管道檢測論文：海底管道檢測體系設計思考

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本文作者：李廣政、唐遠彬 單位：中國石化管道儲運公司、浙江省河海測繪院

隨著相關技術的發(fā)展，這些設備在精度和使用方便性上都有了極大提高，能夠滿足海底管道的檢測要求。海底聲學探測設備得到的數(shù)據(jù)是多源異構的原始數(shù)據(jù)，將其轉換為固定格式的檢測成果數(shù)據(jù)，便于本系統(tǒng)接受。外業(yè)采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過內業(yè)處理得到成果數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)的主要處理流程為：①對聲學設備采集的海底管道的聲納原始圖像與相應的定位信息進行預處理；②預處理后的數(shù)據(jù)轉為指定格式的文本數(shù)據(jù)，主要包括：海底管道狀態(tài)數(shù)據(jù)、管道節(jié)點數(shù)據(jù)、地形測點數(shù)據(jù)、淺層剖面數(shù)據(jù)等；③對上述數(shù)據(jù)中的海底管道狀態(tài)數(shù)據(jù)與管道節(jié)點數(shù)據(jù)進行一致性檢查；④對原始數(shù)據(jù)分析、處理生成成果數(shù)據(jù)，包括管道海底狀態(tài)成果數(shù)據(jù)、海底管道坐標成果數(shù)據(jù)、管道節(jié)點平面偏差成果數(shù)據(jù)等。

海底管道檢測信息管理系統(tǒng)采用C/S模式，以Oracle9i作為數(shù)據(jù)服務器、ArcSDE為空間數(shù)據(jù)庫引擎，基于GIS二次開發(fā)平臺ArcEngine9.3，在.NET環(huán)境下使用C#編程語言開發(fā)而成。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理模塊與成果表達模塊：數(shù)據(jù)管理模塊主要包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)建庫和維護，同時具有海底管道檢測數(shù)據(jù)入庫、成果數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)查詢等功能；三維顯示模塊可以基于本地或數(shù)據(jù)庫中的檢測成果數(shù)據(jù)，進行海底淺層空間形象、直觀的表達，具有三維海底管道模擬、三維管道疊加分析和查詢、成果數(shù)據(jù)查詢以及三維模擬飛行等功能。

海底管道檢測信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以Oracle數(shù)據(jù)庫存儲為主、本地文件數(shù)據(jù)為輔的混合策略。在Oracle數(shù)據(jù)庫中，海底管道檢測數(shù)據(jù)分為原始數(shù)據(jù)庫與成果數(shù)據(jù)庫兩類。①原始數(shù)據(jù)庫：由海底管道狀態(tài)數(shù)據(jù)、管道節(jié)點坐標數(shù)據(jù)以及地形和剖面高程點數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)與側掃聲納數(shù)據(jù)柵格影像組成，其特點是數(shù)據(jù)量大、操作較頻繁。為了加快數(shù)據(jù)加載與地圖顯示，原始數(shù)據(jù)庫采取“縱向分庫、橫向分層”存儲策略：一次檢測數(shù)據(jù)用一個圖庫進行管理；同一次檢測的數(shù)據(jù)按照類型進行分層存儲，用數(shù)據(jù)集管理矢量分層數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)。②成果數(shù)據(jù)庫：由屬性數(shù)據(jù)組成，不包含任何圖形數(shù)據(jù)。管道海底狀態(tài)成果表、海底管道坐標成果表以及管道節(jié)點平面偏差表采用Oracle數(shù)據(jù)庫中普通數(shù)據(jù)表存儲；海底地形圖、管道剖面圖等AutoCAD數(shù)據(jù)在Oracle數(shù)據(jù)庫中，以Blob（二進制大對象）字段進行存儲。所有海底管道檢測成果數(shù)據(jù)保存在同一個成果數(shù)據(jù)庫，當進行成果數(shù)據(jù)查詢時，可以減少跨表查詢的時間消耗。為方便用戶之間數(shù)據(jù)的交流，系統(tǒng)提供對本地數(shù)據(jù)的支持，包括本地常見矢量格式、柵格影像格式的數(shù)據(jù)顯示；同時支持水下地形高程點數(shù)據(jù)生成的數(shù)字高程模型（TIN）數(shù)據(jù)三維顯示。

海底管道檢測信息管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理模塊與成果三維表達模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要解決海底管道檢測數(shù)據(jù)的處理、入庫、編輯和查詢等工作，可概括為數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)查詢兩大功能。數(shù)據(jù)處理包括海底淺層聲學探測原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)的入庫、一致性檢查、數(shù)據(jù)編輯、成果生成等功能；成果數(shù)據(jù)入庫功能是對系統(tǒng)使用前的成果數(shù)據(jù)進行管理；數(shù)據(jù)查詢包括對所有成果數(shù)據(jù)的查詢，查詢方式包括空間查詢和屬性查詢兩種。數(shù)據(jù)管理模塊中原始數(shù)據(jù)一致性檢查是指對原始數(shù)據(jù)中的海底狀態(tài)數(shù)據(jù)和管道節(jié)點數(shù)據(jù)進行一致性檢查，對于裸露和懸空狀態(tài)的管道，管頂應在海床面之上，即管道埋深為正值；而對于埋深狀態(tài)的管道，管頂應在海床面之下，即管道埋深為非正值。原始數(shù)據(jù)編輯是指一致性檢查后，如果存在不一致的情況，則需要進行數(shù)據(jù)編輯。數(shù)據(jù)編輯主要是對海底狀態(tài)數(shù)據(jù)和管道節(jié)點數(shù)據(jù)的編輯。成果生成是指基于一致性檢查合格的原始數(shù)據(jù)，生成管道海底狀態(tài)成果表、海底管道坐標成果表、管道節(jié)點平面偏差成果表等成果三維表達模塊主要是海底管道檢測信息的顯示、分析與查詢，主要包括海底淺層空間的三維場景創(chuàng)建、海底管道的三維表達與起點距標注、不同檢測批次的海底管道數(shù)據(jù)比較分析、成果數(shù)據(jù)的查詢與顯示以及三維場景中沿管道的飛行模擬控制與視頻導出功能。其中三維場景創(chuàng)建是指通過地形測點數(shù)據(jù)建立海底地形DEM、通過管道節(jié)點坐標建立三維管道、通過淺地層剖面數(shù)據(jù)建立三維海床等功能，同時將經(jīng)過地理編碼過的側掃聲納Tiff圖像作為紋理，加入到三維場景中。海底管道使用ESRI的三維線模型進行表達[3]，可以設置管道的直徑、顏色；起點距標注內容來自管道節(jié)點中某個字段或外部的Txt文件；不同檢測時間的海底管道數(shù)據(jù)以1000m作為采樣間隔進行疊加分析比較，按照XY平面坐標偏差或者高程偏差兩種方式顯示，比較結果數(shù)據(jù)可以保存為圖像文件。三維場景飛行模擬時，同步顯示三維管道疊加分析的結果，包括海底管道垂直偏差、平面偏差以及海底管道管頂與海床高度比較。

海底管道檢測信息管理系統(tǒng)的關鍵技術包括：①基于組件式開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)操作與界面分離，便于系統(tǒng)功能擴充及組件重復利用。②通過“縱向分庫橫向分層”，實現(xiàn)多種海底聲學探測設備檢測信息的有效管理，提高查詢效率。③二維、三維相結合，實現(xiàn)對海底淺層空間的表達。其中，在數(shù)據(jù)管理模塊，使用ArcMap控件顯示和編輯數(shù)據(jù)；在成果三維表達模塊，則以ArcScene控件為場景建模，以ArcMap控件顯示管道比較數(shù)據(jù)以及地形剖面數(shù)據(jù)。④擴展了ArcScene控件的同步顯示功能。ArcScene控件只支持同一份數(shù)據(jù)不同角度的同步顯示，無法實現(xiàn)主視圖顯示三維場景、窗口視圖顯示管道比較數(shù)據(jù)功能，而通過底層擴展對飛行時主視圖刷新事件的觸發(fā)，實現(xiàn)了窗口視圖的聯(lián)動刷新，達到了系統(tǒng)需要的同步顯示功能。