基于ArcGIS平臺背景下的廠區(qū)地下管網空間探究

張垚

摘 要：隨著經濟的發(fā)達，我國的廠區(qū)地下管網的規(guī)模不斷增加，以致管網的管理難度越來越大。文章將主要探究基于ArcGIS平臺背景下的廠區(qū)地下管網的空間分析功能。

關鍵詞：ArcGis；廠區(qū)；地下管網；空間探究

近年來，GIS管理技術逐漸取代傳統(tǒng)管網管理模式的地位。GIS擁有獨特的空間分析功能，在廠區(qū)的規(guī)劃、設計及施工中起到非常重要的作用。但GIS平臺依然存在一些問題，如對橫斷面的分析效率較低、數據管理存在問題、一些算法存在缺陷等。

1 需求分析及系統(tǒng)設計

1.1 對地下管網信息化管理的需求

大型廠區(qū)的管網較為復雜，其中管線包括燃氣、熱力、電信、排水等。一些廠區(qū)的管線甚至已有10萬以上的規(guī)模。信息與各種數據交錯計算，以致大型廠區(qū)的管網管理僅靠傳統(tǒng)的管網管理模式已經難以保持管理效率。GIS系統(tǒng)具有足夠完善的功能，其中包括資料查詢、故障維護、輔助設計以及快速定位等，對于大型產區(qū)的管線系統(tǒng)，可以優(yōu)化其發(fā)展預測、設計施工、分析統(tǒng)計等功能。

1.2 系統(tǒng)設計

當前大部分的產區(qū)信息系統(tǒng)平臺的規(guī)劃，均帶有工作流引擎、信息中間件、J2EE服務器及專用型集成軟件，一方面可以提高數據庫系統(tǒng)的高效性及安全性，另一方面也可以提高儲存能力和用戶訪問速度，從而使系統(tǒng)的平臺、網絡、數據庫實現運行的統(tǒng)一化。系統(tǒng)的整體構成是由C/S端和B/S端構成，其中前者負責系統(tǒng)的數據管理和系統(tǒng)管理，后者主要用于綜合分析和查詢統(tǒng)計。需要注意的是，系統(tǒng)的服務器主要用于應用程序的安裝，這樣可以使客戶機擁有幾乎完整的數據空間，從而有效地降低系統(tǒng)管理員的負擔。

2 數據基礎及優(yōu)化技術

GIS系統(tǒng)中，數據庫起到非常重要的作用。作為GIS中的重要構成，數據庫的準確性、高效化、便捷性，決定GIS系統(tǒng)的實用性及可靠性。在整個系統(tǒng)中，GIS主要處理數字高程模型數據、圖形矢量數據及空間數據。一般情況下，這些數據都是由GIS系統(tǒng)處理及采集，且占用70%以上的開發(fā)量。

目前，文件管理模式、文件數據庫混合管理模式、全關系數據庫管理模式是GIS主要的三種數據管理模式。其中文件管理模式是通過組織屬性數據和圖形數據轉化為文件格式進行管理的；文件數據庫混合管理模式屬于兩種數據庫管理模式的混合管理方式，以文件管理方式處理圖形數據，而管理屬性數據時則需要使用商業(yè)數據庫；全關系數據庫管理模式是指使用關系數據庫系統(tǒng)同時對屬性數據、空間數據、圖形數據進行管理的一種的模式。使用這種管理模式管理不定長的空間幾何體坐標時，該坐標會轉化為二進制數據形式。全關系數據庫管理模式的優(yōu)勢在于檢索的快速，查找某個地物的連接關系時，只需根據記錄數據，就能快速找到對應的地物。大型的商業(yè)數據庫統(tǒng)一用于管理屬性及空間數據，并無縫管理圖形數據。

文件管理模式有一定的局限性，其本身儲存量有上限，一旦數據量頻臨上限，就會導致文件的更新速度下降，從而難以保證文件的安全性。尤其是B/S端在協(xié)同多用戶工作過程中，難以利用文件管理方式協(xié)調統(tǒng)一實體級數據和記錄級數據。全關系數據管理模式的應用，可以先對幾何體坐標數據進行規(guī)范，并在數據錄入時，分類不定長的空間幾何體，從而使其轉為定長的幾何體數據。通過對無用的小數點位進行限制，將不定長數據轉為定長數據，從而實現高效率的全關系數據庫存儲。

3 空間分析中關鍵技術的研究和實現

B/S端功能在GIS系統(tǒng)中的應用，除了其具有的基礎功能外，如檢索、查詢及瀏覽空間管道信息等，還應將空間信息中的緩沖、連通、覆土、拆遷、最短路徑、爆管、碰撞、縱剖面、橫斷面及水平垂直凈距等特有的分析功能徹底挖掘出來。通過GIS中留有的分析模型和算法，這些空間分析功能能夠更深層次的分析、挖掘機預測管網數據。

3.1 碰撞監(jiān)測功能算法

設計管線時，通過以現有管線碰撞設計管線的方式，來對設計管線進行分析，確保其不會與現有管線產生沖突，而且這種方式可以對管線間的水平及垂直凈距進行計算分析。設置一級緩沖區(qū)時，可以對管線受施工影響的因素進行分析。設置二級緩沖區(qū)域時，將影響向更大的范圍外擴散，并裁剪合適的地圖數據，能夠制作成局部地圖進行保存，或直接打印出來。可以按照表格的形式輸出屬性數據，標注碰撞管線的序號，能夠以此對比檢查屬性數據，使用時較為便捷。

在實際運行過程中，由于地下管網存在較大的管道數據，而新設計管線間只存在有限的碰撞部位，如果使用碰撞法進行分析時，缺少足夠的明確目標，不僅需要浪費更多的時間，而且還對響應時間造成一定的影響。因此，需要在做有效碰撞前，先進行簡單的判斷，如果碰撞結果不能滿足預測條件，則表示管網不存在碰撞的可能，使用碰撞分析也就缺少前提條件。具體的碰撞預測方法：

首先，將管網理解為由多個管段組成，且管段為沒有直徑信息的線段。以S1和S2分別表示舊管網線段集、新設計管網線段集。先不用對管道深度進行考慮，直接跳過行二維預測。然后從S2中，計算其在X和Y坐標上的最大值和最小值，分別以Xmax和Xmin，Ymax和Ymin表示。最后得出4個點，形成一個R0的矩形邊界，并垂直在XY軸上。

計算R0的兩個對角點，分別記為P1（Xmix，Ymin）和P2（Xmax，Ymax）。對所有S1線段的兩個端點進行計算，得出相應的坐標，并以此形成Ri小矩形。利用這些小矩形進行測試，驗證小矩形間是否在平面中有相交。當以下條件滿足時，代表矩形間不存在相交的可能性。

MAX（X1，X2）

MAX（Y1，Y2）

MIN（X1，X2）>MAN（X3，X4）；

MIX（Y1，Y2）>MAN（Y3，Y4）；

若小矩形相交，則對相交小矩形三維空間的垂直凈距L進行測試，若結果小于舊管道半徑的2倍，則確認小矩形相交。從空間形狀的角度來理解，可以將管道假設為三維空間的圓柱體。管道半徑記為r，利用碰撞檢測算法將其作為一級緩沖區(qū)來設置。在實際中，一些管道都有最小凈距的限制，這樣可以防止管道間相互影響，從物理學角度來理解，不相交的管道表示為不相容，因而以lmin表示管道的最小限制凈距，并將r+lmin作為二級緩沖區(qū)設置。若r*2+lmin≥L，則表示相交。

3.2 斷面分析的關鍵問題的解決

完整的GIS系統(tǒng)的空間分析功能中必須具有斷面分析功能，以往的C/S端使用的空間分析功能都較為傳統(tǒng)化。但出于對用戶使用條件的考慮，為降低查詢和空間分析對平臺軟件的依賴性，可以通過B/S端簡化斷面分析的復雜程度，這樣就可以在用戶為系統(tǒng)管理員時，降低操作的復雜性，使操作更加便捷。

將M（x，y）定義為管線相交截斷面而形成的坐標點，X坐標上，排序起點P和終點Q，得出兩點的高程Hp和Hq。首先畫一條斷面線為直線的截斷線，其與管線相交后，將其交點坐標記為（x，y）。對交點高程Hm使用線性內插法進行計算，得出以下公式：

按照相交的順序，為獲取的交點進行編號，具體做法如下：

4 結語

作為新型的管網管理模式，GIS依然存在一些問題亟待解決，若能徹底解決這些問題，相信GIS管理技術能夠完全發(fā)揮自身的作用，大大地提高管網管理效率。

參考文獻

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