地下管线管理信息系统的数据质量与质量控制
司少先
（山东正元地理信息工程有限公司，山东 济南250014）
摘 要：地下管线管理信息系统的数据主要为地理数据（空间数据和属性数据）；数据质量内容主要包括位置精度、属性精度、逻辑一致性和完整性；影响数据质量的主要因素基本体现在数据采集、数据处理、数据应用的生产过程中；数据的质量控制应贯穿于数据生产的整个过程中，其中，源数据采集和数据处理过程中的质量控制是关键环节。
关键词：地下管线 GIS 数据质量 质量控制
Data quality and quality control of underground pipelines and cables management information system
SI Shao-xian
(ShanDong ZHengYuan Geographic Information Engineering CO.,LTD，Jinan,Shandong250014,China）
Abstract: The data of underground pipelines and cables management information system is mainly about geography data (spatial data and attribute data).Data quality is mainly about positional accuracy,attribute accuracy,logic consistency and integrality.The key factors that influence data quality are mostly reflected in the production process of data acquisition,data processing and data application.Data quality control should run through the whole process of data production,which,quality control of source data capture and data processing is the key point.
Key words: underground pipeline GIS data quality quality control
一、引 言
目前，全国各大中城市都在普遍开展地下管线探测工作，并同步建立地下管线管理信息系统，地下管线管理信息系统的建立已成为地下管线普查的重要组成部分。地下管线管理信息系统又分为综合性管线信息系统和专业性管线信息系统。综合性管线信息系统主要存储全市范围内主要干道的各类管线信息资料内容，其主要管理任务是为全市地下管线的规划与管理、设计与施工提供技术服务。专业性管线信息系统是面向专业管理部门，如供水、排水、燃气、电力、电信等部门，对其管线设计、管线运营与管线管理提供技术服务。地下管线信息系统属于基于GIS技术的AM/FM（Automated Mapping/Facilities Management）系统，即为AM/FM/GIS系统。
数据是地下管线信息系统的核心内容，数据质量的好坏，直接关系到系统应用分析结果的可靠程度和系统应用目标的实现水平。所以，了解管线数据的质量内涵和内容、数据质量的影响因素，采取科学、有效的手段和措施，进行质量控制至关重要。
二、数据质量的基本内涵
关于“质量”的具体意义，在ISO90002000版中，对质量定义为“质量就是一组固有特性满足要求的程度”。即以满足要求的程度来衡量质量的好坏，如果满足了要求，质量就被评价为比较好；如果不满足要求，则称质量比较差，即存在质量问题。
质量又分为产品质量、服务质量、人员和管理质量等各种质量。其中，产品质量是指满足产品规范要求的程度。在制造业中，产品质量是产品通过生产过程的管理所实现的理想目标。对数据质量，虽然数据并无物理属性，但数据质量也是要通过严格的生产技术工艺流程来实现，并达到相应的技术规范和标准的有关要求。很显然，地下管线数据的质量要满足国家行业标准《城市地下管线探测技术规程》中的有关要求。
为国家市政建设提供符合有关标准要求的管线数据，是数据生产单位和系统构建单位以及管线权属单位共同的责任。在地下管线信息系统的建立过程中和系统交付使用之前，数据生产单位和系统构建单位将对数据质量承担主要责任。系统投入使用以后，将会变成数据生产单位和系统构建单位以及系统权属单位共同承担数据质量责任。
三、数据质量的基本内容
地下管线数据主要为空间数据和属性数据，即地理数据。地下管线空间数据主要指各类管线、管段、管件以及地面设施的空间位置和形状信息；地下管线属性数据主要指管线点点号，管线点平面坐标、地面及管顶或管底高程，管线点类别及特征，管线材质，管径或横断面，管线连接关系，埋设年代、权属单位，电信电缆的孔数实用孔数、电力线的电缆根数、电压及截面积以及煤气的压力方式等管线特殊信息，有关图幅信息等。
任何地理要素所记述的内容都包括空间（地理位置）、时间和专题（属性）等内容，所以，用以表达地理要素的地理数据，其数据质量内容也必然从这三个方面加以区分。这种区分方式便形成了数据质量组成内容，数据质量内容主要包括位置精度、属性精度、逻辑一致性和完整性。具体应包括以下几个方面的内容：
1．位置精度 或称定位精度，是指系统数据库中空间特征的精度。其度量依赖于空间维度。从目前国家制定的有关技术规程来看，衡量点状实体位置精度的度量标准比较完善，但线状或面状实体位置精度的度量标准则不尽完善。
在管线数据中定位精度主要包括控制点、地形点等的平面精度、高程注记点和等高线的高程精度等。地下管线点的几何精度应符合《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-2003）中3.0.12的有关规定。
2．属性精度 又称专题性精度，主要指实体的属性值与其真值相符的程度。包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的正确性，以及名称的正确性等方面。按照国家行业标准《城市基础地理信息系统技术规范》CJJ100-2004中的规定，地下管线数据属性精度应符合：要素的分类编码应正确；属性项及属性值应正确和完整。
3．时间精度 主要指数据的现势性。它可以通过数据采集时间、数据库更新时间和频率来表现。但在现实中由于没有明确如何对待时间因素，数据的现势性问题并没有得到足够重视。
4．逻辑一致性 数据库中应无明显的矛盾，必须消除拓扑逻辑上的不一致性，数据关系可靠性强。按照国家行业标准《城市基础地理信息系统技术规范》CJJ100-2004中的规定，逻辑一致性应符合：面状要素应闭合；节点匹配应正确；要素应具有惟一性，几何类型和空间关系应正确。
5．数据完整性 是指具有同一准确度和精度的数据在类型上和特定空间范围内的完整程度。数据不完整的最简单表现就是缺少数据，如某一城市在建设管线管理信息系统时需要全市比例尺为1：500的数字地图，但现有的数字地图仅为一部分，基础数据便不完整。国家行业标准《城市基础地理信息系统技术规范》CJJ100-2004中规定，数据完整性应符合：要素应全面完整，符合规定的取舍要求；要素的几何描述应完整；数据的分层应正确，不得有重复或遗漏；注记应完整、正确。
四、数据质量的主要影响因素
地下管线信息管理系统的地理数据要经过数据采集、数据处理、数据应用等一个复杂的生产过程，每一个环节都可能产生误差（不是错误），产生数据质量问题是不可避免的。则影响数据质量的主要因素基本体现在以下生产过程的三个生产环节中。
1．数据采集过程中的质量问题
地下管线管理信息系统的空间数据主要通过探测手段获得。通过仪器探查得到各类管线的走向和埋深，通过实际测量，得到管线数字带状背景图和管线点的平面位置和高程数据。很显然，数据采集过程会因探测仪器和人员操作、测量方法方面的误差而产生质量问题。如仪器误差、记录误差、原始数据误差、信息提取误差等。它们属于空间数据的位置误差。
2．数据处理过程中的质量问题
地下管线源数据通过数据处理建立系统数据库，要经过图形数字化、数据录入以及数据格式转换等过程，影响数据质量的主要因素为仪器误差（如数字化仪等）、数字化方法误差、数据存储误差、多源数据综合分析误差，以及统计数据录入中的差错（微小或无关大局）等。这些误差主要影响数据的位置精度和属性精度。
3．数据应用过程中的质量问题
管线信息系统数据应用主要是指管线信息系统数据的分析和处理，以及数据输出过程中产生的误差对数据质量的影响。如数据计算中的舍入误差（一般很小）、拓扑叠加分析中产生拓扑匹配、位置和属性方面的数据质量问题，其影响因素复杂且不好估计；输出设备不精确以及输出媒介不稳定造成的误差，更有误差传播的特点。
五、管线管理信息系统数据质量控制
近年来，在地下管线管理信息系统工程应用中，对地下管线地理数据生产质量控制的研究很多，其中不乏好的成果和方法。但是，数据质量是一个相对概念，由于空间信息的不确定性，就决定了数据质量的不确定性。这其中有可度量和可控制的空间和属性误差，亦有很多难以确定且不易检测和控制的质量影响因素。管线信息系统数据的质量控制问题，是针对可度量和可控制的质量问题而言的。根据前面所述的数据质量影响因素，很显然，数据的质量控制应贯穿于数据生产的整个过程中，而源数据采集和数据处理过程中的质量控制是关键环节。
1．源数据采集的质量控制
根据误差传播的理论，源数据采集的过程越复杂，中间环节越多，就会不可避免的产生采集误差，并随之误差传播。实践证明，创新管线数据采集生产技术流程，建立科学合理的质量保证措施，是确保管线信息系统数据质量的最有效途径。
地下管线数据采集生产，目前普遍采用内外业一体化作业方式，并实行作业监理。管线数据采集生产内外业一体化的核心在于遵循“基于计算机技术、内外业一体化作业、配合信息管理系统同步建库”设计思想。尤其管线点的位置定位工作，全面采用数字测绘现代工作流程技术，逐渐形成了地下管线数字测绘现代工艺技术流程系统，大大减少了数据采集流程中产生误差的机率。如图Ⅰ为地下管线数字测绘工艺技术流程系统。
2．数据处理过程中的质量控制
数据处理的目的是将不同方法采集的数据进行转换、分类、计算、编辑等，为下一步的图形处理提供必要的绘图信息数据文件。广义上说，数据处理应包括控制测量平差、细部坐标（含地下管线点）的生成、地下管线属性数据的输入和编辑、管线图形文件的自动生成等。数据处理后的成果质量标准为数据应具有准确性、一致性和通用性。
按照城市地下管线信息管理系统的要求建立地下管线属性库，是数据处理的重点工作内容之一，属性数据的质量控制是关键一环。属性数据原始资料应是验收合格的成果，建立属性数据库一般采用关系型数据库管理软件，并且功能强大，界面友好。地下管线属性数据输入时应严格对照原始调查与探测记录进行，确保管线的连接关系正确无误，数据输入后应进行100%的检查。属性库的数据结构及数据文件格式应满足《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61-2003）的有关规定。
管线图形文件的生成更是数据处理的中心工作内容。随着计算机技术和GIS技术的普及和发展，计算机辅助制图技术被广泛采用，数据处理与图形编绘已完全软件化。管线图形数据经过格式转换即可直接进入地下管线管理信息系统中，极大地提高了图形数据质量。
数据处理与图形编绘软件的设计目标是对采集数据进行计算、储存、编辑、数据标准化和代码化处理；对属性数据和图形数据进行图库联动编辑和管理；输出《城市地下管线探测技术规程》所规定提交的各种图表；为地下管线信息管理系统提供净化数据等。
目前，国内应用于数据处理与图形编绘所采用的软件琳琅满目，比较有代表性的有山东正元地理信息工程有限公司研制的“正元地下管线数据处理与智能成图系统（ZYPPS）”；武汉瑞得信息工程有限公司研制的“RDMS数字测图系统”中的管线测量模块；清华大学山维新技术公司研制的“EPSW电子平板测图系统”中的管线测量模块；南方测绘仪器公司研制的“CASS数字测图系统”中的管线模块等。这些软件的功能特点各有千秋，已在国内地下管线探测数据处理与图形编绘工作中得到广泛应用。
山东正元公司在为用户构建地下管线管理信息系统得多年的实践中，为确保信息系统的数据质量，基于“正元地下管线数据处理与智能成图系统（ZYPPS）”形成了一套信息化、流程化的数据处理技术流程，使地下管线的数据处理和数据入库工作的速度更快、质量更高。如图Ⅱ为山东正元公司地下管线数据处理生产流程图。
成果、成图（综合管线图、专业管线图、管线点成果表、管线数据、地形数据）
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3．地下管线元数据的质量控制
元数据就是关于数据的数据（The data about data）。首先，元数据方法是空间数据质量控制的一种有效方法。在地理空间数据中，元数据是说明数据内容、质量、状况和其他有关特征的背景信息。数据集的元数据中含有大量的有关数据质量的信息，通过元数据可以检查数据质量。同时元数据也记录了数据处理过程中数据质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的现状和变化。另外，元数据又是使数据充分发挥作用的重要条件，它可以帮助生产单位有效地管理和维护空间数据，方便用户查询检索地理空间数据。并通过提供有关信息，以便用户处理和转换接受的外部数据。元数据对促进数据的管理、使用和共享均有重要的作用。随着计算机技术和GIS技术的发展，特别是网络通信技术的发展，地理信息元数据已越来越为人们所重视。
地下管线元数据的内容和形式应符合国家行业标准《城市基础地理信息系统技术规范》（CJJ100-2004）的有关要求。
元数据质量也是数据质量的一个组成部分和数据质量基础，其质量内容主要从其完整性、准确性和结构性要求方面去综合考虑。
地下管线元数据生成应能从图形文件和数据库中部分自动获取以及编辑、查询、统计的功能。
地下管线元数据也要随着城市基础地理数据库的更新相应的实施更新，同时应做好元数据的备份工作和建立历史元数据库。
六、结束语
地下管线管理信息系统是数字城市的核心应用系统，它又是一个基于计算机技术、GIS技术和数据的集成系统。系统主要通过地下管线地理数据的操作，实现其空间检索、编辑和分析等功能，达到为市政建设提供决策支持的目的，这其中管线数据是根本。当计算机软、硬件环境选定以后，地下管线地理数据质量的优劣程度，就决定着系统分析质量甚至整个系统应用的成败。所以，进一步提高对地下管线源数据质量重要程度的认识，创新地下管线源数据获取的现代技术流程，强化数据质量控制的方法和措施，是提高地下管线管理信息系统的应用水平，提升城市基础建设的决策支持力度的关键所在。
参考文献：
[1] 阎正 城市地理信息系统标准化指南 科学出版社 1998
[2] 邬伦等 地理信息系统—原理、方法和应用 科学出版社 2001
[3] 区福邦 城市地下管线普查技术研究与应用 东南大学出版社 1998
[4] 城市地下管线探测技术规程 中国建筑工业出版社 2003
[5] 城市基础地理信息系统技术规范 中国建筑工业出版社 2004
作者简介：司少先（1951-），男，高级工程师，现从事工程测量、地理信息系统（GIS）分析与设计研究。
单位地址：济南市山师东路14号山东正元公司；联系电话：0531-86950524，13906404390