導語：地下排水管線信息可視化分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:城鎮(zhèn)地下排水管線實行雨污分流改造是改變長江流域污染現(xiàn)狀的必要手段，而管線信息可視化是管線改造的前提。基于當前地下管線信息現(xiàn)狀，提出了一套地下管線信息可視化的方案，通過管線探測與數(shù)據(jù)調(diào)查、數(shù)據(jù)錄入與檢查、基于AutoCAD構(gòu)建DWT模板并進行CAD二次開發(fā)來實現(xiàn)地下管線信息的可視化。這套方案切實易行，能夠提高地下排水管線信息可視化效率，促進雨污分離改造工程的實施。

關(guān)鍵詞:DWT模板;AutoCAD;地下管線;信息可視化

1引言

長江經(jīng)濟帶橫跨中國東中西三大區(qū)域11個省市，以21.4%的國土面積承載全國42.8%的人口數(shù)量和42.2%的經(jīng)濟總量，是中國新時期經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略支撐。但是，隨著工業(yè)化和城市化的持續(xù)推進，長江水環(huán)境質(zhì)量受到嚴重的影響。長江沿岸化工產(chǎn)量在全國占比約為46%，聚集了全國43%的廢水排放量［1］，此外，因受技術(shù)、理念、經(jīng)濟的制約，市政排水管道建設(shè)方案與小區(qū)排水管道建設(shè)方案不一致，城市管道混接現(xiàn)象比較普遍。各個排水分區(qū)內(nèi)合流制［2］與分流制交替存在，很多城鎮(zhèn)的排水系統(tǒng)紊亂［3］，導致廢水無序排放，嚴重影響了長江流域水環(huán)境狀況。針對以上狀況三峽集團提出了城鎮(zhèn)污水處理和環(huán)境綜合治理問題的系統(tǒng)方案，以城鎮(zhèn)污水處理為切入點，開展地下排水管線信息化排查工作，并實現(xiàn)排水管網(wǎng)的數(shù)字化和可視化，為后續(xù)的雨污分流［2］改造工程提供詳細數(shù)據(jù)支持。

2城鎮(zhèn)地下排水管線信息可視化方案

地下排水管線作為城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城鎮(zhèn)建設(shè)的“里子”工程，擔負著城鎮(zhèn)雨、污水排放等重要任務(wù)［4］。完整的地下排水管線資料是對管網(wǎng)排水能力、雨污分流改造可行性進行評估分析以及建立排水模型的基礎(chǔ)。雖然在城鎮(zhèn)新建區(qū)域，地下管線數(shù)據(jù)數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)得到較大程度改善，但城鎮(zhèn)整體管線數(shù)據(jù)數(shù)字化建設(shè)中依舊存在如下問題:(1)老舊城區(qū)地下排水管線信息沒有數(shù)字化。這些信息主要依靠紙質(zhì)記錄，隨著時間的推移，易于發(fā)生記錄丟失的情況;此外，紙質(zhì)版本資料零散，沒有形成一個完整的體系，對新的工程建設(shè)無法發(fā)揮指導作用。(2)地下排水管線“家底”不清，無法應(yīng)對管線工程改造。伴隨擴建改造和部分居民用戶私接混接，城鎮(zhèn)部分區(qū)域的地下管線變得更加復雜，在沒有進行相關(guān)區(qū)域的地下管線摸查工作前，無法掌握確切的管線資料，導致不能較好地應(yīng)對后期地下管線雨污分離工程改造。針對城鎮(zhèn)管線數(shù)據(jù)信息化建設(shè)的現(xiàn)狀，我們提出了一套地下管線信息可視化的方案，包括地下管線探測、數(shù)據(jù)錄入與檢查、數(shù)據(jù)可視化(成圖)三部分，如圖1所示。

3地下管線探測

針對明顯易測管線采用的探測方法是開井量測、調(diào)查為主。通過采集管底埋深和管線點的平面坐標、地面高程、管線橫截面的高度(管徑和溝渠的高度)，計算出排水管線管底(頂)高程，由此可獲得排水管線空間數(shù)據(jù)。調(diào)查對象包含排水防癆設(shè)施、管/溝渠的各種屬性信息。其中管/溝渠的基本屬性有材質(zhì)、斷面尺寸、類別、埋深、管線權(quán)屬、載體、埋設(shè)方式等;排澇設(shè)施基本屬性包括名稱(雨/污水井、進/出水口等)、類別(雨水與污水)、類型(市政與非市政)、井深、特征。目前，針對埋深隱蔽，流向不明等疑難管線的主流探測方法有地球物理方法(如:電磁感應(yīng)法、探地雷達法)和非地球物理方法(如:慣性陀螺儀定位法、聲學探測法)。其中，使用電磁感應(yīng)法［5］探測金屬管線具有顯著的優(yōu)勢，在探查小口徑電力、通訊電纜時都能保證較高的精準度。探地雷達作為一種高效的淺層地層探測技術(shù)，具有快速無損(不用開挖)、非接觸、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點。而且該方法能探測金屬和非金屬管線，是目前探測PVC、PE、混凝土等非金屬管線的首選。但以上兩種探測方法的缺點都是其抗干擾能力和儀器的探測精度仍然有待提高。近幾年來，慣性陀螺儀定位法、聲學探測法等非物理方法也逐漸得到應(yīng)用和推廣。其中慣性陀螺儀定位法［6，7］與探地雷達法相比，其優(yōu)勢在于不受電磁干擾，不受外部環(huán)境影響，不受管道材質(zhì)和埋深影響。適用于非開挖、超長埋深管道探測。其缺點也是顯而易見的，如使用成本高，探測管線必須有出入口等，故無法探測被堵塞管線，適用于測量新建成管線。聲波反射法屬于非接觸方法，通過分析反射聲波的特性來達到探測目的。該方法與探測雷達相比具有精度高、抗干擾能力高，可探測小口徑管線的優(yōu)勢，其缺點則是探測深度更加有限，探測效果受地下介質(zhì)密實度的影響較大，通常會和其他方法結(jié)合使用［8，9］。在探測過程中常會面臨不同種類、不同規(guī)格以及管線埋設(shè)混亂的情況，單一方法通常無法精確的探測所有管線，此時只能綜合各法之所長，聯(lián)合多種方法進行綜合探測，才能實現(xiàn)對地下管線的精準定位。綜合探測相比于單一方法探測要花費更多的人力、物力、財力，適合在工程施工的關(guān)鍵過程中使用。

4數(shù)據(jù)錄入與數(shù)據(jù)檢查

采集的數(shù)據(jù)可通過手工錄入或者文件導入的方式形成初探管線/點屬性表。數(shù)據(jù)檢查工作就是對采集的管線數(shù)據(jù)的屬性檢查、邏輯一致性檢查以及進行三維碰撞分析［10］，進一步提高數(shù)據(jù)的正確性和真實性。

4.1管線數(shù)據(jù)屬性檢查

(1)檢查唯一性。保證各管線點和管線段分別在各自對應(yīng)的庫表中是唯一的存在，除特殊情況外各個管線點坐標在相應(yīng)庫中也應(yīng)是唯一的存在。(2)檢查一致性。保證線庫中包含的管線點必須存在于點庫中，并具有唯一性。點庫中的點會在線庫中出現(xiàn)一次或者多次，特殊情況除外(如孤立井)，總體而言，二者應(yīng)滿足一對一或者一對多的點線關(guān)系。(3)檢查字段(屬性)內(nèi)容。檢查各字段中的填寫內(nèi)容是否符合相關(guān)屬性要求。如管線表中的流向要使用數(shù)字0和1來標識順流和逆流。(4)檢查數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。檢查各管線數(shù)據(jù)表名是否正確，字段名是否完整以及數(shù)據(jù)表字段屬性是否滿足規(guī)范要求。

4.2管線數(shù)據(jù)邏輯一致性檢查

(1)點庫表與線庫表中相關(guān)字段匹配檢查。如點特征為出水口、進水口、預留口時，該管線點在對應(yīng)線庫表中只具有一個連接關(guān)系;線庫中的管線埋深不能超過點庫表中對應(yīng)點井深，此外還需檢查管線類型與斷面尺寸數(shù)據(jù)間的合理性。(2)線庫表屬性之間約束性檢查。此項檢查在所有檢查中是最復雜，最煩瑣的一項，但對保證管線數(shù)據(jù)的正確性和真實性卻是不可或缺的。要根據(jù)不同管線類型及不同屬性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立邏輯關(guān)系，對線庫中的數(shù)據(jù)進行細致的分析和檢查。例如:對管線的不同字段進行極值檢查，線庫表中的管徑為500mm的管線埋深不應(yīng)小于0．5m;斷面值為300mm3400mm的磚石溝，其埋深不應(yīng)小于自身深度與蓋板厚度的總和。

4.3三維碰撞檢查

目前，三維碰撞檢測首選方法是利用CAD平臺建立三維模型，用其提供的三維實體進行布爾運算，查找出管線間存在的碰撞。其主要步驟包括:①根據(jù)管線位置坐標、埋深來計算管線軸線位置;②依據(jù)管線中軸線位置和管線橫截面來建立管線三維模型;③利用管線三維模型間的布爾運算來判斷管線是否碰撞。雖然上述方法能夠較好地完成三維碰撞檢查，但存在效率低，對現(xiàn)有商用平臺依賴性強等問題。韓李濤等［11］提出了一種沿公垂線方向投影的城市地下管線高效精準碰撞檢測算法，該算法可脫離于CAD平臺實現(xiàn)對三維空間管線碰撞檢測，且具有精準的檢查結(jié)果和良好的計算效率。

5管線數(shù)據(jù)可視化

目前AutoCAD二次開發(fā)主要采用的是VBA、LISP、．NET、ObjectAＲX四種開發(fā)方式，從易學易用、滿足實際工作需要角度來看，采用．NET進行管線數(shù)據(jù)可視化成圖開發(fā)是一個較好的選擇［12］。本文采取的方法是在AutoCAD平臺上基于．NET進行管線成圖插件開發(fā)。

5.1插件定制與開發(fā)的基本要求

在進行插件開發(fā)的基本過程中不僅要遵循軟件設(shè)計的一般原則，還需根據(jù)現(xiàn)場的實際工作情況滿足以下三個基本要求:①科學可靠:對程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計，數(shù)據(jù)的管理、編繪出圖應(yīng)滿足工程要求規(guī)范和工程實際需求;②易用性:開發(fā)過程中應(yīng)該充分考慮操作人員的實際素質(zhì)，以建立界面友好，操作便捷，性能穩(wěn)定的插件為目標。③可擴展性:采用模塊化設(shè)計，為不斷增長的數(shù)據(jù)提供靈活擴展業(yè)務(wù)。

5.2構(gòu)建DWT模板

構(gòu)建DWT模板流程主要包含進行圖層設(shè)計、進行符號庫設(shè)計、導出DWT文件模板，如圖2所示。圖2構(gòu)建DWT模板流程(1)雨污圖層設(shè)計為能夠更好地對管線數(shù)據(jù)進行管理，對采集的地下排水管線按照雨污類型進行分類，分為雨水管線和污水管線。污水管線顏色設(shè)置為暗紅色(ＲGB(127，0，0))，雨水管線顏色設(shè)置為青色(ＲGB(0，255，255))，使其在圖紙上能有明顯的區(qū)別。管線成圖有管點，管線，流向等要素，為了能將要素合理分類展示，在Auto-CAD中設(shè)計建立如下圖層，如表1所示。(2)符號庫設(shè)計CAD中的圖塊就是將多個實體組合成一個整體，并給這個整體命名保存，在以后的圖形編輯中這些實體就會被視為一個整體的符號。圖塊能幫我們更好地組織工作，快速創(chuàng)建與修改圖形，減少圖形文件的大小，使用圖塊，可以創(chuàng)建自己所需的符號庫，以備使用。我們根據(jù)不同管線點類型，分別設(shè)計了如下圖3中所示的部分符號，并將其添加在當前文件的自定義塊中。完成圖層和符號庫制作后，并保存為DWT模板文件。

5.3進行CAD二次開發(fā)

程序設(shè)計主要過程包含兩個部分①計算點狀符號位置屬性信息。如:使用數(shù)據(jù)庫中的管線點屬性表和管線線屬性表，計算出流向符號的坐標(通常使用管線段的中點)、旋轉(zhuǎn)角度②進行成圖操作:調(diào)用制作的DWT模板文件，在對應(yīng)的圖層中繪制相關(guān)的線形、符號、注記等。程序繪制流程如圖4所示。本文以ACCESS數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)載體，在VisualStudio2019平臺上，采用C#語言對AutoCAD2016進行插件開發(fā)，以滿足客戶對管線的成圖需求，成圖效果如圖5所示。

6結(jié)論

本文提出了一套地下管線信息可視化方案，包括地下管線探查、數(shù)據(jù)采集及檢測、實現(xiàn)管線可視化等內(nèi)容。結(jié)合創(chuàng)建的DWT文件模板，利用C#語言開發(fā)實現(xiàn)了管線的信息可視化。這能為城鎮(zhèn)實現(xiàn)雨污水的綜合治理提供翔實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，促進長江流域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

作者：黃爽 伍亮 馬圣敏 蔡永香 王雨軒 王倩