基于ArcServer時態(tài)化的地下綜合管線系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

戴黎明，陳慶聰

(廈門精圖信息技術(shù)股份有限公司，福建廈門361008)

一、概 述

城市地下綜合管線管理信息系統(tǒng)是一個為城市建設(shè)、管理和規(guī)劃服務(wù)的，以計算機系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)庫、GIS等技術(shù)支撐的應(yīng)用型技術(shù)系統(tǒng)。地下綜合管線信息化建設(shè)對提高城市現(xiàn)代化管理水平，增強城市應(yīng)急和抗災(zāi)減災(zāi)能力，增強城市可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重要的意義。

本文重點研究時態(tài)在綜合管線系統(tǒng)的應(yīng)用，總結(jié)城市綜合管線數(shù)據(jù)更新、業(yè)務(wù)應(yīng)用的特點，結(jié)合ArcGIS相關(guān)技術(shù)功能，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、處理，使地圖表現(xiàn)出全新的動態(tài)地圖表達(dá)，用戶可以通過對數(shù)據(jù)直觀的類比，附帶相應(yīng)的統(tǒng)計、類比結(jié)果，從中挖掘出數(shù)據(jù)新成果、新價值。

二、時態(tài)技術(shù)

時態(tài)是將GIS數(shù)據(jù)在原有空間或業(yè)務(wù)屬性基礎(chǔ)上，在時間上進(jìn)行了數(shù)據(jù)的延展，可以記錄下某個時間點或時間段數(shù)據(jù)的當(dāng)前狀態(tài)，將每一個狀態(tài)串聯(lián)在一起，就形成了動態(tài)的、連續(xù)的數(shù)據(jù)展示圖。通過時態(tài)功能對時間推移時數(shù)據(jù)的改變，可以在GIS的各領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如:

空間數(shù)據(jù)的移動——如觀測臺風(fēng)中心的位置變化。

空間數(shù)據(jù)的大小、形狀變換——如火情的覆蓋范圍，觀測冰川的消融。

改變數(shù)據(jù)的符號化效果——如各省疫情感染人口形成的區(qū)域顏色深淺代表的疫情嚴(yán)重程度。

通過對上述實現(xiàn)功能可以將時態(tài)化GIS歸納為:

可將數(shù)據(jù)按時間狀態(tài)(數(shù)據(jù)中包含相應(yīng)的時間字段)歸檔、管理，可調(diào)取指定時段數(shù)據(jù)及屬性。

前臺展示地圖在具備動態(tài)效果的同時，又強化了時間概念，每次地圖的變化都與時間改變息息相關(guān)。

三、功能開發(fā)及應(yīng)用

1.城市地下綜合管線數(shù)據(jù)特點

結(jié)合時態(tài)功能相關(guān)要求，總結(jié)城市地下綜合管線數(shù)據(jù)有如下特點:

1)數(shù)據(jù)時間跨度大。城市地下綜合管線建設(shè)是一個逐步積累、循序漸進(jìn)的過程，新舊數(shù)據(jù)的時候跨度參達(dá)到30年甚至更長，建成后的管線在未改造的情況長期存在，即在一個時間段內(nèi)存在的。

2)數(shù)據(jù)更替情況較少，一般為管線建設(shè)新增。小段落管線廢棄、改造發(fā)生較少(有的小工程原地點維修升級也未上報至管線信息化管理單位)，區(qū)域性數(shù)據(jù)更新發(fā)生在道路擴(kuò)寬或新城區(qū)建設(shè)過程中的管線施工建設(shè)。

3)更新頻率相對不高。雖然管線每天都在進(jìn)行建設(shè)，但多數(shù)情況下是施工項目整體驗收，才進(jìn)行工程的批量入庫，建設(shè)管理部門關(guān)注到每月或每年管線的竣工、規(guī)劃情況已滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用，因此如無法確認(rèn)時管線建設(shè)日期可不必精確到具體的哪一天。

以上這8個工作小組各有專攻，各自負(fù)責(zé)組織專家組，設(shè)計和實施具體項目和臨時特設(shè)的項目。此外還有聯(lián)絡(luò)小組，負(fù)責(zé)成員國相關(guān)部門和代表之間、各個工作組之間以及委員會和其他組織機構(gòu)的外聯(lián)工作。委員會另設(shè)有觀察員席位，這些席位給國際政府間組織和非政府組織以及非成員國提供了參與波羅的海海洋環(huán)保治理、為自己的利益和訴求發(fā)聲的機會。[注] 例如，觀察員國有白俄羅斯、烏克蘭，國際政府間組織觀察員有國際海事組織、聯(lián)合國環(huán)境保護(hù)署、國際氣候組織、波羅的海議會會議等，國際非政府組織觀察員有波羅的海港口組織，波羅的海農(nóng)民環(huán)境論壇、國際鳥類生命組織等，詳細(xì)名單見赫爾辛基委員會網(wǎng)站。

2.管線數(shù)據(jù)模型設(shè)計

根據(jù)管線數(shù)據(jù)特點，對原有管線數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一定調(diào)整，用以滿足系統(tǒng)功能需要。

(1)以行格式存儲時態(tài)數(shù)據(jù)

要在ArcGIS中使用時態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)以行格式存儲與各要素相關(guān)聯(lián)的時間值。表中的每個要素或行可具有表示時刻的時間值，以數(shù)據(jù)行表示當(dāng)前時段管線的屬性，當(dāng)管線屬性發(fā)生變更，如原有空管增加了電力管線，則應(yīng)以新的行、新的時間段表示新的數(shù)據(jù)，舊的數(shù)據(jù)存儲到ArcSDE的版本數(shù)據(jù)中。

(2)增加可調(diào)用的時間字段

為了記錄管線新建、改造(重建即原有管線刪除后新建)情況，即管線在一個時間段內(nèi)存在而非只存在于一個時間點上，應(yīng)給管線數(shù)據(jù)增加相應(yīng)的起止時間。

開始時間即管線建設(shè)年代(如部分管線的建設(shè)年代在無法普查時填寫“1900/1/1”)，終止時間即管線挖除時間(對仍在使用的管線時間可填寫“2099/1/1”)。原有管線屬性數(shù)據(jù)字段中包括探測時間、入庫時間，也可以作為數(shù)據(jù)管理相關(guān)的起始時間，用于了解每年管線更新入庫情況。

所有的日期類字段都建議使用日期型格式字段。字符型字段按日期格式進(jìn)行填寫也能夠進(jìn)行正常的調(diào)用，但系統(tǒng)需要對無法轉(zhuǎn)換(如漢字)的內(nèi)容進(jìn)行過濾，轉(zhuǎn)換為默認(rèn)時間，如將包含非日期內(nèi)容的數(shù)據(jù)代入整個數(shù)據(jù)運算過程中，會造成所有數(shù)據(jù)都無法正常顯示。

(3)時間值字段建立索引

為了在城市海量管線數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示過程中獲得最佳性能，需改善時間可視化效率和查詢性能，應(yīng)為包含時間值的字段建立索引。

3.時態(tài)模塊實現(xiàn)

在時態(tài)模塊啟用下對管線數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，用戶通過指定的時間間隔逐次瀏覽數(shù)據(jù)，查看數(shù)據(jù)隨著時間推移而呈現(xiàn)出的模式或趨勢。

(1)功能細(xì)化

指定瀏覽圖層:用戶可以指定啟用時態(tài)的相關(guān)管線圖層，或規(guī)劃管線圖層。這些管線圖層都含有起止時間字段，可在數(shù)據(jù)建庫時對管線的起止時間進(jìn)行相應(yīng)處理。

定義時態(tài)啟用的時間范圍:時間范圍指用戶需要瀏覽管線數(shù)據(jù)的時間跨度，系統(tǒng)自動賦予數(shù)據(jù)的時間跨度即最大的時間跨度，即數(shù)據(jù)完整時間跨度;用戶也可以調(diào)整所需的最佳時間跨度。

定義在瀏覽數(shù)據(jù)時所使用的時間步長間隔:步長間隔指系統(tǒng)時間每次跳躍時間，如一年即時間間隔一年。用戶可自行調(diào)整，如時間跨度大，步長間隔可適當(dāng)增加。

多圖層共同疊加:將多個綜合管線圖層疊加到地圖共同顯示，綜合管線圖層相互疊加(如給水與電力管線疊加)，綜合管線與規(guī)劃管線疊加(如電力的建成與規(guī)劃管線疊加)。主要的問題是避免系統(tǒng)響應(yīng)過慢，建議最多疊加3個管線圖層，太多圖層在小比例(1∶100 000)無法在地圖層看清數(shù)據(jù)的明顯變化，同時也會對客戶端的顯示效率有較大效響。

主要代碼片斷

(2)功能擴(kuò)展

在上述基本時態(tài)功能基礎(chǔ)的，筆者還在時態(tài)模塊上對進(jìn)行了相關(guān)定制，定制效果更貼近綜合管線系統(tǒng)中用戶的日常使用。

設(shè)置管線屬性條件:在時態(tài)對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示的過程中，用戶可以選擇符合條件的管線數(shù)據(jù)，如指定管線管徑、材質(zhì)、壓力和電壓等屬性，進(jìn)行選擇顯示。例如用戶計劃了解城市中燃?xì)忤T鐵管的分布 ，將老久的管道逐步更換為鋼或PE的新工藝管道。通過對圖層設(shè)置選擇條件，就可在時態(tài)分析時看到原有每年鑄鐵管道的分布情況，便于用戶安排相應(yīng)管網(wǎng)升級改造計劃。

指定區(qū)域:用戶可以自定義分析的區(qū)域，而不只是整個城區(qū)范圍。一般一個中等地級城市的城區(qū)管線普查范圍在100 km2，再大些的城市能有200 km2。用戶不一定每一次都需要對整個城區(qū)進(jìn)行分析，有時候只要對某區(qū)域進(jìn)行分析。系統(tǒng)通過定義分析區(qū)域后，客戶端只能調(diào)取該區(qū)域的管線地圖，對該區(qū)域進(jìn)行時態(tài)分析。方法核心:通過向SDE傳遞指定空間數(shù)據(jù)圖層授權(quán)區(qū)域，客戶端即可實現(xiàn)僅對授權(quán)區(qū)域的空間數(shù)據(jù)調(diào)取。

ST_GEOMETRY:為要顯示的圖形信息，POLYGON 中的(X1 Y1，X2 Y2，X3 Y3，......，X1 Y1)為一個面的范圍，每個值代表一個坐標(biāo)，空格前表示X坐標(biāo)，空格后表示Y坐標(biāo);3表示圖層的SRID，使用SDE用戶登錄，可在ORACLE里對應(yīng)的圖層表或GDB_FEATUREDATASET表里可查到每個圖層對應(yīng)的SRID的值。

時態(tài)出圖:客戶端具備了當(dāng)前時態(tài)地圖輸出功能，可將指定時間下當(dāng)前地圖狀態(tài)與相關(guān)統(tǒng)計圖表進(jìn)行輸出。如圖1所示，在某城市時態(tài)逐年對電力管線地圖進(jìn)行動態(tài)展示時，可以在需要的年份進(jìn)行暫停，讓地圖暫停在當(dāng)前狀態(tài)。圖1使用地圖輸出功能分別對1991年、1998年、2008年、2011年4年城市的電力地下管線的分布情況進(jìn)行了出圖。

圖1 地圖輸出

四、結(jié)束語

隨著地圖時間由遠(yuǎn)及近地變化，可以從地圖的動態(tài)顯示中看出，城市范圍的擴(kuò)大管線的覆蓋范圍也在逐步擴(kuò)大，城市的規(guī)劃建設(shè)方向，也是城市管線的建設(shè)方向。

管線普查過程中，管線的建設(shè)年代調(diào)查往往是一個難題，因其不同于管線的坐標(biāo)、管材，可以通過儀器測量、實地調(diào)查獲取，管線建設(shè)年代需要管線權(quán)屬單位通過調(diào)取相關(guān)施工資料，而年代久遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)往往缺失資料，一些局部的小工程沒有完整的資料記錄，時間稍長，便也無法確認(rèn)具體的位置。上例出圖使用城市管線數(shù)據(jù)建設(shè)年代填寫相對較全，各類管線均有超過60%的管線都填寫了管線的建設(shè)年代，不確定具體日期的管線填寫到當(dāng)年的1月1日，但已完全能夠城建管理部門、管線權(quán)屬單位的日常使用。未確認(rèn)建設(shè)年代的管線都集中在主城區(qū)，這也說明主城區(qū)城市建設(shè)項目多，管線變化較快，資料整理的難度可想而知。

在管線信息化建設(shè)后，城市地下綜合管線已完成了歷史數(shù)據(jù)的普查，做好日常資料的積累至關(guān)重要，通過主管部門規(guī)范提交數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容，權(quán)屬單位積極配合，任重而道遠(yuǎn)。

略)