模板驅(qū)動的城市地下管線出圖研究

馬雷雷，杜澤欣，連世偉，梁汝鵬

（信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州450000）

城市地下管線與人們的生活息息相關(guān)，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市安全與繁榮的根基，是城市地下空間規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理、城市應(yīng)急和地下管線運行維護(hù)管理的基礎(chǔ)［1］。城市地下管線可抽象為管線點和管線線，管線點和管線線之間存在著密切的關(guān)系，即存在著豐富的拓?fù)潢P(guān)系，地下管線是環(huán)狀網(wǎng)和樹狀網(wǎng)構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。城市地下管線信息具有統(tǒng)一性、精確性、完整性和基礎(chǔ)性等特點，在城市經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有非常重要的作用。

近年來，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，國內(nèi)地下管線事故頻發(fā)，造成很多負(fù)面影響。城市地下管線信息化建設(shè)作為“數(shù)字城市”的重要組成部分，并逐步建立各種城市地下管線信息系統(tǒng)［2－4］。城市地下管線信息系統(tǒng)是在計算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)支持下，利用GIS技術(shù)對地下管線及其附屬設(shè)施的空間與屬性信息進(jìn)行輸入、編輯、統(tǒng)計查詢、分析、更新維護(hù)、輸出、分發(fā)和共享應(yīng)用的計算機(jī)管理系統(tǒng)。地下管線快速出圖系統(tǒng)是城市地下空間應(yīng)急保障體系的重要組成部分，在城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用，系統(tǒng)能夠及時、有效地提供應(yīng)急區(qū)域內(nèi)的綜合管線圖。快速出圖系統(tǒng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［5－7］，并呈現(xiàn)自動化和智能化趨勢。本文針對城市地下管線數(shù)據(jù)的特點，面向地下管線全生命周期管理，建立城市地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，設(shè)計管線制圖模板，并分析管線出圖的實現(xiàn)策略，通過實驗分析實現(xiàn)管線快速出圖的可能性。

1 城市地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

1．1 Geodatabase數(shù)據(jù)模型

GIS空間數(shù)據(jù)模型經(jīng)歷了CAD、Coverage和Geodatabase三代數(shù)據(jù)模型。Geodatabase是一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)模型，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行組織和管理空間數(shù)據(jù)。Geodatabase的數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)主要包括要素類、要素數(shù)據(jù)集、關(guān)系類、幾何網(wǎng)絡(luò)、域、有效規(guī)則、柵格數(shù)據(jù)集、TIN數(shù)據(jù)集等。Geodatabase對地理空間特征的表達(dá)比其它數(shù)據(jù)模型更接近人們對現(xiàn)實事物對象的認(rèn)知和表達(dá)。

Geodatabase具有面向?qū)ο蟮奶攸c：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲；能夠創(chuàng)建“智能化”的要素，要素具有豐富的形狀、空間參考、關(guān)聯(lián)環(huán)境和復(fù)雜的行為等；支持不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)輸入和編輯更加準(zhǔn)確，允許多用戶并發(fā)編輯；可伸縮的存儲解決方案；用矢量數(shù)據(jù)（點、線、面）來表達(dá)離散的空間要素。Geodatabase對象的作用就是給專業(yè)用戶提供一個高級的GIS信息模型，模型的具體數(shù)據(jù)可以多種方式存儲在標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)中，也可以XML流的形式進(jìn)行存儲。

1．2 基于Geodatabase的地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型

針對地下管線數(shù)據(jù)特點和Geodatabase表達(dá)空間數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，設(shè)計基于Geodatabase的地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型［8］。管線點要素類、管線線要素類和注記要素類與傳統(tǒng)Geodatabase數(shù)據(jù)模型中的要素類沒有區(qū)別，模型在傳統(tǒng)Geodatabase模型的基礎(chǔ)上，增加了關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集和索引圖要素類（見圖1）。

要素關(guān)聯(lián)類是針對管線數(shù)據(jù)的特征而設(shè)計的，通過關(guān)聯(lián)類型建立兩個要素類之間的關(guān)系（其中關(guān)聯(lián)類型是一個枚舉類型），可以實現(xiàn)通過一種要素類快速找到另外一種要素類。例如，通過建立管線點（主要素類）和管線線（次要素類）之間的關(guān)聯(lián)要素類，關(guān)聯(lián)類型為“點－線”，可以用于管線點線聯(lián)動編輯，幫助系統(tǒng)在移動管線點要素時迅速找到對應(yīng)關(guān)聯(lián)要素集的點并實現(xiàn)聯(lián)動，能顯著提高管線數(shù)據(jù)的編輯效率。同樣可以把管線點和注記要素類建成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)類，實現(xiàn)管線點和注記的聯(lián)動編輯。

索引圖要素集主要是針對地下管線業(yè)務(wù)而設(shè)計的，主要包括圖幅索引圖類和任務(wù)索引圖類兩種，主要服務(wù)于地下管線全生命周期的各個階段。圖幅索引圖主要是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)圖幅構(gòu)建索引圖，包括按矩形分幅、按經(jīng)緯度分幅和帶狀分幅3種；任務(wù)索引圖主要面向任務(wù)分幅，包括按工作名稱、派發(fā)時間、完成日期、工作編號和工作狀態(tài)分幅構(gòu)建索引，方便管理人員進(jìn)行任務(wù)分配，快速了解任務(wù)進(jìn)展情況；有助于外業(yè)人員查看自己的任務(wù)區(qū)域；可以明確統(tǒng)計工程各階段的負(fù)責(zé)人、任務(wù)內(nèi)容、完成情況等。在管線全生命周期的數(shù)據(jù)采集、施工竣工和管線維護(hù)等階段具有重要作用，例如某燃?xì)獠块T可能會按派發(fā)時間來統(tǒng)計燃?xì)夤艿赖牟荚O(shè)情況，那么專業(yè)人員可通過按派發(fā)時間構(gòu)建的任務(wù)索引圖來快速生成燃?xì)夤艿赖牟荚O(shè)專題圖。

圖1 基于Geodatabase的地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型

建立基于Geodatabase的地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)地下管線要素的統(tǒng)一表達(dá)，為后續(xù)開發(fā)基于B／S和C／S的管線綜合系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，本文將著重探討其在智能出圖中的應(yīng)用。

2 管線制圖模板設(shè)計

傳統(tǒng)的管線制圖人工參與工作量較大，自動化程度不高，耗時較長。本文在構(gòu)建地下管線統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型后，設(shè)計適合管線快速出圖業(yè)務(wù)的制圖模板，主要包括符號模板、注記模板和圖廓整飾模板等，這些模板以XML格式形式存儲。

1）符號模板。主要對管線要素配置注記信息，系統(tǒng)使用該模板時能自動調(diào)用注記模板設(shè)計注記的字體、顏色、顯示位置等信息，為配圖提供便利。管線符號模板配置參數(shù)依據(jù)管線要素類型（點、線）分開設(shè)計，主要包括圖層名稱、符號名稱、符號描述、符號類型、符號大小、符號寬度、符號顏色、圖片路徑、符號角度、線形、主號、輔號、填充顏色、平移量X和平移量Y等。

2）注記模板。主要對管線要素進(jìn)行符號化，實現(xiàn)自動調(diào)用符號模板符號化。管線注記模板配置參數(shù)依據(jù)管線要素類型（點、線）分開設(shè)計，主要包括注記字段、擴(kuò)展字段、字體名稱、字體大小、字體顏色、注記位置、標(biāo)記權(quán)重、要素權(quán)重、要素是否與注記關(guān)聯(lián)、要素是否與注記聯(lián)動、線上、線下、字體間距、是否鏤空、平移量X和平移量Y等。

3圖廓整飾模板。圖廓整飾模板是管線制圖模板的核心，主要對圖廓要素進(jìn)行整飾排版，依據(jù)模板半自動實現(xiàn)綜合管線圖的輸出。圖廓整飾模板配置參數(shù)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)的圖式規(guī)范要求進(jìn)行，主要包括分幅類型、紙張大小、靜態(tài)圖像參數(shù)、靜態(tài)和動態(tài)文本參數(shù)等，其中靜態(tài)圖像參數(shù)包括外圖框?qū)挾?、外圖框高度、外圖框線寬、外圖框顏色、內(nèi)圖框相對位置、內(nèi)圖框?qū)挾?、?nèi)圖框顏色、九宮格相對位置、九宮格X偏移量、九宮格Y偏移量、九宮格長度、九宮格寬度、九宮格線寬、圖例名稱、圖例相對位置、圖例顏色、圖例X偏移量、圖例Y偏移量、比例尺相對位置、比例尺X偏移量、比例尺Y偏移量、指北針相對位置、指北針X偏移量、指北針Y偏移量、指北針旋轉(zhuǎn)角度等，除了外圖框和內(nèi)圖框參數(shù)是必選的，其他靜態(tài)圖像參數(shù)都是可選的；靜態(tài)和動態(tài)文本參數(shù)包括文本描述、文本標(biāo)記、文本相對位置、文本X偏移量、文本Y偏移量、是否橫向顯示、文本內(nèi)容、字體名稱、字體大小、字體顏色和動態(tài)文本字段（可選）。

圖廓整飾模板最核心的問題就是如何解決動態(tài)文本的表達(dá)，動態(tài)文本是指放置在地圖布局中且隨地圖文檔、數(shù)據(jù)框和數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面的當(dāng)前屬性而動態(tài)變化的文本，下節(jié)具體介紹動態(tài)文本的處理問題。

3 模板驅(qū)動的管線出圖實現(xiàn)策略

3．1 實驗?zāi)Ｐ涂蚣茉O(shè)計與分析

構(gòu)建面向管線業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)模型，設(shè)計管線制圖模板，研究模板驅(qū)動的管線出圖實現(xiàn)策略，以標(biāo)準(zhǔn)分幅為例設(shè)計管線出圖實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計框架，如圖2所示。

在生成國家標(biāo)準(zhǔn)分幅圖時，按照國標(biāo)規(guī)定，根據(jù)所要制圖輸出的范圍和制圖輸出比例尺自動計算。創(chuàng)建的圖幅索引圖要素類中自動創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)分幅圖的面要素，同時自動計算每個分幅圖的九宮格信息和角坐標(biāo)信息，九宮格信息和角坐標(biāo)信息作為分幅圖面要素的屬性填入要素的屬性表，供依模板制圖輸出時使用。

3．2 模型實現(xiàn)

基于 Arc GIS Objects10．1和 Visual St udio 2012開發(fā)平臺，采用洛陽市城區(qū)給水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，開發(fā)管線快速出圖系統(tǒng)，作為地下管線編輯入庫系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

整個實驗過程中，主要是要解決兩個難點問題：①動態(tài)文本的表達(dá)問題，綜合利用圖廓整飾模板中的動態(tài)文本字段參數(shù)，動態(tài)文本表示如下：“＜dyn type＝＼”page＼“property＝＼”attribute＼“field＝＼”“＋txt＋ ”＼“domainlookup＝＼”tr ue＼“／＞”；②布局頁面的連續(xù)打印輸出，利用Arc GIS本身的數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面擴(kuò)展模塊，管線要素或索引圖層中的各個索引要素將地圖分割為多個部分，然后為每一個索引要素生成一個相應(yīng)的頁面。

實驗設(shè)計圖層符號匹配器，結(jié)果如圖3所示，主要目的是為實現(xiàn)ESRI符號庫與專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫之間的符號交互，同時也能實現(xiàn)圖層符號依據(jù)模板的快速配置。

圖3 圖層符號匹配器

本系統(tǒng)主要是證明地下管線快速出圖的可行性，為業(yè)務(wù)部門提供便攜出圖工具應(yīng)用于作業(yè)單位，圖4顯示利用上述模板按矩形分幅進(jìn)行地下管線出圖的結(jié)果。

圖4 基于模板的地下管線出圖結(jié)果（按矩形分幅）

實驗表明，基于模板的地下管線智能出圖方法是可行的，可以提高地下管線出圖業(yè)務(wù)中的智能程度，減少人工參與，提高工作效率。

4 結(jié)束語

針對當(dāng)前地下管線出圖人工參與量大、出圖效率低的現(xiàn)狀，基于模板建立城市地下管線出圖實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合管線圖的自動符號化、自動注記和半自動圖廓整飾，只需少量人工參與即可快速成圖并出圖，并可以實現(xiàn)批量快速出圖，將其應(yīng)用于城市地下空間綜合管理信息系統(tǒng)中，具有一定的推廣價值。

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