基于ArcGIS平臺(tái)背景下的廠區(qū)地下管網(wǎng)空間探究

張垚

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)，我國的廠區(qū)地下管網(wǎng)的規(guī)模不斷增加，以致管網(wǎng)的管理難度越來越大。文章將主要探究基于ArcGIS平臺(tái)背景下的廠區(qū)地下管網(wǎng)的空間分析功能。

關(guān)鍵詞：ArcGis；廠區(qū)；地下管網(wǎng)；空間探究

近年來，GIS管理技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)管網(wǎng)管理模式的地位。GIS擁有獨(dú)特的空間分析功能，在廠區(qū)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工中起到非常重要的作用。但GIS平臺(tái)依然存在一些問題，如對(duì)橫斷面的分析效率較低、數(shù)據(jù)管理存在問題、一些算法存在缺陷等。

1 需求分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 對(duì)地下管網(wǎng)信息化管理的需求

大型廠區(qū)的管網(wǎng)較為復(fù)雜，其中管線包括燃?xì)狻崃Α㈦娦拧⑴潘取Ｒ恍S區(qū)的管線甚至已有10萬以上的規(guī)模。信息與各種數(shù)據(jù)交錯(cuò)計(jì)算，以致大型廠區(qū)的管網(wǎng)管理僅靠傳統(tǒng)的管網(wǎng)管理模式已經(jīng)難以保持管理效率。GIS系統(tǒng)具有足夠完善的功能，其中包括資料查詢、故障維護(hù)、輔助設(shè)計(jì)以及快速定位等，對(duì)于大型產(chǎn)區(qū)的管線系統(tǒng)，可以優(yōu)化其發(fā)展預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)施工、分析統(tǒng)計(jì)等功能。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)前大部分的產(chǎn)區(qū)信息系統(tǒng)平臺(tái)的規(guī)劃，均帶有工作流引擎、信息中間件、J2EE服務(wù)器及專用型集成軟件，一方面可以提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高效性及安全性，另一方面也可以提高儲(chǔ)存能力和用戶訪問速度，從而使系統(tǒng)的平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的統(tǒng)一化。系統(tǒng)的整體構(gòu)成是由C/S端和B/S端構(gòu)成，其中前者負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理，后者主要用于綜合分析和查詢統(tǒng)計(jì)。需要注意的是，系統(tǒng)的服務(wù)器主要用于應(yīng)用程序的安裝，這樣可以使客戶機(jī)擁有幾乎完整的數(shù)據(jù)空間，從而有效地降低系統(tǒng)管理員的負(fù)擔(dān)。

2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及優(yōu)化技術(shù)

GIS系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫起到非常重要的作用。作為GIS中的重要構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性、高效化、便捷性，決定GIS系統(tǒng)的實(shí)用性及可靠性。在整個(gè)系統(tǒng)中，GIS主要處理數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、圖形矢量數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)。一般情況下，這些數(shù)據(jù)都是由GIS系統(tǒng)處理及采集，且占用70%以上的開發(fā)量。

目前，文件管理模式、文件數(shù)據(jù)庫混合管理模式、全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式是GIS主要的三種數(shù)據(jù)管理模式。其中文件管理模式是通過組織屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為文件格式進(jìn)行管理的；文件數(shù)據(jù)庫混合管理模式屬于兩種數(shù)據(jù)庫管理模式的混合管理方式，以文件管理方式處理圖形數(shù)據(jù)，而管理屬性數(shù)據(jù)時(shí)則需要使用商業(yè)數(shù)據(jù)庫；全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式是指使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)同時(shí)對(duì)屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的一種的模式。使用這種管理模式管理不定長的空間幾何體坐標(biāo)時(shí)，該坐標(biāo)會(huì)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式。全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式的優(yōu)勢(shì)在于檢索的快速，查找某個(gè)地物的連接關(guān)系時(shí)，只需根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，就能快速找到對(duì)應(yīng)的地物。大型的商業(yè)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一用于管理屬性及空間數(shù)據(jù)，并無縫管理圖形數(shù)據(jù)。

文件管理模式有一定的局限性，其本身儲(chǔ)存量有上限，一旦數(shù)據(jù)量頻臨上限，就會(huì)導(dǎo)致文件的更新速度下降，從而難以保證文件的安全性。尤其是B/S端在協(xié)同多用戶工作過程中，難以利用文件管理方式協(xié)調(diào)統(tǒng)一實(shí)體級(jí)數(shù)據(jù)和記錄級(jí)數(shù)據(jù)。全關(guān)系數(shù)據(jù)管理模式的應(yīng)用，可以先對(duì)幾何體坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范，并在數(shù)據(jù)錄入時(shí)，分類不定長的空間幾何體，從而使其轉(zhuǎn)為定長的幾何體數(shù)據(jù)。通過對(duì)無用的小數(shù)點(diǎn)位進(jìn)行限制，將不定長數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為定長數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)高效率的全關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。

3 空間分析中關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)

B/S端功能在GIS系統(tǒng)中的應(yīng)用，除了其具有的基礎(chǔ)功能外，如檢索、查詢及瀏覽空間管道信息等，還應(yīng)將空間信息中的緩沖、連通、覆土、拆遷、最短路徑、爆管、碰撞、縱剖面、橫斷面及水平垂直凈距等特有的分析功能徹底挖掘出來。通過GIS中留有的分析模型和算法，這些空間分析功能能夠更深層次的分析、挖掘機(jī)預(yù)測(cè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)。

3.1 碰撞監(jiān)測(cè)功能算法

設(shè)計(jì)管線時(shí)，通過以現(xiàn)有管線碰撞設(shè)計(jì)管線的方式，來對(duì)設(shè)計(jì)管線進(jìn)行分析，確保其不會(huì)與現(xiàn)有管線產(chǎn)生沖突，而且這種方式可以對(duì)管線間的水平及垂直凈距進(jìn)行計(jì)算分析。設(shè)置一級(jí)緩沖區(qū)時(shí)，可以對(duì)管線受施工影響的因素進(jìn)行分析。設(shè)置二級(jí)緩沖區(qū)域時(shí)，將影響向更大的范圍外擴(kuò)散，并裁剪合適的地圖數(shù)據(jù)，能夠制作成局部地圖進(jìn)行保存，或直接打印出來。可以按照表格的形式輸出屬性數(shù)據(jù)，標(biāo)注碰撞管線的序號(hào)，能夠以此對(duì)比檢查屬性數(shù)據(jù)，使用時(shí)較為便捷。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于地下管網(wǎng)存在較大的管道數(shù)據(jù)，而新設(shè)計(jì)管線間只存在有限的碰撞部位，如果使用碰撞法進(jìn)行分析時(shí)，缺少足夠的明確目標(biāo)，不僅需要浪費(fèi)更多的時(shí)間，而且還對(duì)響應(yīng)時(shí)間造成一定的影響。因此，需要在做有效碰撞前，先進(jìn)行簡(jiǎn)單的判斷，如果碰撞結(jié)果不能滿足預(yù)測(cè)條件，則表示管網(wǎng)不存在碰撞的可能，使用碰撞分析也就缺少前提條件。具體的碰撞預(yù)測(cè)方法：

首先，將管網(wǎng)理解為由多個(gè)管段組成，且管段為沒有直徑信息的線段。以S1和S2分別表示舊管網(wǎng)線段集、新設(shè)計(jì)管網(wǎng)線段集。先不用對(duì)管道深度進(jìn)行考慮，直接跳過行二維預(yù)測(cè)。然后從S2中，計(jì)算其在X和Y坐標(biāo)上的最大值和最小值，分別以Xmax和Xmin，Ymax和Ymin表示。最后得出4個(gè)點(diǎn)，形成一個(gè)R0的矩形邊界，并垂直在XY軸上。

計(jì)算R0的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)，分別記為P1（Xmix，Ymin）和P2（Xmax，Ymax）。對(duì)所有S1線段的兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的坐標(biāo)，并以此形成Ri小矩形。利用這些小矩形進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證小矩形間是否在平面中有相交。當(dāng)以下條件滿足時(shí)，代表矩形間不存在相交的可能性。

MAX（X1，X2）

MAX（Y1，Y2）

MIN（X1，X2）>MAN（X3，X4）；

MIX（Y1，Y2）>MAN（Y3，Y4）；

若小矩形相交，則對(duì)相交小矩形三維空間的垂直凈距L進(jìn)行測(cè)試，若結(jié)果小于舊管道半徑的2倍，則確認(rèn)小矩形相交。從空間形狀的角度來理解，可以將管道假設(shè)為三維空間的圓柱體。管道半徑記為r，利用碰撞檢測(cè)算法將其作為一級(jí)緩沖區(qū)來設(shè)置。在實(shí)際中，一些管道都有最小凈距的限制，這樣可以防止管道間相互影響，從物理學(xué)角度來理解，不相交的管道表示為不相容，因而以lmin表示管道的最小限制凈距，并將r+lmin作為二級(jí)緩沖區(qū)設(shè)置。若r*2+lmin≥L，則表示相交。

3.2 斷面分析的關(guān)鍵問題的解決

完整的GIS系統(tǒng)的空間分析功能中必須具有斷面分析功能，以往的C/S端使用的空間分析功能都較為傳統(tǒng)化。但出于對(duì)用戶使用條件的考慮，為降低查詢和空間分析對(duì)平臺(tái)軟件的依賴性，可以通過B/S端簡(jiǎn)化斷面分析的復(fù)雜程度，這樣就可以在用戶為系統(tǒng)管理員時(shí)，降低操作的復(fù)雜性，使操作更加便捷。

將M（x，y）定義為管線相交截?cái)嗝娑纬傻淖鴺?biāo)點(diǎn)，X坐標(biāo)上，排序起點(diǎn)P和終點(diǎn)Q，得出兩點(diǎn)的高程Hp和Hq。首先畫一條斷面線為直線的截?cái)嗑€，其與管線相交后，將其交點(diǎn)坐標(biāo)記為（x，y）。對(duì)交點(diǎn)高程Hm使用線性內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算，得出以下公式：

按照相交的順序，為獲取的交點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，具體做法如下：

4 結(jié)語

作為新型的管網(wǎng)管理模式，GIS依然存在一些問題亟待解決，若能徹底解決這些問題，相信GIS管理技術(shù)能夠完全發(fā)揮自身的作用，大大地提高管網(wǎng)管理效率。

參考文獻(xiàn)

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