基于時態(tài)GIS的城市地下管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)

王晉耀

【摘要】本文將對于時態(tài)GIS和時空數(shù)據(jù)模型進行一些簡單的介紹，并且按照時態(tài)GIS的要求從日常的管理以及城市中地下管線來分析數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。文中還將介紹以新的思路來建設(shè)數(shù)據(jù)庫，它將可以進行動態(tài)可視化展現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析功能，除此之外還具有現(xiàn)有數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計、規(guī)劃方案的比較以及分析地下管線使用程度等功能。

【關(guān)鍵詞】時態(tài) GIS 城市地下管線 數(shù)據(jù)庫建立

城市的發(fā)達程度不僅僅取決于地面上的建設(shè)，地下管線系統(tǒng)的完善與否同樣是非常重要的，由于發(fā)展速度十分迅速，地下管線的管理工作在很大程度上要依靠數(shù)據(jù)庫，而在以往比較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，只可以對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進行查詢分析以及空間信息的管理，它只能被稱為靜態(tài)GIS。因為城市的迅速發(fā)展，地下管線的建設(shè)還需要考慮更多的問題，并且在規(guī)劃管理過程中還存在時空特征，因此靜態(tài)GIS已經(jīng)無法滿足要求，基于時態(tài)GIS的數(shù)據(jù)庫建設(shè)的研究和發(fā)展就顯得十分重要。

一、時態(tài) GIS

（1）基本概念

時態(tài)GIS包含了收集、分析、儲存、管理以及顯示地質(zhì)隨時間變化狀況的功能。通常來說城市的地理信息主要是由時間、空間以及屬性這三個特征所構(gòu)成的，他們可以體現(xiàn)出地質(zhì)的情況和變化的過程。時態(tài)GIS也被人們稱為4DGIS，因為它增加了對時間維度的分析功能，這樣就可以追蹤到所需的地理變化信息并能加以分析，從而人們可以更加直觀的觀察地理的變化規(guī)律和情況。

（2）時空數(shù)據(jù)模型

建立起時空數(shù)據(jù)模型是時態(tài)GIS的關(guān)鍵所在。建立起時空數(shù)據(jù)模型就可以以此為基礎(chǔ)將不同尺度和時序空間數(shù)據(jù)相結(jié)合。時空數(shù)據(jù)模型需要將時空的關(guān)系進行合理的表達，這樣才能有利于時序分析功能的形成。目前位置比較典型的模型主要有空間和時間組合模型、空間時間的立體模型、時空數(shù)據(jù)模型、基態(tài)修正模型以及序列快照模型。在建立時空數(shù)據(jù)模型時需要充分考慮三點，包括表現(xiàn)時空語義、節(jié)約儲存空間、提高存取速度。其中表現(xiàn)時空語義包含了比較多的方面，有地質(zhì)空間和有效時間結(jié)構(gòu)，時空、時態(tài)和空間關(guān)系以及地理事件。

二、管線的時空數(shù)據(jù)特征

數(shù)據(jù)庫中的管理包含了建設(shè)的規(guī)劃管理以及日常管理，它們之間的數(shù)據(jù)是獨立的，互不干擾的，但是管線的建設(shè)規(guī)劃數(shù)據(jù)只收集到了最基礎(chǔ)的信息，內(nèi)容的豐富度往往不夠。所以，需要從這兩個方面入手來研究數(shù)據(jù)的時空特征，對城市地下管線的時空數(shù)據(jù)組織要使用時態(tài)—語義—幾何特征的順序進行。

（1）規(guī)劃建設(shè)的時空特征

城市的市政部門在進行管線規(guī)劃和建設(shè)時是按照選線規(guī)劃、管線綜合、設(shè)計方案及竣工驗收的步驟進行的。在進行不同步驟時所產(chǎn)生的不同的數(shù)據(jù)，要對它們進行統(tǒng)一的組織管理，這樣就可以把工程正在進行的階段表示在 “市政管線一張圖”上，而且還可以體現(xiàn)出更新和審批過程的動態(tài)變化。數(shù)據(jù)組織時，建設(shè)的規(guī)劃數(shù)據(jù)需要針對不同階段建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，采用分庫的方式進行分別管理。即在后臺數(shù)據(jù)庫中，建立選線規(guī)劃、 管線綜合、 設(shè)計方案、 竣工驗收等各階段的數(shù)據(jù)庫。同一個管線建設(shè)工程要使用同一個編號相連接，并且對該工程進行再次審批時要選擇版本控制的管理方式。

（2）日常管理的時空特征

日常管理主要包括管線現(xiàn)狀和竣工這兩種數(shù)據(jù)。管線數(shù)據(jù)庫中的信息是通過相關(guān)部門使用物探方法來獲取的。伴隨著現(xiàn)代城市的飛快發(fā)展，地下管線就需要適時做出相應(yīng)的調(diào)整，這也就導(dǎo)致數(shù)據(jù)會快速的更新。所以使用時間維度來動態(tài)管理數(shù)據(jù)是非常必要的。

城市地下管網(wǎng)的建設(shè)要考慮一定的變化因素，因為存在空間事件所以會對管網(wǎng)造成一定的影響，主要會產(chǎn)生的變化有出現(xiàn)、消失、延長、縮短、移動、旋轉(zhuǎn)和重現(xiàn)。出現(xiàn)是指多出一條管線段；消失是指減少一條管線段；延長是指某一條管線段的長度增加；縮短是指某一條管線段的長度減??；移動和旋轉(zhuǎn)都指管線段位置發(fā)生變化；重現(xiàn)是指消失后又再次出現(xiàn)。

在日常操作的數(shù)據(jù)中可列為以下幾點：增加或者是刪除某條管線；將某條管線進行分割讓其變成多線段的管線；多條管線進行合并，使其變成一條管線。而具體的操作方法又分為三類，第一類是針對屬性事件，只需要修改屬性即可；第二類是針對包含空間，只需要對空間進行操作即可；第三類是包括屬性和空間兩種事件的情況，這就需要對兩者進行修改和操作才可。

三、時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

因為在建設(shè)城市地下管線時的每個階段會有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，所以應(yīng)該以時間為基點來創(chuàng)建模型。在操作時將空間進行疊加，將所有變化的數(shù)據(jù)記錄，用于狀態(tài)數(shù)據(jù)的繪制，空間的每次疊加就代表著數(shù)據(jù)正在變化，然后在使用索引的方法將時空的變化記錄下來。這樣，時間維度上所體現(xiàn)出的圖像就會是一個動態(tài)的對象。在建設(shè)管線數(shù)據(jù)庫時，在其結(jié)構(gòu)中上要加入字段來表示審批階段、 數(shù)據(jù)版本和已經(jīng)更新的數(shù)據(jù)。

（2）日常管理的時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

時空特征是日常管理中存在的一個特點，因此需要將管線數(shù)據(jù)庫分成現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫這兩類。數(shù)據(jù)庫中會記錄下地下管線生存的初始時間（探測時間）和終止時間（注銷時間） 等時態(tài)信息（在現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫中，終止時間為空）?，F(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫可以按照功能進行分類，形成一個類似于機和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)主要是由管線點、管線弧段以及網(wǎng)絡(luò)連接點所組成，在它們之間需要建立起具有一定聯(lián)系的連通性。歷史管線數(shù)據(jù)庫只是將管線點和管線弧段作為單位，它們之間沒有建立起相應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)，因此歷史數(shù)據(jù)庫只會儲存屬性和空間的信息。但是現(xiàn)狀和歷史管線數(shù)據(jù)庫有一個共同點就是都含有元數(shù)據(jù)。

1.管線元數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)包含了各種管線的類別、管線所需的空間坐標、儲存文件的格式、文件的名稱、鋪設(shè)管線的長度、購買企業(yè)、購買方式、購買日期、管線質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)、質(zhì)量檢測報告。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)所包含的內(nèi)容比較少，只有管線的種類、尺寸、注銷單位和注銷日期等。

2.管線點數(shù)據(jù)：包括平面坐標、高程、管點的種類（如三通、四通、閥門、小室、檢修井等）、 管線種類。

3.管線段數(shù)據(jù)：管線弧段是指將兩個管線點連接的管線，所包含的內(nèi)容是比較少的，所儲存的數(shù)據(jù)信息有管線種類、管線的材料、管口的直徑、流向、管線的長度、所歸屬的公司、填埋的起點深度和終點深度等。

結(jié)束語：

對于現(xiàn)代高速發(fā)展的城市來說，基于時態(tài)GIS的城市地下管線數(shù)據(jù)庫的建設(shè)才能滿足發(fā)展的要求。時態(tài)GIS將各個種類的數(shù)據(jù)整合在了一起，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動態(tài)展示和分析，這將更有利于地下管線建設(shè)工作的進行。本文對基于時態(tài)GIS的城市地下管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)進行了簡單的分析和研究，將它運用到管線管理工作上，并提出了建設(shè)數(shù)據(jù)庫的一些方法和需要注意的方面，希望可以為城市的規(guī)劃和發(fā)展做出一定的貢獻。

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