基于ArcGIS Engine的生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用的時(shí)態(tài)可視化

景軍

摘要：針對時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的可視化問題，基于ArcGIS Engine平臺，使用C#腳本語言，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)歷史時(shí)間軸依次在ArcGIS地圖上動(dòng)態(tài)可視化。動(dòng)態(tài)地將歷史土地利用數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)在地圖中，直觀呈現(xiàn)和感知地理時(shí)空過程信息，生動(dòng)揭示過程變遷和演化的規(guī)律以及趨勢，延伸多維時(shí)空數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。

關(guān)鍵詞：ArcGIS Engine；C#語言；時(shí)態(tài)圖層

隨著時(shí)間的推移，生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用（以下簡稱為“土地利用”）的類型發(fā)生著復(fù)雜多變的時(shí)空過程信息，不同地類之間進(jìn)行著交錯(cuò)變化。時(shí)空數(shù)據(jù)是對地理時(shí)空過程的時(shí)間、空間和屬性的描述，能夠反映地球表層空間地理對象隨時(shí)間變化而變化的時(shí)空過程信息。使用靜態(tài)數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用數(shù)據(jù)的時(shí)空性質(zhì)，需要研究蘊(yùn)含在多維時(shí)空數(shù)據(jù)集中，并合理有效地對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)可視化。對土地利用數(shù)據(jù)的整理是數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，利用ArcGIS Engine二次開發(fā)，建立一種面向地理時(shí)空過程表達(dá)的動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)和方法，通過時(shí)間軸動(dòng)畫、多時(shí)態(tài)對比、實(shí)體回溯等動(dòng)態(tài)可視化表達(dá)方法對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化回放，動(dòng)態(tài)地將歷史土地利用數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)在地圖中，來直觀呈現(xiàn)和感知地理時(shí)空過程信息，生動(dòng)揭示過程變遷和演化的規(guī)律以及趨勢，延伸多維時(shí)空數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。

1動(dòng)態(tài)可視化表達(dá)的目標(biāo)

時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)是時(shí)間數(shù)據(jù)在狀態(tài)上的表現(xiàn)，能夠多維動(dòng)態(tài)地展示數(shù)據(jù)。在生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用領(lǐng)域，可以用來表現(xiàn)土地類型隨時(shí)間的屬性變化，從而對土地利用類型變化狀況進(jìn)行分析；土地類型間相互轉(zhuǎn)化的狀況，如草地轉(zhuǎn)換為農(nóng)田、農(nóng)田轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地等，都能夠在地圖上直觀地呈現(xiàn)出來。

土地利用的地理時(shí)空過程可以解釋為土地類型的屬性隨著時(shí)間推移產(chǎn)生的連續(xù)變化過程。與傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)對比，土地利用的時(shí)空數(shù)據(jù)增加了時(shí)間維度，在其語義、結(jié)構(gòu)、操作、存儲上都更為復(fù)雜。土地利用的地理時(shí)空過程動(dòng)態(tài)可視化主要是展示土地利用與土地覆被數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化而變化的動(dòng)態(tài)過程[1]。

2時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)

土地利用的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)需要通過ArcGIS的空間疊加分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理[2]。屬性中需含存儲時(shí)間信息的字段，字段的類型沒有要求一定是日期時(shí)間型，也可以為文本型或者數(shù)字型。在設(shè)置時(shí)間字段時(shí)需要對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集進(jìn)行規(guī)范化，剔除非法數(shù)據(jù)、字符等。一般有以行格式存儲時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)、在日期字段中存儲時(shí)間值、包含時(shí)間值的索引字段、使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間等約束性的規(guī)則[3]。

所用到的數(shù)據(jù)通過ArcGIS工具箱中的字段轉(zhuǎn)置工具對相應(yīng)歷史年份數(shù)據(jù)設(shè)置為時(shí)間字段（“time”）。數(shù)據(jù)表如表1所示。

3土地利用數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是開發(fā)人員用于建立自定義應(yīng)用程序的嵌入式GIS組件的完整類庫。針對不同的功能，ArcGIS提供了相應(yīng)的組件類庫，實(shí)現(xiàn)功能的核心是對時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)圖層的設(shè)置和調(diào)用。ArcGIS Engine提供了相應(yīng)的開發(fā)接口供用戶根據(jù)實(shí)際要求開發(fā)相應(yīng)的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)回放功能[4]。

3.2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)對毀傷數(shù)據(jù)的可視化這一功能，本質(zhì)過程是將毀傷數(shù)據(jù)導(dǎo)入生成時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)圖層，之后再使用ArcGIS Engine編程調(diào)用。因此工作主要分為兩個(gè)方面的階段。

3.2.1 制作地圖文檔

（1）根據(jù)行政區(qū)與土地利用數(shù)據(jù)制作地圖文檔（.mxd）。

（2）通過土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，將歷史數(shù)據(jù)作為時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)圖層制作至地圖文檔中。

3.2.2 編程實(shí)現(xiàn)

（1）加載地圖文檔

（2）設(shè)置歷史時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)層的屬性，包括歷史時(shí)間、步長、時(shí)區(qū)等

（3）動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)開發(fā)

通過使用Tracking Analyst開發(fā)，設(shè)置Tracking環(huán)境、添加FeatureClass，創(chuàng)建Tracking圖層，設(shè)置Renderer和其他ITemporalLayer屬性、隨時(shí)間變化更新軌跡和修改TemporalPerspective屬性（時(shí)間值）來控制當(dāng)前播放的位置等過程實(shí)現(xiàn)[5]。

采用下列接口實(shí)現(xiàn)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的回放瀏覽功能，如表2所示：

土地利用時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)就會依據(jù)歷史時(shí)間軸的順序依次在地圖上動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)?？梢?，基于ArcGIS Engine的土地利用數(shù)據(jù)可視化能夠方便、直觀地回放展現(xiàn)出土地類型歷史變化狀況，如圖1、圖2所示。

4結(jié)語

針對目前烏魯木齊市土地利用數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)可視化問題，介紹了時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的概念及相關(guān)術(shù)語、ArcGIS Engine的開發(fā)框架與開發(fā)接口。使用基于ArcGIS Engine+C#腳本語言，編程實(shí)現(xiàn)了對土地利用數(shù)據(jù)的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)可視化，使一幅幅靜態(tài)圖像變革為鮮活的動(dòng)態(tài)可視化表現(xiàn)方式，為烏魯木齊市生態(tài)系統(tǒng)格局中的土地利用數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)和感知地理時(shí)空過程信息，生動(dòng)揭示過程變遷和演化的規(guī)律以及趨勢，延伸多維時(shí)空數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。同時(shí)，也為生態(tài)系統(tǒng)格局分析工作提供了技術(shù)支持。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳建華.基于ArcGIS Engine的GIS軟件開發(fā)方法.測繪通報(bào)，2010，（11）：54-57.

[2]王亮，趙榮，李玉祥，范榮雙.空間信息服務(wù)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用.測繪通報(bào)，2010， （11） ： 54-57.

[3]吳信才，曹志月.時(shí)態(tài)GIS的基本概念、功能及其實(shí)現(xiàn)方法[J].地球科學(xué)，2002，27（3）：241- 244.

[4]牟乃夏.ArcGIS Engine 地理信息系統(tǒng)開發(fā)教程.測繪出版社，2015.

[5]湯國安.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程.科學(xué)出版社，2012.

基金項(xiàng)目：自治區(qū)公益院所基本科研基金，項(xiàng)目名稱：基于ArcGIS的動(dòng)態(tài)顯示模型開發(fā)，項(xiàng)目編號：KY2017126 。