一种城市地下综合管线与专业管线的融合方法及其系统

摘要

本发明属于地理信息处理技术领域，是一种城市地下综合管线与专业管线的融合方法及其系统，包括创建综合管线、专业管线和成果管线数据库；建立成果管线属性标准和融合规则；遍历综合管线的管点、管线要素；在专业管线中辨识、匹配最相似的管点、管线要素；根据融合规则进行融合并生成新的管点、管线至成果库；复制未匹配融合的专业管线至成果库；参考融合日志进行数据的校验和确权。本发明融合形成一套管线齐全、管位精确、属性完备的管线数据，解决了现在建立城市地下管线数据库时普遍只采用综合管线数据导致的管线数据不全、属性不完备、无法有效支撑政府部门管理和决策的问题。

说明书

技术领域

本发明属于地理信息处理技术领域，具体的说是一种城市地下综合管线与专业管线的融合方法及其系统。

背景技术

城市地下管线是指在城市规划区范围内，埋设在城市规划道路下的给水、排水、燃气、热力、工业等各种管道，电力、电信电缆以及地下管线综合管沟（廊）等。城市地下管线担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排弃的功能，是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施的重要组成部分，是发挥城市功能、确保社会经济和城市建设健康、协调和可持续发展的重要基础和保障。城市地下管线就像人体内的“血管”和“神经”，因此，被人们称为城市的“生命线”。

随着城市的发展，地下管线分布越来越密集、复杂，各种由于建设开挖、管线过期老化和环境腐蚀等原因造成的管线事故频繁发生，严重影响了城市居民的生活和生命财产安全。为了把这些密布于地下的看不见、摸不透的各类管线有效管理起来，越来越多的城市开始建设城市地下管线数字化管理系统。通过城市地下管线数字化管理系统的建设，提高政府部门规划审批的准确性和效率；减少管线事故的发生，保证人民生活的正常进行；在发生自然灾害甚至是战争的时候也可以为城市应急指挥、抢险提供数据支撑和决策支持。

城市地下管线数字化管理系统建设的首要任务，同时也是系统建设过程中最重要、最具挑战性的任务就是建立一个管线齐全、管线位置精度高和管线属性完备的管线数据库。

城市在建设地下管线数据库之前往往已经有两种管线数据资料：一种是测绘部门掌握的覆盖城市主次干道和新建小区的多类地下管线数据，这类数据侧重于空间位置信息的准确性，称为综合管线，主要用于城市规划。还有一种就是各管线权属单位或专业管理部门掌握的本单位的管线数据，覆盖本单位建设、管理的全部管线，这类数据侧重于属性信息的完备性，称为专业管线，主要用于本单位管线的运维管理。

现阶段，城市大多采用两种方式来建立地下管线数据库：一种方式是直接使用城市已有的综合管线数据建库，这种方式由于综合管线数据的局限性，无法保证管线数据的齐全和管线属性的完备，难以对城市地下管线的管理和决策提高准确的数据支撑。还有一种方式就是对城市地下管线进行全面的重新探测、普查，这种方式难度大、周期长、风险高。

地下管线作为基础地理国情的重要组成部分，是城市安全的根基，与城市居民的生活息息相关，也是城市管理和决策的工作基础。但是地下管线资源的权属多样，存储也比较离散，缺乏统一的标准，管线数据内容多样化、异构化，导致地下管线数据情况不容乐观，管线事故频繁发生，给城市居民的正常生活带来了很大的影响。越来越多的城市已经意识到了该问题，并开始创建城市地下管线数据中心，但是现阶段各城市在创建时大多直接采用综合管线数据，带来了管线数据不全、属性不完备的问题。还有极少部分城市在创建时对城市的地下管线全都重新探测、普查，导致了大量的重复劳动，带来了大量的人力、物力、财力的浪费和建设周期太长的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种城市地下综合管线与专业管线的融合方法及其系统，匹配和融合形成一套管线齐全、管位准确和管线属性完备的管线数据，既保证管线数据的全面、准确和属性的齐全，同时避免了不必要的城市地下管线重复探测、普查工作，节省大量的人力、物力和财力，缩短建立城市地下管线数据库的周期。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种城市地下综合管线与专业管线的融合方法，包括以下步骤：

㈠创建一个综合管线数据库，把从城市测绘部门收集的管线数据导入到综合管线数据库；创建一个专业管线数据库，把从管线权属部门收集的管线数据导入到专业管线数据库；创建一个成果管线数据库，用于存放最终的融合成果；

㈡为不同种类的城市地下管线分别建立成果库的管点和管线的标准属性字段，包括字段的名称、类型、描述和约束条件，同时设置融合时标准属性的取值来源和取值来源的字段的名称，取值来源设置为综合管线或者专业管线；

㈢对不同种类的综合管线分别遍历所有管点要素和管线要素；

㈣在遍历某类综合管线的管点要素和管线要素时，在专业管线数据库中辨识、匹配与遍历的单个综合管线点要素和综合管线线要素最为相似的点要素和线要素；

㈤复制综合管线点要素和线要素的空间信息生成新的点要素和线要素，并在新生成的要素上创建步骤㈡建立的标准属性，同时根据步骤㈡建立的融合规则从设定的取值来源取属性值设置到新生成的点要素和线要素上，最后将其保存到成果库中并记录融合的日志；

㈥专业管线数据的覆盖面比综合管线数据的覆盖面更广，把根据综合管线未辨识及匹配到的专业管线数据直接覆盖到成果数据库中并记录复制日志；

㈦在步骤㈥融合结束后，参考融合过程中记录的日志检查需要进一步进行人工确认的内容，进行小部分数据的接边及补测工作，最终使用管线数据自动化监理工具对管线数据的属性信息和空间信息的合理性进行校验。

融合方法的城市地下综合管线与专业管线的融合系统，包括：

综合管线、专业管线和成果管线数据库创建模块，用于创建一个综合管线数据库，把从城市测绘部门收集的管线数据导入到综合管线数据库，创建一个专业管线数据库，把从管线权属部门收集的管线数据导入到专业管线数据库，创建一个成果管线数据库，用于存放最终的融合成果；

成果管线属性标准和融合规则建立模块，用于为不同种类的城市地下管线分别建立成果库的管点和管线的标准属性字段，同时设置融合时标准属性的取值来源和取值来源的字段的名称；

综合管线的管点和管线要素遍历模块，用于对不同种类的综合管线分别遍历所有管点要素和管线要素；

专业管线最相似管点和管线要素辨识和匹配模块，用于在专业管线数据库中辨识、匹配与遍历的单个综合管线点要素和综合管线线要素最为相似的点要素和线要素；

新的管点及管线生成至成果库模块，用于复制综合管线点要素和线要素的空间信息生成新的点要素和线要素，并在新生成的要素上创建步骤二建立的标准属性，同时根据步骤二建立的融合规则从设定的取值来源取属性值设置到新生成的点要素和线要素上，将其保存到成果库中并记录融合的日志；

复制未匹配融合的专业管线至成果库模块，用于把根据综合管线未辨识及匹配到的专业管线数据直接覆盖到成果数据库中并记录复制日志；

参考融合日志进行数据的校验和确权模块，用于融合结束后，参考融合过程中记录的日志检查需要进一步进行人工确认的内容，进行小部分数据的接边及补测工作，并使用管线数据自动化监理工具对管线数据的属性信息和空间信息的合理性进行校验。

这样，本发明运用地理信息数字化处理技术和计算机技术，充分整合城市现有的管线资源，对密布地下的异源的城市综合管线与专业管线进行相似性辨识、匹配和融合，最终生成一套同时具有这两类管线优点、位置准确、属性齐全的管线数据，有效解决了现阶段广泛采用的两种方案带来的问题。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的城市地下综合管线与专业管线的融合方法，步骤㈠中，创建三个独立的数据库存放三种不同来源的管线数据，每个库中的数据结构是首先按照城市地下管线的种类各创建一个数据集，每个数据集下再分为管点层和管线层，管点层或者管线层中包括管点或者管线的空间信息和属性信息。

前述的城市地下综合管线与专业管线的融合方法，步骤㈡中，创建标准和规则时，分别对不同种类的管线指定管点和管线的标准属性和融合规则，融合规则中需要指明某个标准属性取综合管线的数据还是专业管线的数据，而且要在标准属性的字段和源属性的字段之间建立映射关系。

前述的城市地下综合管线与专业管线的融合方法，步骤㈢中，以综合管线为基准，通过循环遍历综合管线，以综合管线的管点或者管线要素为参照，在专业管线中辨识、查找相似度最高的管线，按照不同的管线种类，分别对其管点和管线进行循环遍历。

前述的城市地下综合管线与专业管线的融合方法，步骤㈣中，在对管线的点要素进行匹配的时候，首先按照综合管线的点要素进行缓冲，然后在对应的专业管线的点要素层中找出与该缓冲区相交的点要素，通过该缓冲区的处理，有效的缩小了匹配的范围，提高了匹配的效率；当与缓冲区相交的点要素大于一个时，再计算各个点与综合管线的点要素之间的距离，找出与综合管线的点要素最近的点，该点即作为最相似的点。

前述的城市地下综合管线与专业管线的融合方法，步骤㈣中，在对管线的线要素进行匹配的时候，首先按照综合管线的线要素进行缓冲，然后在对应的专业管线的线要素层中找出与该缓冲区相交的线要素，通过该缓冲区的处理，为了缩小匹配的范围，提高匹配效率；当与缓冲区相交的线要素大于一个时，再计算各个线与综合管线的线要素之间的夹角的角度，找出夹角角度在容差范围之内的专业管线的线要素；

在管线A（由A1（P1，P2）和A2（P3，P4）两点组成）与管线B（由B1（P5，P6）和B2（P7，P8）两点组成）有相交的情况下，先计算管线A和管线B的斜率：

管线A的斜率：K1=(P2/P4)/(P1/P3)，

管线B的斜率：K2=(P6/P8)/(P5/P7)，

管线A与管线B夹角的计算公式为：

Math.abs(Math.abs(Math.atan(K1)/(Math.P1/180))-Math.abs(Math.atan(K2)/(Math.P1/180)))，

如果通过夹角角度筛选以后，还是有多个符合条件的线要素，就计算各线要素与缓冲的面相交的长度，找出相交的长度最长的线要素作为最相似的线要素。

本发明的有益效果是：

本发明充分整合城市已有的综合管线和专业管线数据，通过对这两类管线进行相似性的辨识、匹配和融合，形成一套具有综合管线和专业管线数据优势的管线数据，既保证了管线数据的全面、准确和属性的齐全，同时也避免了不必要的城市地下管线重复探测、普查工作，节省了大量的人力、物力和财力，缩短了建立城市地下管线数据库的周期。

本发明充分发挥城市综合管线和专业管线的优点，整合城市已有的综合管线和专业管线，通过可操作、易实现的辨识、匹配算法自动辨识、融合高相似度的综合管线和专业管线。在遍历时按照管线的种类和要素的形状分别进行遍历，避免了不同种类的管线的干扰，保证了匹配的易操作性；在辨识、匹配时先通过对点或者线要素进行缓冲操作，最大限度的缩小匹配的范围，提高了匹配的效率；匹配时充分考虑各要素之间的距离、各要素之间夹角角度和各要素与缓冲区重叠部分的长度，保证了相似性匹配的准确性；融合时利用综合管线管位的高精度性，根据指定的融合规则进行管线信息的融合，融合成果覆盖面广、位置准确、属性完备，使用本发明的方法建立的城市地下管线数据库能够全面的支撑各相关政府部门、权属单位的日常管理和分析决策，而且由于充分使用了已有的资源，可以节约大量的人力、物力和财力，使得建设的过程更加的顺利、高效。

附图说明

图1是本发明方法的总体流程图。

图2是本发明管线点要素辨识与匹配的流程图。

图3是本发明方管线线要素辨识与匹配的流程图。

具体实施方式

    实施例1

本实施例提供一种城市地下综合管线与专业管线的融合方法，流程如图1所示，包括以下步骤：

㈠创建一个综合管线数据库，把从城市测绘部门收集的管线数据导入到综合管线数据库；创建一个专业管线数据库，把从管线权属部门收集的管线数据导入到专业管线数据库；创建一个成果管线数据库，用于存放最终的融合成果。

每个库中的数据结构是首先按照城市地下管线的种类各创建一个数据集，例如给水、雨水、污水、天然气、液化气、电力、通信、有线电视等不同种类的管线将分别创建一个数据集，每个数据集下再分为管点层和管线层，管点层或者管线层中包括管点或者管线的空间信息和属性信息。

㈡为不同种类的城市地下管线分别建立成果库的管点和管线的标准属性字段，包括字段的名称、类型、描述和约束条件，同时设置融合时标准属性的取值来源和取值来源的字段的名称，取值来源设置为综合管线或者专业管线。

创建标准和规则时，也是分别对不同种类的管线指定管点和管线的标准属性和融合规则；融合规则中需要指明某个标准属性取综合管线的数据还是专业管线的数据，而且要在标准属性的字段和源属性的字段之间建立映射关系。

㈢对不同种类的综合管线分别遍历所有管点要素和管线要素。

由于综合管线的覆盖面小于专业管线，即综合管线的数据量小于专业管线，为了减少辨识、匹配的量，提高融合的效率，以综合管线为基准，通过循环遍历综合管线，以综合管线的管点或者管线要素为参照，在专业管线中辨识、查找相似度最高的管线，按照不同的管线种类，分别对其管点和管线进行循环遍历。

㈣在遍历某类综合管线的管点要素和管线要素时，在专业管线数据库中辨识、匹配与遍历的单个综合管线点要素和综合管线线要素最为相似的点要素和线要素。

管线点要素辨识与匹配的流程如图2所示，具体为：在对管线的点要素进行匹配的时候，首先按照综合管线的点要素进行缓冲，然后在对应的专业管线的点要素层中找出与该缓冲区相交的点要素，通过该缓冲区的处理，有效的缩小了匹配的范围，提高了匹配的效率；当与缓冲区相交的点要素大于一个时，再计算各个点与综合管线的点要素之间的距离，找出与综合管线的点要素最近的点，该点即作为最相似的点；当与缓冲区相交的点要素等于一个时，复制综合管线的点要素的空间信息，根据规则融合综合管线和专业管线的点要素的属性信息；当与缓冲区相交的点要素等于零时，把综合管线的点要素的空间信息和属性信息复制到成果库。

管线线要素辨识与匹配的流程如图3所示，具体为：

在对管线的线要素进行匹配的时候，首先按照综合管线的线要素进行缓冲，然后在对应的专业管线的线要素层中找出与该缓冲区相交的线要素，通过该缓冲区的处理，同样是为了缩小匹配的范围，提高匹配效率；当与缓冲区相交的线要素大于一个时，再计算各个线与综合管线的线要素之间的夹角的角度，找出夹角角度在容差范围之内的专业管线的线要素；

在管线A（由A1（P1，P2）和A2（P3，P4）两点组成）与管线B（由B1（P5，P6）和B2（P7，P8）两点组成）有相交的情况下，先计算管线A和管线B的斜率：

管线A的斜率：K1=(P2/P4)/(P1/P3)，

管线B的斜率：K2=(P6/P8)/(P5/P7)，

管线A与管线B夹角的计算公式为：

Math.abs(Math.abs(Math.atan(K1)/(Math.P1/180))-Math.abs(Math.atan(K2)/(Math.P1/180)))，

如果通过夹角角度筛选以后，还是有多个符合条件的线要素，就计算各线要素与缓冲的面相交的长度，找出相交的长度最长的线要素作为最相似的线要素；当与缓冲区相交的线要素等于一个时，复制综合管线的线要素的空间信息，根据规则融合综合管线和专业管线的点要素的属性信息；当与缓冲区相交的线要素等于零时，把综合管线的线要素的空间信息和属性信息复制到成果库。

㈤辨识出相似的管线之后，进行融合时，由于综合管线的精度较高，复制综合管线点要素和线要素的空间信息生成新的点要素和线要素，并在新生成的要素上创建步骤㈡建立的标准属性，同时根据步骤㈡建立的融合规则从设定的取值来源取属性值设置到新生成的点要素和线要素上，最后将其保存到成果库中并记录融合的日志；

㈥专业管线数据的覆盖面比综合管线数据的覆盖面更广，把根据综合管线未辨识及匹配到的专业管线数据直接覆盖到成果数据库中并记录复制日志；

㈦在步骤㈥融合结束后，参考融合过程中记录的日志检查需要进一步进行人工确认的内容，进行小部分数据的接边及补测工作，最终使用管线数据自动化监理工具对管线数据的属性信息和空间信息的合理性进行校验。

相应的，本实施例城市地下综合管线与专业管线的融合系统，包括：

综合管线、专业管线和成果管线数据库创建模块，用于创建一个综合管线数据库，把从城市测绘部门收集的管线数据导入到综合管线数据库，创建一个专业管线数据库，把从管线权属部门收集的管线数据导入到专业管线数据库，创建一个成果管线数据库，用于存放最终的融合成果；

成果管线属性标准和融合规则建立模块，用于为不同种类的城市地下管线分别建立成果库的管点和管线的标准属性字段，同时设置融合时标准属性的取值来源和取值来源的字段的名称；

综合管线的管点和管线要素遍历模块，用于对不同种类的综合管线分别遍历所有管点要素和管线要素；

专业管线最相似管点和管线要素辨识和匹配模块，用于在专业管线数据库中辨识、匹配与遍历的单个综合管线点要素和综合管线线要素最为相似的点要素和线要素；

新的管点及管线生成至成果库模块，用于复制综合管线点要素和线要素的空间信息生成新的点要素和线要素，并在新生成的要素上创建步骤二建立的标准属性，同时根据步骤二建立的融合规则从设定的取值来源取属性值设置到新生成的点要素和线要素上，将其保存到成果库中并记录融合的日志；

复制未匹配融合的专业管线至成果库模块，用于把根据综合管线未辨识及匹配到的专业管线数据直接覆盖到成果数据库中并记录复制日志；

参考融合日志进行数据的校验和确权模块，用于融合结束后，参考融合过程中记录的日志检查需要进一步进行人工确认的内容，进行小部分数据的接边及补测工作，并使用管线数据自动化监理工具对管线数据的属性信息和空间信息的合理性进行校验。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。