基于GIS動態(tài)分段技術(shù)的鐵路貨運量可視化表達

任永強

（中國鐵道科學(xué)研究院 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081）

鐵路地理信息系統(tǒng)是在GIS基礎(chǔ)上的推廣應(yīng)用，將鐵路相關(guān)的站點、線路等空間幾何數(shù)據(jù)與其相關(guān)的車站等級、車站貨運、車務(wù)段貨運、鐵路局貨運等屬性信息進行統(tǒng)一組織和存儲，實現(xiàn)了空間地理信息的可視化展示、查詢、統(tǒng)計分析，為科學(xué)決策提供技術(shù)支持。

鐵路貨物運輸部門擁有的貨運數(shù)據(jù)存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，僅以數(shù)值和文字進行描述，對其空間表達不夠，同時對鐵路貨運量在地理空間上的可視化表達研究不夠。如何提高鐵路貨運運輸部門的管理和分析，如何利用GIS技術(shù)為其在地理空間上的應(yīng)用提供技術(shù)支持，提高鐵路貨運信息的關(guān)聯(lián)和使用效率，是當(dāng)前鐵路貨運運輸相關(guān)研究人員面臨的新問題。

傳統(tǒng)的鐵路貨運量數(shù)據(jù)僅僅通過圖表、數(shù)字、文字等手段進行描述，沒有將鐵路貨運的運輸方向和GIS空間地圖結(jié)合起來，對于研究人員，缺少可視化的直觀感受和體驗。本文利用線性參考中的GIS動態(tài)分段和線性參考技術(shù)，將鐵路貨票中的貨運量數(shù)據(jù)在GIS地圖上進行可視化的直觀表達，并根據(jù)鐵路貨運的發(fā)站和到站進行空間動態(tài)分段，沿鐵路線繪制方向箭頭，沿線標(biāo)注該貨運路線上的相關(guān)信息，有效減少了空間數(shù)據(jù)的冗余存儲，可視化直觀感受清晰明了，有利于鐵路貨運運輸相關(guān)人員進行科學(xué)研究和決策。

1 動態(tài)分段技術(shù)

1.1 線性參照

線性參照是一種進行動態(tài)分段技術(shù)的方法，是采用沿測量的線狀要素（如公路、鐵路）的相對位置來存儲地理現(xiàn)象（如鐵路貨運事件）的方法。在鐵路系統(tǒng)中，以鐵路線作為沿測量的線狀要素來存儲其貨運運輸數(shù)據(jù)。距離測量值（M值）用于定位沿線的事件。線性要素上的測量值M用于使用各種約定規(guī)則來定位點事件和線事件，諸如沿線定位點（沿線測量值為 12 的位置或者沿線的測量標(biāo)記10以東2個單位的點），沿線定位線要素（線從測量值 18 處開始，到測量值26處結(jié)束或者線從測量值 18 處開始并延伸8個單位）等，沿線點事件和線事件如圖1所示。

圖1 沿線事件

1.2 動態(tài)分段

動態(tài)分段采用線性參照測量系統(tǒng)來計算事件表中存儲的事件位置以及其在地圖上顯示的過程。“動態(tài)分段”源于每次更改屬性值時無需真實分割（也就是“分段”）線要素的理念，即可以“動態(tài)”定位線段。利用動態(tài)分段，可將多組事件與現(xiàn)有線狀要素的任意部分相關(guān)聯(lián)，無論其開始或結(jié)束位置在哪，均可以顯示、查詢、編輯和分析這些事件，而不會影響基礎(chǔ)線狀要素的空間幾何，有效減少空間數(shù)據(jù)的冗余。

動態(tài)分段技術(shù)和線性參考是一種能顯示、繪制和動態(tài)分析的技術(shù)，可以有效增強線性特征空間數(shù)據(jù)的分析處理能力。

在動態(tài)分段技術(shù)和線性參考中的路徑和事件等對鐵路徑路系統(tǒng)的構(gòu)建具有重要意義。路徑是具有唯一標(biāo)識符（即關(guān)鍵字）和測量值M的任何線狀要素，其存儲于路徑要素類中，即作為線性要素進行存儲。事件是指沿路徑要素呈現(xiàn)的線狀要素、連續(xù)要素或者點要素。路徑要素上出現(xiàn)的或描述路徑要素的任何事物都可以是事件。事件存儲于單獨的屬性表中。事件中的屬性是由用戶自定義的，并且用路徑的度量值M來表示。事件又分為點事件和線事件兩類。點事件是一條路徑上的相對位置點，用M值來描述其空間相對位置。線事件是用于描述路徑上某一部分的屬性，用起始點和終止點的兩個M值來描述其起始和終止的空間相對位置。鐵路上的點事件和線事件類型如圖2所示。

圖2 事件類型（點事件和線事件）

2 鐵路路徑系統(tǒng)創(chuàng)建

鐵路路徑系統(tǒng)的創(chuàng)建是進行GIS動態(tài)分段的基礎(chǔ)，因此需要保證數(shù)據(jù)的完整性、規(guī)范性和準確性。

（1）將鐵路網(wǎng)的車站矢量數(shù)據(jù)按“所屬線路”合并為鐵路線路要素圖層。利用ArcGIS10.1中的“創(chuàng)建路徑”工具轉(zhuǎn)化成路徑圖層，在轉(zhuǎn)換過程中，要給鐵路線路要素圖層添加一個存儲測量的字段，該字段可用來存儲路線中鐵路車站站點的相對位置，即測量值M。通過實際長度動態(tài)插值可得到線路上的每一個點的相對位置。本文中用到每條線路的起點（0里程）和終點（實際里程）作為其測量距離的參考值。（2）鐵路路徑系統(tǒng)創(chuàng)建完成后，在轉(zhuǎn)化過程中，由于測量值M只是根據(jù)線路的矢量化長度獲取的，這樣所得到的測量值M在鐵路線路相對較長的情況下很可能會與實際位置有所偏差，同時由于鐵路線路存在共線的情況，該部分線路測量值M可能會與實際位置存在偏差。因此，需要根據(jù)鐵路車站的里程標(biāo)對路徑線路進行校正，校正完成后得到準確的基礎(chǔ)路徑系統(tǒng)。（3）根據(jù)鐵路貨運方向的起始車站、終止車站以及經(jīng)由車站建立線事件圖層，同時包括貨運量、起始車站里程數(shù)和終止車站里程數(shù)等屬性信息。（4）動態(tài)分段和線性參照技術(shù)利用路徑事件表，即含有與路徑系統(tǒng)中唯一標(biāo)識和貨物運輸里程的線事件屬性表，在路徑系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，生成動態(tài)分段需要的線事件圖層。從而實現(xiàn)將線事件（鐵路貨運運輸量和方向）的屬性信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準的空間數(shù)據(jù)線圖層，以實現(xiàn)鐵路貨運量信息的動態(tài)展示，并能進行快速的可視化表達及貨運方向箭頭的自動繪制。

3 鐵路貨運量可視化

本文在動態(tài)分段技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用C#+AE編寫了鐵路線路動態(tài)分段的程序，并將動態(tài)分段程序發(fā)布為ArcGIS Server10.1的SOE服務(wù)擴展工具，方便WebGIS系統(tǒng)通過提供起始和終止車站編碼自動獲取貨運線路及其方向，并標(biāo)注運量相關(guān)屬性信息，為科學(xué)決策提供可視化擴展工具。圖3中貨運量按裝車數(shù)分3種顏色進行顯示，因該鐵路貨運量圖形數(shù)據(jù)是動態(tài)生成，無需存儲鐵路貨運空間數(shù)據(jù)，為鐵路貨運量的可視化表達提供快捷、有效的表現(xiàn)方式。圖4為根據(jù)鐵路起始車站到終止車站的鐵路貨運方向自動繪制的箭頭，可明顯看出從月鏡站到月牙北站的鐵路貨運運輸線路過程，并能根據(jù)地圖的縮放比例自動增減箭頭的個數(shù)，為鐵路貨運運輸方向的表達提供空間可視化。

圖3 鐵路貨運量可視化

圖4 鐵路貨運方向可視化

4 結(jié)束語

本文基于ArcGIS動態(tài)分段和線性參考技術(shù)，建立了鐵路貨流徑路系統(tǒng)，詳細分析了動態(tài)分段技術(shù)在鐵路貨運量可視化中的實際應(yīng)用情景，并編寫了ArcGIS Server的SOE服務(wù)擴展工具，開發(fā)了桌面系統(tǒng)，為科學(xué)研究決策提供了技術(shù)支持。

ArcGIS動態(tài)分段和線性參考技術(shù)在鐵路貨運量中的應(yīng)用得到進一步擴展，突顯了GIS在鐵路貨運方面強大的空間分析能力，并能進行快速的空間可視化展示，為鐵路運輸管理部門提供分析管理的技術(shù)手段。

[1]楊 柳.公路GIS的動態(tài)分段技術(shù)研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2004．

[2]沈 婕，間國年.動態(tài)分段技術(shù)及其在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].南京師大學(xué)報自然科學(xué)版，2002，25（4）.

[3]陳紅華，劉珊紅，徐云和，等.動態(tài)分段技術(shù)在公路GIS中的運用[J].中南公路工程，2004（3）：139-141.

[4]程 雄，王 紅.GIS軟件應(yīng)用-ArcInfo軟件操作與應(yīng)用[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004：198-238.

[5]田智慧,苗全生,武 舫.基于公路線性里程樁的動態(tài)分段技術(shù)應(yīng)用研究[J].華東公路，2008（4）：49-51.