基于ArcServer时态化的地下综合管线系统的开发及应用

戴黎明，陈庆聪

(厦门精图信息技术股份有限公司，福建厦门361008)

一、概 述

城市地下综合管线管理信息系统是一个为城市建设、管理和规划服务的，以计算机系统集成、数据库、GIS等技术支撑的应用型技术系统。地下综合管线信息化建设对提高城市现代化管理水平，增强城市应急和抗灾减灾能力，增强城市可持续发展等方面都具有重要的意义。

本文重点研究时态在综合管线系统的应用，总结城市综合管线数据更新、业务应用的特点，结合ArcGIS相关技术功能，通过对数据进行整合、处理，使地图表现出全新的动态地图表达，用户可以通过对数据直观的类比，附带相应的统计、类比结果，从中挖掘出数据新成果、新价值。

二、时态技术

时态是将GIS数据在原有空间或业务属性基础上，在时间上进行了数据的延展，可以记录下某个时间点或时间段数据的当前状态，将每一个状态串联在一起，就形成了动态的、连续的数据展示图。通过时态功能对时间推移时数据的改变，可以在GIS的各领域得到应用，例如:

空间数据的移动——如观测台风中心的位置变化。

空间数据的大小、形状变换——如火情的覆盖范围，观测冰川的消融。

改变数据的符号化效果——如各省疫情感染人口形成的区域颜色深浅代表的疫情严重程度。

通过对上述实现功能可以将时态化GIS归纳为:

可将数据按时间状态(数据中包含相应的时间字段)归档、管理，可调取指定时段数据及属性。

前台展示地图在具备动态效果的同时，又强化了时间概念，每次地图的变化都与时间改变息息相关。

三、功能开发及应用

1.城市地下综合管线数据特点

结合时态功能相关要求，总结城市地下综合管线数据有如下特点:

1)数据时间跨度大。城市地下综合管线建设是一个逐步积累、循序渐进的过程，新旧数据的时候跨度参达到30年甚至更长，建成后的管线在未改造的情况长期存在，即在一个时间段内存在的。

2)数据更替情况较少，一般为管线建设新增。小段落管线废弃、改造发生较少(有的小工程原地点维修升级也未上报至管线信息化管理单位)，区域性数据更新发生在道路扩宽或新城区建设过程中的管线施工建设。

3)更新频率相对不高。虽然管线每天都在进行建设，但多数情况下是施工项目整体验收，才进行工程的批量入库，建设管理部门关注到每月或每年管线的竣工、规划情况已满足业务应用，因此如无法确认时管线建设日期可不必精确到具体的哪一天。

以上这8个工作小组各有专攻，各自负责组织专家组，设计和实施具体项目和临时特设的项目。此外还有联络小组，负责成员国相关部门和代表之间、各个工作组之间以及委员会和其他组织机构的外联工作。委员会另设有观察员席位，这些席位给国际政府间组织和非政府组织以及非成员国提供了参与波罗的海海洋环保治理、为自己的利益和诉求发声的机会。[注] 例如，观察员国有白俄罗斯、乌克兰，国际政府间组织观察员有国际海事组织、联合国环境保护署、国际气候组织、波罗的海议会会议等，国际非政府组织观察员有波罗的海港口组织，波罗的海农民环境论坛、国际鸟类生命组织等，详细名单见赫尔辛基委员会网站。

2.管线数据模型设计

根据管线数据特点，对原有管线数据模型进行一定调整，用以满足系统功能需要。

(1)以行格式存储时态数据

要在ArcGIS中使用时态数据，应以行格式存储与各要素相关联的时间值。表中的每个要素或行可具有表示时刻的时间值，以数据行表示当前时段管线的属性，当管线属性发生变更，如原有空管增加了电力管线，则应以新的行、新的时间段表示新的数据，旧的数据存储到ArcSDE的版本数据中。

(2)增加可调用的时间字段

为了记录管线新建、改造(重建即原有管线删除后新建)情况，即管线在一个时间段内存在而非只存在于一个时间点上，应给管线数据增加相应的起止时间。

开始时间即管线建设年代(如部分管线的建设年代在无法普查时填写“1900/1/1”)，终止时间即管线挖除时间(对仍在使用的管线时间可填写“2099/1/1”)。原有管线属性数据字段中包括探测时间、入库时间，也可以作为数据管理相关的起始时间，用于了解每年管线更新入库情况。

所有的日期类字段都建议使用日期型格式字段。字符型字段按日期格式进行填写也能够进行正常的调用，但系统需要对无法转换(如汉字)的内容进行过滤，转换为默认时间，如将包含非日期内容的数据代入整个数据运算过程中，会造成所有数据都无法正常显示。

(3)时间值字段建立索引

为了在城市海量管线数据的动态显示过程中获得最佳性能，需改善时间可视化效率和查询性能，应为包含时间值的字段建立索引。

3.时态模块实现

在时态模块启用下对管线数据进行浏览，用户通过指定的时间间隔逐次浏览数据，查看数据随着时间推移而呈现出的模式或趋势。

(1)功能细化

指定浏览图层:用户可以指定启用时态的相关管线图层，或规划管线图层。这些管线图层都含有起止时间字段，可在数据建库时对管线的起止时间进行相应处理。

定义时态启用的时间范围:时间范围指用户需要浏览管线数据的时间跨度，系统自动赋予数据的时间跨度即最大的时间跨度，即数据完整时间跨度;用户也可以调整所需的最佳时间跨度。

定义在浏览数据时所使用的时间步长间隔:步长间隔指系统时间每次跳跃时间，如一年即时间间隔一年。用户可自行调整，如时间跨度大，步长间隔可适当增加。

多图层共同叠加:将多个综合管线图层叠加到地图共同显示，综合管线图层相互叠加(如给水与电力管线叠加)，综合管线与规划管线叠加(如电力的建成与规划管线叠加)。主要的问题是避免系统响应过慢，建议最多叠加3个管线图层，太多图层在小比例(1∶100 000)无法在地图层看清数据的明显变化，同时也会对客户端的显示效率有较大效响。

主要代码片断

(2)功能扩展

在上述基本时态功能基础的，笔者还在时态模块上对进行了相关定制，定制效果更贴近综合管线系统中用户的日常使用。

设置管线属性条件:在时态对数据进行展示的过程中，用户可以选择符合条件的管线数据，如指定管线管径、材质、压力和电压等属性，进行选择显示。例如用户计划了解城市中燃气铸铁管的分布 ，将老久的管道逐步更换为钢或PE的新工艺管道。通过对图层设置选择条件，就可在时态分析时看到原有每年铸铁管道的分布情况，便于用户安排相应管网升级改造计划。

指定区域:用户可以自定义分析的区域，而不只是整个城区范围。一般一个中等地级城市的城区管线普查范围在100 km2，再大些的城市能有200 km2。用户不一定每一次都需要对整个城区进行分析，有时候只要对某区域进行分析。系统通过定义分析区域后，客户端只能调取该区域的管线地图，对该区域进行时态分析。方法核心:通过向SDE传递指定空间数据图层授权区域，客户端即可实现仅对授权区域的空间数据调取。

ST_GEOMETRY:为要显示的图形信息，POLYGON 中的(X1 Y1，X2 Y2，X3 Y3，......，X1 Y1)为一个面的范围，每个值代表一个坐标，空格前表示X坐标，空格后表示Y坐标;3表示图层的SRID，使用SDE用户登录，可在ORACLE里对应的图层表或GDB_FEATUREDATASET表里可查到每个图层对应的SRID的值。

时态出图:客户端具备了当前时态地图输出功能，可将指定时间下当前地图状态与相关统计图表进行输出。如图1所示，在某城市时态逐年对电力管线地图进行动态展示时，可以在需要的年份进行暂停，让地图暂停在当前状态。图1使用地图输出功能分别对1991年、1998年、2008年、2011年4年城市的电力地下管线的分布情况进行了出图。

图1 地图输出

四、结束语

随着地图时间由远及近地变化，可以从地图的动态显示中看出，城市范围的扩大管线的覆盖范围也在逐步扩大，城市的规划建设方向，也是城市管线的建设方向。

管线普查过程中，管线的建设年代调查往往是一个难题，因其不同于管线的坐标、管材，可以通过仪器测量、实地调查获取，管线建设年代需要管线权属单位通过调取相关施工资料，而年代久远的数据往往缺失资料，一些局部的小工程没有完整的资料记录，时间稍长，便也无法确认具体的位置。上例出图使用城市管线数据建设年代填写相对较全，各类管线均有超过60%的管线都填写了管线的建设年代，不确定具体日期的管线填写到当年的1月1日，但已完全能够城建管理部门、管线权属单位的日常使用。未确认建设年代的管线都集中在主城区，这也说明主城区城市建设项目多，管线变化较快，资料整理的难度可想而知。

在管线信息化建设后，城市地下综合管线已完成了历史数据的普查，做好日常资料的积累至关重要，通过主管部门规范提交数据格式、内容，权属单位积极配合，任重而道远。

略)