寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭小梅，王磊

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315041)

寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭小梅1?，王磊2

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315041)

詳細(xì)闡述了寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，給出了地面沉降點(diǎn)分類、自動(dòng)繪制沉降等值線和沉降預(yù)測(cè)等幾個(gè)主要功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息的管理與共享，為“平安寧波”的建設(shè)提供有力保障。

WebGIS；地面沉降監(jiān)測(cè)；沉降預(yù)測(cè)

1 引 言

近年來(lái)，隨著城市開發(fā)建設(shè)的加快，各類重大建設(shè)項(xiàng)目的陸續(xù)開展，寧波市區(qū)地面沉降范圍逐漸擴(kuò)大，沉降規(guī)律不斷變化，按照浙江省、寧波市的統(tǒng)一部署，在寧波市區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行一年一次的水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，以及時(shí)、全面地掌握城市地面沉降情況。沉降水準(zhǔn)網(wǎng)監(jiān)測(cè)是城市安全監(jiān)測(cè)的重要組成部分，是城市風(fēng)險(xiǎn)分析和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)的科學(xué)依據(jù)之一，是應(yīng)對(duì)突發(fā)公共事件做到早發(fā)現(xiàn)、早報(bào)告、早處置的有力保障，也是啟動(dòng)實(shí)施軌道交通和區(qū)間快速通道項(xiàng)目，加強(qiáng)城市各組團(tuán)的功能整合和有機(jī)聯(lián)系的基礎(chǔ)保障。

目前寧波市地面沉降觀測(cè)每年進(jìn)行一次，積累了大量的原始數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)的管理手段滯后、挖掘分析不夠、應(yīng)用水平不高，所以急需建立“寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，提高城市風(fēng)險(xiǎn)分析能力，為城市規(guī)劃建設(shè)和政府決策提供依據(jù)，為“平安寧波”的建設(shè)提供有力保障。

寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)是利用地面沉降監(jiān)測(cè)資料為依托，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)分析、沉降預(yù)測(cè)等的綜合分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為寧波市地面沉降研究提供現(xiàn)代化的技術(shù)管理方法，為城市規(guī)劃布局和基礎(chǔ)建設(shè)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問(wèn)、共享等通過(guò)組件層進(jìn)行封裝，各個(gè)應(yīng)用基于組件可以迅速搭建；數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是對(duì)體系結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括對(duì)地面沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、命名以及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)是對(duì)體系結(jié)構(gòu)中的核心組件層的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括每個(gè)組件功能的實(shí)現(xiàn)要求、功能效果等。

2.1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用基于B/S的數(shù)據(jù)層、核心組件層和應(yīng)用表現(xiàn)層的三層體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)無(wú)論從數(shù)據(jù)應(yīng)用分析角度還是程序編制方面，均是一個(gè)結(jié)構(gòu)靈活，便于調(diào)整的體系。

B/S結(jié)構(gòu)是目前Web應(yīng)用不斷發(fā)展所產(chǎn)生的一種新的技術(shù)架構(gòu)，這種體系的優(yōu)勢(shì)在于客戶端采用了統(tǒng)一的瀏覽器界面，用戶不用經(jīng)過(guò)太多的技術(shù)培訓(xùn)就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。其次，系統(tǒng)的核心組件層和數(shù)據(jù)層集中在了服務(wù)器端，使得系統(tǒng)的維護(hù)工作大為簡(jiǎn)化。另外B/S結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在寧波市規(guī)劃局及其相關(guān)單位的分布式應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)用戶的工作流程。

系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層指明了數(shù)據(jù)的來(lái)源，包括各類數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)內(nèi)容，組織方式和存儲(chǔ)機(jī)制。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用的Geodatabase數(shù)據(jù)模型與屬性數(shù)據(jù)一同存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.1.2 核心組件層

核心組件層是一套組件庫(kù)。該套組件庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、輸出、沉降預(yù)測(cè)等，并實(shí)現(xiàn)后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的日常管理如數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)、用戶管理等功能，為系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好的外部環(huán)境。另外，空間信息服務(wù)接口層作為空間信息服務(wù)系統(tǒng)與空間信息服務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之間的橋梁，負(fù)責(zé)向客戶端提供統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)管理、分析等方面的接口；主要負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)I/O處理，封裝底層各數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的應(yīng)用接口。

2.1.3 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層反映了圖形用戶界面以及所有的顯示邏輯，它是應(yīng)用的客戶端部分，由它負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是針對(duì)地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、沉降等值線數(shù)據(jù)、沉降等值線注記和點(diǎn)之記數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括外部設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三部分。

2.2.1 外部設(shè)計(jì)

(1)寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織為數(shù)據(jù) 集 (Feature Dataset)——數(shù) 據(jù) 類 (Feature Class)——數(shù)據(jù)(Feature)。

(2)寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集名稱為DMCJJC。

(3)寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的幾何特征及其代號(hào)規(guī)則:點(diǎn)的代號(hào)為POINT，線的代號(hào)為L(zhǎng)INE，注記的代號(hào)為TEXT。

2.2.2 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的邏輯圖層包括地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、地面沉降等值線，城市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的邏輯圖層分類及其代碼規(guī)則為:地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖層代碼為Reference簡(jiǎn)寫為REF，地面沉降等值線的圖層代碼為Isoline簡(jiǎn)寫為ISO。

2.2.3 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

城市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的物理圖層的命名為數(shù)據(jù)集名稱＋邏輯圖層代碼＋幾何特征代號(hào)。

(1)地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

①地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的物理圖層名稱為 DMCJJC REFPOINT。

②由于地面沉降每年都在觀測(cè)，所以沉降數(shù)據(jù)每年都在增加，但是其地理位置沒有發(fā)生變化，即圖形數(shù)據(jù)沒有變更，屬性數(shù)據(jù)在變化，所以將地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，并通過(guò)點(diǎn)名進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

(2)沉降等值線

①沉降等值線的物理圖層名稱為DMCJJCISOLINE。

②沉降等值線注記的物理圖層名稱為DMCJJCISOTEXT。

③沉降等值線及其注記采用圖形與屬性統(tǒng)一存儲(chǔ)在Geodatabase空間數(shù)據(jù)中。

(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，即系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)采用的Geodatabase數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，屬性數(shù)據(jù)直接存放在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.3.1 圖層管理

實(shí)現(xiàn)物理圖層的可見不可見。

2.3.2 查詢

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢

在圖上選擇任意監(jiān)測(cè)點(diǎn)或輸入監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)名，查詢?cè)擖c(diǎn)歷年的沉降信息，若該點(diǎn)為新埋設(shè)的點(diǎn)，則不顯示其沉降信息，只顯示提示信息。

(2)任意點(diǎn)查詢

在圖上任意點(diǎn)擊一點(diǎn)，通過(guò)插值原理內(nèi)插出該點(diǎn)的每期的沉降量。

(3)破壞點(diǎn)查詢

查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中所有破壞點(diǎn)的信息，包括點(diǎn)名，埋設(shè)年份和破壞年份等。

2.3.3 統(tǒng)計(jì)分析

(1)按某時(shí)段的沉降量統(tǒng)計(jì)

將沉降量、時(shí)間段、沉降量和時(shí)間段的組合作為主篩選條件，選出數(shù)據(jù)庫(kù)中符合條件的記錄生成報(bào)表。

(2)當(dāng)期沉降量分析

計(jì)算本期各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)上一周期的沉降量。

“孝弟也者，其為仁之本與！”飯團(tuán)塞住嘴的潘云含糊不清地接過(guò)后半句，咽下飯團(tuán)后又說(shuō)：“子還曰：生，事之以禮；死，葬之以禮，祭之以禮?！?/p>

(3)累計(jì)沉降量分析

計(jì)算各測(cè)點(diǎn)第一次沉降監(jiān)測(cè)到本期沉降監(jiān)測(cè)的沉降量的總和。

2.3.4 報(bào)表輸出

(1)按范圍輸出沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程成果表

按圖上選擇的矩形范圍篩選數(shù)據(jù)庫(kù)記錄生成報(bào)表，用戶通過(guò)此表可以方便地查看成果數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容。

(2)按時(shí)間輸出點(diǎn)位坐標(biāo)成果表

按照指定的時(shí)間段篩選數(shù)據(jù)庫(kù)記錄生成報(bào)表，用戶通過(guò)此表可以方便地查看在某時(shí)間段成果數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容。

(3)點(diǎn)位沉降量統(tǒng)計(jì)表

利用已建立起來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)提取數(shù)據(jù)，將每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的本期沉降量、累計(jì)沉降量和平均沉降量形成報(bào)表。

累計(jì)沉降量是指當(dāng)前觀測(cè)日期以前實(shí)測(cè)的沉降量的總和。

平均沉降量是指監(jiān)測(cè)點(diǎn)在當(dāng)前觀測(cè)日期以前實(shí)測(cè)的沉降量的平均值。

(4)地面沉降點(diǎn)分類表

將由地面沉降引起的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，根據(jù)地面沉降規(guī)律將地面沉降點(diǎn)進(jìn)行分類。

2.3.5 專題圖

(1)沉降過(guò)程線圖

反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)在某一周期相對(duì)于前一周期的沉降量，沉降過(guò)程線圖是某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)以觀測(cè)年份作為橫坐標(biāo)，本期沉降量為縱坐標(biāo)的柱狀圖。

(2)沉降趨勢(shì)線圖

反映了監(jiān)測(cè)點(diǎn)在某一周期相對(duì)于第一周期的沉降量，沉降趨勢(shì)線圖是某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)以觀測(cè)年份作為橫坐標(biāo)，累計(jì)沉降量為縱坐標(biāo)連成的曲線。

(3)沉降速率柱狀專題圖

從空間和時(shí)間上直觀地反映了地面沉降的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀，沉降速率的計(jì)算方法是沉降速率＝沉降量(mm)/沉降時(shí)間(年)。

(4)自動(dòng)繪制沉降等值線圖

根據(jù)離散的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量通過(guò)插值或者曲線擬合的方法自動(dòng)繪制等值線圖。

2.3.6 沉降預(yù)測(cè)

沉降預(yù)測(cè)是根據(jù)各期的地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合綜合復(fù)測(cè)的結(jié)果，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，找出地面的沉降規(guī)律，最后根據(jù)其規(guī)律預(yù)測(cè)以后的發(fā)展趨勢(shì)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要包括連接數(shù)據(jù)庫(kù)的操作和功能的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫(kù)操作用于提供基礎(chǔ)地理信息與地面沉降信息的共享，而功能實(shí)現(xiàn)用于構(gòu)造瀏覽器端的用戶界面和交互活動(dòng)，本文主要闡述功能的實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)的功能主要采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)ASP.NET，并采用CSS，JAVASCRIPT等網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)。

3.1 地面沉降點(diǎn)分類

地面沉降點(diǎn)根據(jù)沉降量分為5類:一類監(jiān)測(cè)點(diǎn)是指沉降速度較快，并且有加快沉降現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；二類監(jiān)測(cè)點(diǎn)是指沉降速度較快，并且有減緩沉降現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；三類監(jiān)測(cè)點(diǎn)是指沉降速度較慢，并且有加快沉降現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；四類監(jiān)測(cè)點(diǎn)是指沉降速度較慢，并且有減緩沉降現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；五類監(jiān)測(cè)點(diǎn)是上升的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)分類流程如圖2所示。

圖2 地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)分類流程圖

其中，本期沉降量＝本期高程值－上期高程值；

所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值＝本期沉降量總和/本期沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)；

本期沉降速率＝本期沉降量/(本期觀測(cè)年份－上期觀測(cè)年份)；

上期沉降速率＝上期沉降量/(上期觀測(cè)年份－上期的前一期觀測(cè)年份)。

3.2 自動(dòng)繪制沉降等值線

沉降等值線是根據(jù)已知的離散的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量?jī)?nèi)插出未知點(diǎn)沉降量，將沉降量相等的點(diǎn)連成曲線。沉降等值線圖能直觀地顯示全市各沉降點(diǎn)不同時(shí)段的沉降量的分布情況。

自動(dòng)繪制等值線的方法從技術(shù)方向上看可以分為兩大類，插值和曲線擬合。其中曲線擬合總的來(lái)說(shuō)效果不如插值算法經(jīng)典和應(yīng)用廣泛，效果也較遜色。本文著重介紹插值算法。

自動(dòng)繪制等值線算法步驟:

(1)首先生成delaunay三角網(wǎng)。這部分算法在很多GIS書上都有詳細(xì)的介紹，本文這里就不闡述了。

(2)三角形的邊上插補(bǔ)等值點(diǎn)。要確定某個(gè)三角形的邊上是否有等值點(diǎn)，需要進(jìn)行判斷和處理。如果某原始數(shù)據(jù)點(diǎn)和等值線值相同，將該點(diǎn)改變一個(gè)微量。如果一個(gè)三角形三頂點(diǎn)的值相同則各邊無(wú)等值點(diǎn)。如果一個(gè)三角形的任意邊兩端點(diǎn)(A、B〕的Z值(Za、Zb)滿足(Zd－Za)×(Zd－Zb)＜0，其中Zd代表等值線的值，則該邊必有等值點(diǎn)，其平面位置是Xd＝Xa＋(Xb－Xa)× (Zd－Za)/(Zb－Za)，Yd＝Y(jié)a＋(Yb－Ya)×(Zd－Za)/(Zb－Za)。每個(gè)三角形上不可能三邊都有同值的等值點(diǎn)，另一邊上必定有同值的等值點(diǎn)。

(3)等值點(diǎn)的追蹤

為了能將內(nèi)插的等值點(diǎn)順序追蹤排列，繪出等值線，還必須找出相互重疊的環(huán)形網(wǎng)內(nèi)所計(jì)算的等值點(diǎn)間的平面位置關(guān)系。因每個(gè)環(huán)形網(wǎng)都是由多個(gè)三角形組成的，我們先簡(jiǎn)單分析一下單個(gè)三角形中存在等值點(diǎn)的情況。由于不必考慮等值線穿過(guò)端點(diǎn)，如果一個(gè)三角形的邊上存在等值點(diǎn)的話，只可能在某兩條邊上存在等值點(diǎn)，而不可能三條邊上同時(shí)都有。也就是說(shuō)，只要三角形一邊上存在等值點(diǎn)，則其余的兩條邊中必有一邊存在等值點(diǎn)。

根據(jù)上面的約定，我們?cè)傺芯康戎稻€穿過(guò)任一環(huán)形網(wǎng)中兩條及兩條以上相鄰的徑邊時(shí)，可能出現(xiàn)的幾種情形:

①等值線不通過(guò)環(huán)形網(wǎng)的界邊。在這個(gè)環(huán)形網(wǎng)中，必然所有的徑邊上都存在等值點(diǎn)，如果這個(gè)環(huán)形網(wǎng)由非邊界點(diǎn)聯(lián)結(jié)而成，內(nèi)插的等值點(diǎn)就可順序連接為一條閉合曲線；若此環(huán)形網(wǎng)由邊界點(diǎn)聯(lián)成，那么這些等值點(diǎn)則連成一條開口曲線。

②等值線通過(guò)環(huán)形網(wǎng)的界邊，且次數(shù)不超過(guò)兩次。相鄰徑邊上內(nèi)插的等值點(diǎn)順序排列，點(diǎn)數(shù)至少為兩個(gè)，其起點(diǎn)為環(huán)形網(wǎng)的入口點(diǎn)，終點(diǎn)為環(huán)形網(wǎng)的出口點(diǎn)。

③等值線4次通過(guò)環(huán)形網(wǎng)的界邊。環(huán)形網(wǎng)中內(nèi)插的等值點(diǎn)分為兩部分順序排列，每個(gè)部分都包括一個(gè)入口點(diǎn)和一個(gè)出口點(diǎn)，這個(gè)網(wǎng)所在的位置應(yīng)該是等值線的鞍部。

由于離散點(diǎn)環(huán)形聯(lián)網(wǎng)是沿同一方向(逆時(shí)針)進(jìn)行的，環(huán)形網(wǎng)中相鄰徑邊上內(nèi)插的等值點(diǎn)所排列的順序，也相應(yīng)圍繞中心點(diǎn)位逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果等值點(diǎn)不是位于邊界上的話，那么一個(gè)環(huán)形網(wǎng)的入口點(diǎn)，必然是另一個(gè)環(huán)形網(wǎng)的入口點(diǎn)；一個(gè)環(huán)形網(wǎng)的出口點(diǎn)，也必然是另一個(gè)環(huán)形網(wǎng)的出口點(diǎn)；而內(nèi)插入口點(diǎn)(或出口點(diǎn))的徑邊的兩個(gè)端點(diǎn)，就是聯(lián)結(jié)這兩個(gè)環(huán)形網(wǎng)的中心點(diǎn)。利用這個(gè)原理，我們就可以成功地設(shè)計(jì)出等值線的追蹤方案，且在追蹤等值線時(shí)，只需將各環(huán)形網(wǎng)中內(nèi)插的等值點(diǎn)進(jìn)行單向比較，即入口點(diǎn)對(duì)入口點(diǎn)比較，出口點(diǎn)對(duì)出口點(diǎn)比較。

聯(lián)網(wǎng)結(jié)束后，凡是沒能聯(lián)成閉合環(huán)形網(wǎng)的離散點(diǎn)，即為繪圖區(qū)域的邊界點(diǎn)，而在兩個(gè)邊界點(diǎn)連接的邊上內(nèi)插的等值點(diǎn)，就是開曲線的線頭。找到線頭后，根據(jù)上述原理，就可順序追蹤出各條開曲線的全部等值點(diǎn)。對(duì)于閉曲線來(lái)說(shuō)，任一環(huán)形網(wǎng)中內(nèi)插等值點(diǎn)中的起點(diǎn)都可作為線頭，按上述方法追蹤，直至又回到該點(diǎn)為止。

(4)曲線的光滑輸出。常用樣條插值算法，這部分算法在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)書上有詳細(xì)的介紹，本文這里就不闡述了。

自動(dòng)繪制等值線效果如圖3所示。

圖3 寧波市地面沉降等值線圖

3.3 沉降預(yù)測(cè)

沉降預(yù)測(cè)是根據(jù)各期的地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合綜合復(fù)測(cè)的結(jié)果，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，找出地面的沉降規(guī)律，最后根據(jù)其規(guī)律預(yù)測(cè)以后的發(fā)展趨勢(shì)。

沉降預(yù)測(cè)的基本思路:將地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)建立地面沉降預(yù)測(cè)模型，再根據(jù)模型預(yù)測(cè)以后的地面沉降量，也就是說(shuō)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值擬合度的高低取決于預(yù)測(cè)模型的選取是否合適。

目前地面沉降的預(yù)測(cè)模型主要有一元線性回歸模型、等間距灰色系統(tǒng)模型和任意間距灰色系統(tǒng)模型等，限于篇幅，本文只闡述任意間距灰色系統(tǒng)模型。

(1)基本原理

任意間距灰色系統(tǒng)模型是利用較少的或不確切的表示系統(tǒng)行為特征的原始數(shù)據(jù)序列變換后建立微分方程，目的是求得隨機(jī)性弱化、規(guī)律性強(qiáng)化的新序列。任意間距灰色系統(tǒng)模型GM(1，1)是最基礎(chǔ)的一種只包含單變量的一階微分方程模型。

由一階累加生成序列X(1)構(gòu)成的微分方程為:

寫成離散形式為:

寫成矩陣形式:

(2)模型檢驗(yàn)

預(yù)測(cè)模型得到的預(yù)測(cè)值必須經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)才能確定其預(yù)測(cè)精度等級(jí)。預(yù)測(cè)精度等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則有多種，下面以擬合度為例討論灰色模型的預(yù)測(cè)精度等級(jí)。擬合度是預(yù)測(cè)殘差方差與原始數(shù)據(jù)方差之比，即:

根據(jù)C值的大小，可將預(yù)測(cè)精度分為4個(gè)等級(jí)，見表1。

預(yù)測(cè)精度分級(jí)表 表1

(3)預(yù)測(cè)效果

任意間距灰色系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)的效果如圖4所示。

圖4 任意間距灰色系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)的效果圖

4 總 結(jié)

寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的建成運(yùn)行提高沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理水平，增強(qiáng)對(duì)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的挖掘分析能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面沉降趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，為寧波市的城市規(guī)劃、建設(shè)提供科學(xué)的決策依據(jù)，避免和減少因地面沉降而造成的破壞和經(jīng)濟(jì)損失。

[1]鄭小梅.寧波市地面沉降監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)總結(jié)報(bào)告.2008

[2]蔣世輝，黃士國(guó)，高豐有.基于灰色系統(tǒng)理論的住宅需求預(yù)測(cè)及政策建議.河南財(cái)政稅務(wù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2007，21(3)

Design and Implementation of Ground Settlement Observation Analyse System of Ningbo

Zheng XiaoMei1，Wang Lei2
(NingBo Design Research Institute of Surveying and Mapping，NingBo 315041，China)

The paper gives a detailed introduction to the design of ground settlement observation analyse system，such as collectiveity structure of system，database and fuctions，gives the process of the implementation about several primary functions，for example，separate into groups according to settlement quantity，draw settlement isoline automatically，forecast next settlement quantity.The system implements the management and communion of information and provides the indemnification for building the safety of Ningbo.

WebGIS；Ground Settlement Observation；Settlement Forecast

1672－8262(2010)02－33－05

P208

A

2009—06—19

鄭小梅(1976—)，女，工程師，主要從事GIS技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用及研究。