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勘测数据导入数字化管道系统接口程序研究

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 126次

田龙龙1    孙  岳1

(1 中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京,100085)

摘要:基于ArcGIS软件平台,根据数字化管道勘测数据的特点和系统接口的要求,采用标准化的设计模式、数据入库和空间坐标系设计技术,研发了一套勘测数字化软件接口程序,能够实现将现有格式的勘察及测量4D数据进行统一存储、管理,并在数据一体化存储的基础上自动生成下游专业所需的成果文件和满足数字化管道设计软件所需的数据格式,真正实现上下游专业之间数据的深度设计协同。

关键词:ArcGIS;勘测数据;数字化管道系统;接口程序;数据设计协同

DOI:10.3969/j.issn.1006-5539.2015.xx.xxx

STUDY ON INTERFACE PROGRAM FOR SURVEYING DATA INPUT

TO DIGITAL PIPELINE SYSTEM

AbstractBased on the ArcGIS platform and the characteristics of surveying data for digital pipe as well as its interface requirements, an interface program of surveying digital software was developed by using the methods of standardized design model, data input and spatial coordinates design, which will realize the unified storage and management for existing geotechnical and topographical 4D data, and also generate automatically the deliverables for demands of the next specialty and meet the specified data forms for digital pipeline design software so that totally realize the deep collaboration of data between two specialties.

Keywords: ArcGIS, Surveying Data, Digital Pipeline System, Interface Program, Data Design Collaboration

 


 

近年来,数字化管道的建设与管理成了推动管道业发展的新动力。数字化管道是在工程勘察设计、施工管理及运营管理过程中,通过收集全方位、多分辨率、三维空间的、覆盖于管道沿线及周边的大量地理信息,全面实现以先进的3S技术(卫星遥感RS、卫星定位GPS、地理信息系统GIS)应用为标志,对管道资源、环境、社会、经济等各个复杂系统信息数字整合并集成的应用系统,并在可视化条件下为技术人员和管理人员提供支持和服务,其表现形式是一个管道综合信息系统[1,2],由勘察设计系统、施工建设管理系统和运营管理系统三个部分组成,其核心是管道工程信息数据库,包含了涵盖工程周边的人文、地理、气象、水文、地质、遥感信息等大量的勘测基础数据,以及与管道各专业相关的设计数据、设备材料数据等。

目前数字化管道系统发展主要集中在三个方面,一是系统本身的设计与实现技术;二是与数据库设计相关的数据标准化、入库设计、存储管理等技术;三是数字管道建设过程中的数据采集技术。黄玲、尹旭、董荣国[35]等人,通过地理信息系统软件ArcGIS平台结合其二次开发组件、遥感信息处理软件ERDAS以及skyline软件,设计并实现了数字化管道信息系统;周艳等人[6]采用MapObject + ArcSDE + Oracle9i的系统试验平台,提出了勘测基础数据标准化、数据模型标准化、数据格式标准化、数据处理标准化以及多种类型数据的一体化存储和管理的方法;孙跃龙、杨洋、秦李颗[79]等人,论述了如何利用ArcGIS建立勘测数据库、数据入库、统一规范及更新管理等方法;李盛阳[10]等人,论述了如何采用三维地球技术、元数据库技术,设计并实现海量遥感影像高效可视化管理系统;李兴国、王孟辉、唐建刚[1113]等人论述了在数字化管道系统不同施工阶段,勘测数据的采集方法、技术措施以及注意事项。

数字化管道中勘察设计是通过整个生命周期内的全部数据在分布式网络环境下的动态维护、共享和集成应用,从而实现各阶段、各专业之间的协同设计。协同设计主要体现在数据的共享与互操作。然而,目前勘测数据的获取和整理使用的软件种类多样,数据格式很不统一,缺乏统一的可被各部门接受的数据格式规范,需要耗费大量的人力去准备下游专业需要的各种数据,无形中增加了数据处理的工作量,造成人力资源的浪费;同时也在很大程度上限制了数据共享,造成数据传输不畅。例如,目前商用勘测软件(CASS、AutoCAD等)生成的是大量CAD格式数据,仅有空间特性,缺乏属性数据和GIS入库合规性验证,无法满足下游线路、站场、电力等专业在方案设计、施工图设计过程中的属性查询、统计及各种专业分析的要求,同时CAD数据是以文件形式存储,无法满足对地形图成果的入库共享利用的需求[14]

勘测数据导入数字化管道系统接口程序的研发可以改变以往勘测专业与设计专业彼此分开、以串行方式进行图纸、表格和文字互提资料等信息转抄传递效率低和共享性差的缺点。该程序能够将数字化管道建设中使用的各种勘测数据采用于GIS的数据库技术实施集成管理和动态维护,为各设计专业之间的并行协同工作提供了一套灵活、有效的手段,实现对勘测设计全过程的科学评价、质量控制和有效管理,有助于提高数据资源的深度开发利用率和软件复用的水平、提高管道勘察设计工作效率和设计成果的质量。该接口程序的研发与应用是实现管道勘察设计真正一体化和各专业部门协同工作的基本前提,有利于提高管道勘察设计的技术水平、实现管道数字化系统建设的总目标。

研发理论与技术

根据数字化管道勘测数据的特点、向下游专业的提资要求以及ArcGIS软件数据库数据特征要素的分类特点、数据库的访问方式和建立条件,结合数字化管道系统接口程序的要求,采用数据标准化、入库设计、坐标系设计和数据安全维护等技术进行了接口程序的研发工作。

2.1 标准化的设计模式技术

利用标准化的设计模式技术,建立了专业标准设计图层、标准编码、标准属性信息、标准化的字体及线型表达方式、基础地理数据库的标准数据结构等,符合标准化的设计管理要求。从而形成一套灵活、开放的专业数据标准,随着应用的需要可以进行灵活的简单配置,可以在一定的基础上不断的完善增补。

2.2 勘测数据入库设计技术

勘测专业的制图数据入库,要同时满足内部和外部的继续利用,满足BIM全生命期的循环利用。对于测量专业内部,随着测量数据的积累,数据覆盖的范围也越来越大、越来越全,当后续项目需要测量同一区域时,便可以从数据库中快速检索和调取,将已有的测量数据当作一种资源来重复利用,大大降低成本、提高效率。数据的入库要根据下游专业的需求和BIM全生命期管理的需求不断的调整和变化,以达到标准化、资源化的要求。

2.3 空间坐标系设计技术

a 矢量数据坐标系

矢量数据采用多种投影形式。根据数据源的坐标确定坐标系统,包括WGS84、Beijing1954和Xian80三种通用的坐标进行存储。在使用时根据需要进行动态投影或投影为目标坐标系统格式。

b 栅格数据坐标系

栅格数据包括影像数据和DEM数据。考虑栅格数据的数据量大,如采用多种坐标系统会影响系统运行效率,因此对栅格数据进行统一坐标系统设计,不同坐标来源的数据在数据入库前处理成统一的坐标系统。

2.4 数据安全维护技术

空间数据的备份和恢复,是空间数据管理中最重要的工作环节之一,也是保障空间数据安全的重要方式。首先,空间数据本身在应用过程中不断地被更新变动,所以经常会需要备份不同时期,不同的空间数据版本;第二,存储介质的意外损坏会导致严重的空间数据丢失,因此需要定期对空间数据对象的整体进行完全备份;第三,出于调整的必要,需要在不同服务器、甚至不同数据库管理系统之间进行空间数据的移植和转换。

接口程序设计

3.1 系统体系架构

基于 ArcGIS 的勘测接口系统分为用户层、应用层、技术支撑层、空间数据库和基础平台(见图3-1):用户层按系统管理员、勘测专业人员和设计人员等划分操作权限;应用层和技术支撑采用 ArcGIS组件式开发技术完成系统功能模块的开发,为系统搭建软硬件环境;空间数据库的建立保证了大量勘测数据的存储和调用;基础平台指明了数据的组织管理模式,采用SQL Server 2008和WINDOWS Server 2008 数据库分布式储存和操作管理;

图3-1 系统体系架构

3.2 系统软件平台

该系统采用ArcGIS平台进行研发设计。ESRI 公司的ArcGIS产品为用户提供了一个可伸缩的、全面的GIS平台,其产品在全世界GIS平台软件中排名第一。ArcGIS本身提供了大量的空间分析模型和资源分配模型,并且具有强大的网络分析功能,可以很方便地实现高级辅助决策功能。

3.3 系统数据结构

数字化管道的勘测数据包括矢量数据、控制点数据、栅格数据(DRG)、数字正影像图(DOM)、数据高程模型数据(DEM)、数字线化图(DLG)地质勘察数据等测绘基础地理数据。其数据结构见表3-1。

表3-1 数字化管道勘测数据结构

分类

数据类型

数据内容

地形

测绘

数据

矢量数据

交通、水系、居民地、行政区划、地形图数据(DLG)、控制点数据(国家控制点、图根控制点、GPS控制点、导线点)等。

栅格数据

正射影像图(DOM),卫星影像、航空影像、数字栅格图、数字高程模型(DEM)和其它扫描数据。

属性数据

图形关联的属性数据、多媒体数据(文档、表格、音频、视频)等。

地质

勘察

数据

矢量数据

平面布置图、横断面图、纵断面图(DLG)

栅格数据

钻孔柱状图,扫描后的横、纵断面图。

属性数据

地质勘察报告、水文及地质资料、气象资料、工程地质剖面、钻孔信息等。

程序实现功能

研发的接口程序包括6大模块:权限管理、标准维护、项目设置、矢量入库、栅格入库与线路提资。软件界面见图4-1。

图4-1 接口程序界面

4.1 权限管理

实现用户管理、角色管理、权限设置。

4.2 标准维护

主要对勘测成果数据进行标准化以及参数化所使用的统一数据标准进行维护、修改、更新等。

4.3 项目管理:

通过项目设置,进行不同项目之间的切换,创建新项目,项目定义等。

4.4 数据入库(矢量入库和栅格入库)

实现勘测所包括4D数据(DLG、DRG、DEM、DOM)的入库。对于数字线化图(DLG),需要制定统一的数据标准,通过数据校验能够入库到GIS数据库中,入库后CAD实体的图形和扩展属性保存到空间库。通过数据入库可解决空间数据的动态更新问题,解决数据统一管理等问题。

图4-2 数据入库

对于数字高程模型(DEM)数据、数字正射影像(DOM)和数字栅格图(DRG),系统具备供相应的数据导入工具,根据已定义或建立的图幅标准对DEM、DOM和DRG数据进行导入,导入的同时为数据建立空间索引,提高读取效率。导入时可以指定若干图幅块,实现了数据的增量更新。

数据入库后,程序可自动生成带状地形图及索引文件、带状影像图及坐标文件、地面线数据、离散点高程数据等数字化管道系统所需的各类数据。

4.5 线路提资

系统提供了数据统一展示的平台,能够将入库的空间数据按照项目进行展示、定位、查询、提资。线路提资是根据提资中线对一定范围内的地形图、影像图、地面线和离散点进行提取。

图4-3 线路提资

对于生成的带状地形图,依据用户设置的线路走向进行一定距离范围扩展,从空间GIS数据库中动态的提取对应范围的所有地形图要素,并以正确的方式(线型,颜色,线宽,符号等)显示在CAD平台视图中,产生对应的DWG格式数据文件,为线路等专业生成专业成果图提供原始的基础数据,达到专业之间的数据协同。

对于带状影像图,依据用户设置的线路走向进行一定距离范围扩展,从空间GIS数据库中提取对应范围的影像图,产生对应的JPG格式数据文件。能够通过指定线路走向(以数据坐标点的形式),并设置向外缓冲的距离,系统根据设置的线路走向和缓冲区距离生成裁切带状影像图的空间范围,该范围为一个封闭的多边形。

对于地面线数据或离散点高程等数据,依据用户设置的地面线走向,从空间GIS数据库中分析对应空间位置的数据,依据一定的里程数和缓冲区范围分析出相应的高程数据,并产生施工图软件所需的地面线数据文件以及中线成果数据文件,离散高程点数据文件以及离散点数据索引文件,为线路等专业生成专业成果图提供原始的离散点基础数据。

图4-4 带状地形图、影像图、地面线数据等

结论与展望

勘测数据导入数字化管道系统接口程序目前初步实现了项目建设目标,为提升测量专业图纸质量和丰富地物要素业务数据提供了有效的技术手段,为测量专业空间数据的再利用提供有效的数据支撑,同时,为长输管道设计平台提供了所需的勘测数据成果,满足了测量专业向下游提资的数据要求。实现了标准数字化设计、标准数字化移交,提供了测量专业的参数化和标准化设计能力。

在后续接口程序依托工程项目运行中,将着眼于实际反馈,持续加强程序主要功能的优化设计,增加便于实际操作的辅助功能,并随着数字化管道系统的升级进一步完善,真正实现上下游专业之间数据的深度设计协同。

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