空间建设[3]。