時空GIS在路燈管網(wǎng)數(shù)據(jù)動態(tài)更新中的應(yīng)用

朱以洲,陸澤南,袁 伶

(1.南通市測繪院有限公司,江蘇 南通 226000;2.南通市城市照明管理處,江蘇 南通 226000)

0 引 言

近些年來,隨著城市的高速發(fā)展,作為城市明信片之一的路燈設(shè)施,其不僅提高了市民夜行的方便程度,更為城市的安全建設(shè)保駕護(hù)航,因此,行業(yè)主管單位對城市路燈設(shè)施的管理要求也越來越高[1]。隨著信息化系統(tǒng)建設(shè)的開展,很多城市已經(jīng)采用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了城市路燈設(shè)施“一張圖”管理模式,實(shí)現(xiàn)“以圖管燈、圖屬聯(lián)動”的管理目標(biāo)。但在系統(tǒng)使用的過程中,遇到了困難,即作為系統(tǒng)建設(shè)的核心——城市路燈設(shè)施專題空間數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)的動態(tài)更新不能夠得到有效保障[2],其困難之處主要體現(xiàn)在以下兩方面:① 數(shù)據(jù)更新周期長,動輒半年、一年;② 歷史數(shù)據(jù)追溯困難,無法實(shí)現(xiàn)歷史任意時刻路燈設(shè)施量的復(fù)盤。時空GIS技術(shù)的出現(xiàn),為路燈設(shè)施的動態(tài)更新提供了技術(shù)保障。

時空GIS是一種采集、存儲、管理、分析與顯示地理實(shí)體隨時間變化信息(或時空信息)的計算機(jī)系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)不但包含傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的空間特性,而且涵蓋時間特性,能夠反映事物和現(xiàn)象的存在狀態(tài),還可以表達(dá)其發(fā)展變化過程及規(guī)律[3]。

本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)項目,以時空GIS技術(shù)為手段,探究如何建立城市路燈專題管網(wǎng)數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制,以便提高對路燈設(shè)施的管理效率,促進(jìn)服務(wù)更加高效化、精準(zhǔn)化[4]。

1 方法設(shè)計

結(jié)合項目需要,本文采用時空GIS技術(shù),結(jié)合局部、增量式更新方式,建立城市路燈專題管網(wǎng)數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制,技術(shù)方案覆蓋施工范圍的確定至路燈設(shè)施管線數(shù)據(jù)入庫,具體流程圖如圖1所示。

1.1 標(biāo)記施工范圍

傳統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)更新主要依賴管網(wǎng)數(shù)據(jù)普查,但是普查的周期比較長,都是以年為單位計量,無法達(dá)到實(shí)時數(shù)據(jù)更新的目標(biāo),顯然不能滿足當(dāng)前管理的需求。

路燈管理處根據(jù)實(shí)際工程,大致繪制施工范圍及內(nèi)容(新增燈桿、拆除燈桿),表示此處范圍內(nèi)的路燈即將進(jìn)行重新建設(shè)[5-6]。

1.2 測繪單位進(jìn)行外業(yè)測繪

在施工單位繪制完成施工范圍后,測繪單位查看范圍線,依據(jù)范圍線,利用專業(yè)的管線探測儀,進(jìn)行外業(yè)局部現(xiàn)狀測繪。為保障時效性,測繪工作通常被安排在施工現(xiàn)場通過竣工驗(yàn)收后及時開始。

1.3 空間上增量式更新

空間上增量式更新,是指以空間坐標(biāo)為參考,以坐標(biāo)是否發(fā)生變動為依據(jù),只更新坐標(biāo)改變的地方,不需要更新或者已經(jīng)更新過的地方則不會重復(fù)更新,這是與傳統(tǒng)整體數(shù)據(jù)更新(替換)的最大區(qū)別。

路燈設(shè)施(包括燈桿及電纜兩類)的施工,通常包含3種類型:新增路燈設(shè)施、拆除路燈設(shè)施以及移動路燈設(shè)施,從數(shù)據(jù)的變更角度分析,為方便數(shù)據(jù)的管理與分析,可此3種業(yè)務(wù)抽象為對原始路燈設(shè)施空間庫的兩種操作方式,即新增和拆除(移動路燈設(shè)施業(yè)務(wù)也抽象為先拆后增)。

本文將施工范圍內(nèi),施工前的路燈設(shè)施數(shù)據(jù)定義為原始數(shù)據(jù)A,竣工測繪后的數(shù)據(jù)定義為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)B,下面以路燈設(shè)施燈桿數(shù)據(jù)處理為例,分析空間上燈桿數(shù)據(jù)增量式更新的操作步驟:

(1)以原始數(shù)據(jù)A為基準(zhǔn),獲取該范圍內(nèi),被拆除的燈桿。數(shù)學(xué)模型為:A-A∩B,即采用ArcMap10.1軟件加載數(shù)據(jù)A、B,利用“按位置選擇”工具,目標(biāo)圖層為A,源圖層為B,目標(biāo)圖層要素的空間選擇方法選擇“與源圖層要素完全相同”項(該空間計算方法同樣適用燈桿點(diǎn)圖層及電纜線圖層數(shù)據(jù)),進(jìn)行空間計算,獲取A中被選擇的要素集,再用“切換選擇”工具,反向選擇A中的其他要素對象,此時,A中被選中的要素集合,即為此次施工范圍內(nèi),被拆除的燈桿,記錄為A-。

(2)以現(xiàn)狀數(shù)據(jù)B為基準(zhǔn),獲取該范圍內(nèi),新增的路燈設(shè)施。數(shù)學(xué)模型為:B-A∩B,即采用ArcMap10.1軟件加載數(shù)據(jù)A、B,利用“按位置選擇”工具,目標(biāo)圖層為B,源圖層為A,目標(biāo)圖層要素的空間選擇方法選擇“與源圖層要素完全相同”項(該空間計算方法同樣適用燈桿點(diǎn)圖層及電纜線圖層數(shù)據(jù)),進(jìn)行空間計算,獲取B中被選擇的要素集,再用“切換選擇”工具,反向選擇B中的其他要素對象,此時,B中被選中的要素集合,即為此次施工范圍內(nèi),新增的燈桿,記錄為B+。

以上兩步的操作,即可獲取該施工范圍內(nèi),拆除燈桿(A-)與新增燈桿(B+)的空間位置。對于路燈設(shè)施電纜數(shù)據(jù),同樣采用上述兩個步驟,即可獲取拆除電纜(A--)與新增電纜(B++)的空間位置。

1.4 時間標(biāo)識

每一個路燈設(shè)施從新建到拆除(滅失)的過程稱之為路燈設(shè)施的生命周期,傳統(tǒng)的路燈設(shè)施管理系統(tǒng)主要以當(dāng)前現(xiàn)狀管理為主,無法做到對過往任意時刻數(shù)據(jù)的追溯。在本文,提出對路燈設(shè)施進(jìn)行時間標(biāo)識,可實(shí)現(xiàn)對路燈設(shè)施全生命周期管理,以達(dá)到對歷史數(shù)據(jù)追溯的管理目標(biāo)。如表1所示,對路燈設(shè)施空間專題數(shù)據(jù)庫,包括燈桿與電纜數(shù)據(jù),增加時間標(biāo)識字段。

表1 路燈設(shè)施時空標(biāo)識數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在路燈設(shè)施發(fā)生變更時,按照上文1.3節(jié)中提出的方案,對在路燈設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行“空間增量式更新”操作后,獲取到的拆除燈桿A-、拆除電纜A--、新增燈桿B+以及新增電纜B++,數(shù)據(jù)A-、A--的BuildTime為當(dāng)時數(shù)據(jù)新建入庫時間,MovedTime設(shè)定為當(dāng)前日期,如“2020-02-18”,B+、B++數(shù)據(jù)的BuildTime為當(dāng)時數(shù)據(jù)新建入庫時間,如“2020-02-18”,MovedTime設(shè)定為系統(tǒng)默認(rèn)值“9999-12-31”。

1.5 數(shù)據(jù)入庫

本文采用SQL Server2012為關(guān)系數(shù)據(jù)庫支持平臺、ArcSDE 10.1為空間數(shù)據(jù)引擎,建立企業(yè)級路燈設(shè)施專題空間數(shù)據(jù)庫[7]。同時,建立要素數(shù)據(jù)集,在該數(shù)據(jù)集中建立上文提到的燈桿(LDPoint)及電纜(DLLINE)要素類[8]。通過空間計算,獲取數(shù)據(jù)A中的拆除燈桿A-與拆除電纜A--,在空間數(shù)據(jù)庫中按照上文步驟標(biāo)記MovedTime時間標(biāo)識。同樣,通過空間計算,獲取數(shù)據(jù)B中的新增燈桿B+與新增電纜B++,并為這兩個數(shù)據(jù)增加BuildTime與MovedTime時間標(biāo)識,之后將B+與B++分別追加到數(shù)據(jù)B中對應(yīng)的要素類LDPoint與DLLINE中。

通過上文步驟,完成了路燈管網(wǎng)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新,在要素類LDPoint與DLLINE中可實(shí)現(xiàn)任意日期路燈數(shù)據(jù)的歷史追溯。

2 案例應(yīng)用

本文以南通市城市路燈管理為例,實(shí)現(xiàn)城市路燈管網(wǎng)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。例如“狼山鎮(zhèn)64號”小區(qū)部分路燈設(shè)施發(fā)生了變更,管網(wǎng)數(shù)據(jù)動態(tài)更新操作步驟如下:

(1)在ArcMap10.1軟件中,繪制“狼山鎮(zhèn)64號”小區(qū)施工范圍(圖2紅色框線),范圍線內(nèi)為變更前路燈設(shè)施現(xiàn)狀。

(2)測繪單位根據(jù)繪制的施工范圍進(jìn)行外業(yè)及時測繪。

(3)采用ArcMap10.1軟件,按照上文1.3節(jié)中的操作,進(jìn)行增量式更新數(shù)據(jù)處理,獲取拆除的路燈及新建路燈設(shè)施,并進(jìn)行時間標(biāo)識,路燈管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新入庫,如圖3所示。在圖中可以發(fā)現(xiàn),與圖2對比,雖然施工范圍線繪制的是整個小區(qū),測繪內(nèi)容也是整個小區(qū),但是采用空間上的“增量式”更新操作后,只有部分路燈設(shè)施發(fā)生了變化(圖3中黑色框內(nèi)部分),其他地方并未發(fā)生變化。

南通市路燈設(shè)施數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制的建立為南通市城市照明管理處的日常管理工作提供了便利,同時,南通路燈管理處基于此機(jī)制,開發(fā)了城市照明綜合管理平臺系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對全市路燈設(shè)施數(shù)據(jù)的動態(tài)化管理,可對任意地塊進(jìn)行任意時間點(diǎn)數(shù)據(jù)的歷史回溯。如圖4所示,對城市嘉苑小區(qū),追溯2016年1月1日的路燈設(shè)施安裝情況,并與當(dāng)前現(xiàn)狀進(jìn)行雙頻對比。

3 結(jié) 語

本文采用時空GIS技術(shù),實(shí)現(xiàn)了城市路燈管網(wǎng)數(shù)據(jù)動態(tài)更新機(jī)制的建立,其優(yōu)勢主要有兩點(diǎn):一是局部增量式更新可以縮短數(shù)據(jù)更新周期,保證數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性(通常數(shù)據(jù)更新周期為一周);二是時空標(biāo)識技術(shù)可動態(tài)實(shí)現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的追溯,輔助領(lǐng)導(dǎo)決策分析。本研究渴望對城市路燈設(shè)施的管理工作提供技術(shù)支持,加快城市路燈的精細(xì)化、可視化、科學(xué)化管理,從而全面推進(jìn)智慧路燈建設(shè)的進(jìn)程。