城市排水管网电视检测数据建库技术研究

韩建威

(福州市勘测院，福建 福州 350108)

1 引 言

城市排水管道是城市建设的重要标志，排水管道系统是否正常对人们的生活有直接影响[1]。市政管道系统如同一个城市的动脉，它的拥堵畅通情况直接影响一个城市的正常运行，其中排水管道的阻塞会造成城市内涝[2]。如何让城市建设的决策者能够直观、准确地了解城市管道的现状，做出及时、准确的决策成为摆在我们面前的迫切问题，也是智慧城市发展的需要。

中华人民共和国行业标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181-2012，备案号J 1441-2012，以下简称规程)，已于2012年7月19日发布，2012年12月1日实施。[3]规程中仅对排水管道检测的成果进行相关的规定，并未提及城市排水管网电视检测数据成果建库的相关内容。2017年下旬，福州市正式开展《四城区排水管网(雨、污水)排查》。该项目要求所有排水管网电视检测数据成果必须建立成相应的空间数据库，并且可以实现与排水管线专题数据库的关联。

本研究结合实际生产项目，对建设城市排水管网电视检测数据成果数据库中关键技术进行研究。

2 城市排水管网电视检测工作简介

排水管道检测主要是针对管道内部的检查，管道的缺陷位置定位描述是检测工作的成果体现，缺陷的环向位置定位描述是检测评估工作的重要内容之一，是管道修复和养护设计方案的重要依据[4]。

电视检测主要适用于管道内水位较低状态下的检测，能够全面检查排水管道结构性和功能性的状况[4]。

城市排水管网电视检测工作的成果包括：检测信息表(管段缺陷信息表、管段状况信息表以及管段健康度分段图片信息表)、检测视频以及检测照片等。

3 排水管网电视检测数据库的数据结构设计

3.1 需建库的数据内容

排水管网电视检测数据库的数据内容除了包含上述城市排水管网电视检测工作的成果之外，还包括排水管线专题数据库(管线普查的建库成果数据)。

3.2 建库成果的要求

排水管网电视检测数据库的建库成果除了满足《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181-2012)的要求以外，还需要满足以下要求：

(1)管段缺陷信息表中的点状缺陷及线状缺陷都应该按照其缺陷形式进行空间化，形成MDB格式的Personal Geodatabse数据文件；

(2)管段健康度分段图片信息表中的对象应该按照点状形式进行空间化，形成MDB格式的Personal Geodatabse数据文件；

(3)检测信息表(管段缺陷信息表、管段状况信息表以及管段健康度分段图片信息表)中对象都应该与排水管线专题数据库中的管线对象建立关联；

(4)检测视频以及检测照片的文件名需要直观的体现其与排水管线专题数据库中管线对象的关系，并且不能重复。

3.3 数据结构设计

(1)检测信息表的最终建库成果包括4张表格(如图1所示)，其中管段健康度分段图片信息表、管段缺陷点信息表、管段缺陷线信息表是经过空间化形成的MDB格式的Personal Geodatabse数据文件中具有可视化对象的3个图层；管段状况信息表仅以表格的形式存储在数据库中。

图1 各检测信息表的数据结构

(2)各检测信息表的数据结构设计依据是《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181-2012)，为了建立检测信息表(管段缺陷信息表、管段状况信息表以及管段健康度分段图片信息表)中对象与排水管线专题数据库中管线对象的关联，在各检测信息表中增加“GDHCODE”字段，同时在排水管线专题数据库中的管线图层中也增加“GDHCODE”字段，该字段存储的内容为：“X”+“起点X坐标”+“Y”+“起点Y坐标”+“-”+“X”+“终点X坐标”+“Y”+“终点Y坐标”，仅保留双引号中的内容且坐标值仅保留小数点后一位，例如：X2879851.4Y428808.1-X2879856.5Y428799.5。

(3)为了实现检测信息表(管段缺陷信息表以及管段健康度分段图片信息表)中对象空间化，将管段缺陷信息表拆分成管段缺陷点信息表和管段缺陷线信息表。在管段缺陷点信息表和管段健康度分段图片信息表中增加了“X”、“Y”两个字段，用于存储缺陷点的坐标；在管段缺陷线信息表增加了“X1”、“Y1”、“X2”、“Y2”四个字段，用于存储缺陷线的起点和终点坐标；在上述3个表中增加“SFZD”、“GXDDH”、“GXDGS”、“DIRECTION”四个字段，用于确定对应的管线专题数据库中是否有管线点、管线点点号、管线点个数以及检测方向与流向的关系。

(4)管段健康度分段图片信息表中对应的检测照片按照以下规则以文件的形式存储。

①图片文件存放路径

污水路径：[XMMC][DLMC]ws；雨水路径：[XMMC][DLMC]ys

说明：[XMMC]：项目名称；[DLMC]：道路名称。

②图片文件名规则

文件名：[QSJH]-[ZZJH]-[距离][拍摄方向].JPG

说明：[QSJH]：管段起点井号；[ZZJH]：管段终点井号；[距离]：图片位置与起点井之间的距离，精确到分米，如12345表示距离为1234.5米；[拍摄方向]：图片拍摄方向，A表示上；B表示中；C表示下。

例如：WS1-WS2-01234A.JPG。

(5)管段状况信息表中对应的检测视频按照以下规则以文件的形式存储。

①视频文件格式为MP4，编码格式为H264。

②同一管段健康度视频如果包含正向(起点到终点方向)和反向(终点到起点方向)，要求正向视频为一个视频文件，反向视频为一个视频文件。

③视频文件存放路径

污水路径：[XMMC][DLMC]ws；雨水路径：[XMMC][DLMC]ys

说明：[XMMC]：项目名称；[DLMC]：道路名称。

④视频文件名规则

文件名：[QSJH]-[ZZJH].MP4

说明：[QSJH]：管段起点井号；[ZZJH]：管段终点井号。

例如：WS1-WS2.MP4。

(6)管段缺陷点信息表和管段缺陷线信息表中对应的检测照片按照以下规则以文件的形式存储。

①照片文件存放路径

污水路径：[XMMC][DLMC]ws；雨水路径：[XMMC][DLMC]ys

说明：[XMMC]：项目名称；[DLMC]：道路名称。

②照片文件名规则

文件名：[QSJH]-[ZZJH]-[距离][序号].JPG

说明：[QSJH]：管段起点井号；[ZZJH]：管段终点井号；[距离]：图片位置与起点井之间的距离，精确到分米，如12345表示距离为1234.5米；[序号]：图片序号，000～999。

例如：WS1-WS2-0123401.JPG。

4 排水管网电视检测数据成果建库流程

4.1 排水管网电视检测数据成果建库流程(见图2)

图2排水管网电视检测数据成果建库流程

4.2 对排水管网电视检测数据成果进行数据检查

4.3 对排水管网电视检测数据成果对应的管线起点及终点坐标进行匹配

经过4.2检查的数据都可以在排水管线专题数据库中找到对应管线的起点坐标、终点坐标以及可能存在的中间点坐标。该步骤由程序自动完成。

4.4 对排水管网电视检测数据成果中切片点及缺陷点或线的位置进行计算

经过4.3坐标匹配完成的数据，根据“TPWZ”或“WZ”字段所存储的距离信息结合起终点的坐标，计算出切片点及缺陷点或线的位置。管段健康度分段图片信息表中的“TPWZ”字段中只存储一个距离信息，为点对象；管段缺陷信息表中的“WZ”中存储的内容为一个距离信息(例如“1.00”)时，识别为点对象；管段缺陷信息表中的“WZ”中存储的内容为距离段信息(例如“1.00-3.50”)时，识别为线对象。点对象只计算一个点坐标，线对象会计算出线的起点、终点以及可能出现的转折点坐标。

4.5 将排水管网电视检测数据成果中切片点及缺陷点或线的位置空间化

清华山维EPS平台相对开放，通过VBScript二次开发可以实现由EXCEL表格创建图形以及图形文件到Personal Geodatabase的文件格式转换，因此本研究优先选定了该平台进行切片点及缺陷点或线的位置空间化。该过程的最终成果符合ArcGIS 9.3及Oracle 10g的要求。

4.6 检测视频以及检测照片归档整理

检测视频以及检测照片依据3.3的要求，进行存储，形成最终的排水管网电视检测数据库。

5 重点研究内容

5.1 排水管网电视检测数据成果建库的目的

(1)顺应大数据发展应用的趋势，将零散的数据进行汇总，丰富地方空间数据的内容；

(2)将文本信息转换成图形；

(3)配合相应的GIS软件实现检测数据的查询、浏览、统计以及分析等功能。

3) 当政策模糊性高、冲突程度低的情况下，选用试验性实行。 依照Matland的观点，该模式的支配要素是“情境”，情境是由政策对象中资源和参与者的数量决定的，不同的情境决定了政策的实行效果不同。 这里特别强调了政策实行中的“试验性”。

5.2 排水管网电视检测数据与排水管线专题数据库的关联技术

要建立排水管网电视检测数据与排水管线专题数据库的关联，就必须在两套数据之间建立起一种对应关系，即每一条检测信息都能找到其对应的管线专题数据，每一条管线专题数据都能找到属于自己的检测信息。

为了建立上述对应关系，需分别在检测信息表及排水管线专题数据库中的管线图层中增加“GDHCODE”字段，该字段存储的内容为管线专题数据的空间起点及终点坐标，格式：“X”+“起点X坐标”+“Y”+“起点Y坐标”+“-”+“X”+“终点X坐标”+“Y”+“终点Y坐标”，仅保留双引号中的内容且坐标值仅保留小数点后一位，例如：X2879851.4Y428808.1-X2879856.5Y428799.5(以下称为“GDHCODE值”)。其中排水管线专题数据库中的管线图层中该字段的值是通过自身空间属性进行赋值，该值具有唯一性。检测信息表中该字段的值是通过检测记录中存储的检测对象起止点号与管线专题数据库中的管线图层中对应起止点号的数据进行匹配后获得。

在大多数情况下排水管线专题数据库中管线数据都是井到井直接连线的数据，但是现实道路中仍然不可避免地会遇到两个井的管线存在弯折的情况，导致排水管线专题数据库中管线数据并不是井连井，而是中间添加了一个或多个管线点，使得数据变成井连点、……、点连井的情况；在排水管网电视检测时检测对象的起点及终点通常是井。所以排水管线专题数据库中管线数据的“GDHCODE”字段只能存储一个GDHCODE值；排水管网电视检测数据中的“GDHCODE”字段会出现存储多个GDHCODE值的情况，这使得排水管网电视检测数据中的“GDHCODE”字段赋值变得相当复杂，为此编写了“排水管网电视检测数据成果建库”程序。

5.3 非直线排水管网电视检测数据空间化的关键技术

在大多数情况下排水管线专题数据库中管线数据都是井到井直接连线的数据，但是现实道路中仍然不可避免地会遇到两个井的管线存在弯折的情况，导致排水管线专题数据库中两个井之间的管线数据并不在一条直线上。

图3非直线排水管网电视检测图形展示((a)图错误、(b)图准确)

如图3(a)图所示，如果仅仅依据检测记录中存储检测对象的起止点号与管线专题数据库中的管线图层中对应起止点号的数据进行匹配来获取起终点的坐标，最终所获得的图形与管线的实际轨迹完全脱离，并不是最真实的数据表达，也可以认为是完全错误的数据。

如图3(b)图所示，所有的检测结果转换后得到的图形都依附于管线本身，即所有缺陷以及分段图片的位置与管线自身位置一致。只有足够准确的缺陷以及分段图片位置才能够为下一步的修复工作提供可靠的依据。

非直线排水管网电视检测数据空间化的关键技术有以下几点：

(1)项目范围内的排水管线专题数据中所有排水设施(包括各种井、水篦等)以及管道转折点都用于唯一编号(具体编号规则过于复杂，本文不对其进行描述)。

(2)项目范围内的排水管线专题数据中所有的排水管道数据都具有方向性(排水管道按照实际流向定义数据的方向)。

(3)视频检测人员在进行视频检测时可以依据实际检测条件，选择从上游井向下游井检测，也可以选择反向检测，并做相应记录。

(4)视频检测信息表中不仅要记录被检测管段起止井的编号，还要记录中间可能遇到的转折点的编号。在遇到多个转折点时，要按照视频检测的方向依次记录转折点的编号。

(5)在排水管线专题数据以及视频检测相关信息表达到上述技术要求的前提下，通过一定的算法用编程的方式来实现排水管网电视检测数据空间化的自动处理。编程的主要思路是：对于点信息，可以根据其位置描述采用寻迹算法算出点的空间坐标；对于线信息，除了根据其位置描述采用寻迹算法算出线的起止点空间坐标，还要在寻迹过程中记录起止点之间转折点的空间坐标，合并成完整线的空间坐标。

5.4 开发排水管网电视检测数据成果建库程序开发

为了完成排水管网电视检测数据成果建库，共编写了两个程序：

一是，基于VB6.0开发的排水管网电视检测数据成果建库程序，如图4所示，实现了数据检查、坐标匹配以及计算坐标的自动化，最大化地降低了人工成本并且保证了建库成果质量的统一性。

图4 排水管网电视检测数据成果建库程序

二是，基于清华山维EPS平台，EPS平台提供了模板定制、工作台面定制及脚本二次开发的接口，适应测绘信息化的要求，并且在管线数据处理方面非常成熟[5]。通过vbscript二次开发实现了Excel格式带坐标的数据表格到图属合一的图形文件的转换功能以及最终输出符合ArcGIS 9.3及Oracle 10g标准的数据的功能。

6 结 语

截至目前，《四城区排水管网(雨、污水)排查》项目进展已经过半，本研究的技术成果已经得到了充分的实践验证，该项目的部分阶段性数据成果已经配合相关信息系统完成了所有功能的测试，满足该项目的设计要求。