張垚

摘 要：隨著經(jīng)濟的發(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擁有獨特的空間分析功能，在廠區(qū)的規(guī)劃、設(shè)計及施工中起到非常重要的作用。但GIS平臺依然存在一些問題，如對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

1.1 對地下管網(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)?、熱力、電信、排水等。一些廠區(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)交錯計算，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、輔助設(shè)計以及快速定位等，對于大型產(chǎn)區(qū)的管線系統(tǒng)，可以優(yōu)化其發(fā)展預(yù)測、設(shè)計施工、分析統(tǒng)計等功能。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)前大部分的產(chǎn)區(qū)信息系統(tǒng)平臺的規(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存能力和用戶訪問速度，從而使系統(tǒng)的平臺、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)運行的統(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。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)的實用性及可靠性。在整個系統(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)同時對屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)進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，該坐標(biāo)會轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)形式。全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理模式的優(yōu)勢在于檢索的快速，查找某個地物的連接關(guān)系時，只需根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，就能快速找到對應(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，其本身儲存量有上限，一旦數(shù)據(jù)量頻臨上限，就會導(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)一實體級數(shù)據(jù)和記錄級數(shù)據(jù)。全關(guān)系數(shù)據(jù)管理模式的應(yīng)用，可以先對幾何體坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行規(guī)范，并在數(shù)據(jù)錄入時，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)。通過對無用的小數(shù)點位進行限制，將不定長數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為定長數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)高效率的全關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲。

3 空間分析中關(guān)鍵技術(shù)的研究和實現(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、挖掘機預(yù)測管網(wǎng)數(shù)據(jù)。

3.1 碰撞監(jiān)測功能算法

設(shè)計管線時，通過以現(xiàn)有管線碰撞設(shè)計管線的方式，來對設(shè)計管線進行分析，確保其不會與現(xiàn)有管線產(chǎn)生沖突，而且這種方式可以對管線間的水平及垂直凈距進行計算分析。設(shè)置一級緩沖區(qū)時，可以對管線受施工影響的因素進行分析。設(shè)置二級緩沖區(qū)域時，將影響向更大的范圍外擴散，并裁剪合適的地圖數(shù)據(jù)，能夠制作成局部地圖進行保存，或直接打印出來?？梢园凑毡砀竦男问捷敵鰧傩詳?shù)據(jù)，標(biāo)注碰撞管線的序號，能夠以此對比檢查屬性數(shù)據(jù)，使用時較為便捷。

在實際運行過程中，由于地下管網(wǎng)存在較大的管道數(shù)據(jù)，而新設(shè)計管線間只存在有限的碰撞部位，如果使用碰撞法進行分析時，缺少足夠的明確目標(biāo)，不僅需要浪費更多的時間，而且還對響應(yīng)時間造成一定的影響。因此，需要在做有效碰撞前，先進行簡單的判斷，如果碰撞結(jié)果不能滿足預(yù)測條件，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)測方法：

首先，將管網(wǎng)理解為由多個管段組成，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)計管網(wǎng)線段集。先不用對管道深度進行考慮，直接跳過行二維預(yù)測。然后從S2中，計算其在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個點，形成一個R0的矩形邊界，并垂直在XY軸上。

計算R0的兩個對角點，分別記為P1（Xmix，Ymin）和P2（Xmax，Ymax）。對所有S1線段的兩個端點進行計算，得出相應(yīng)的坐標(biāo)，并以此形成Ri小矩形。利用這些小矩形進行測試，驗證小矩形間是否在平面中有相交。當(dāng)以下條件滿足時，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，則對相交小矩形三維空間的垂直凈距L進行測試，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，利用碰撞檢測算法將其作為一級緩沖區(qū)來設(shè)置。在實際中，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。但出于對用戶使用條件的考慮，為降低查詢和空間分析對平臺軟件的依賴性，可以通過B/S端簡化斷面分析的復(fù)雜程度，這樣就可以在用戶為系統(tǒng)管理員時，降低操作的復(fù)雜性，使操作更加便捷。

將M（x，y）定義為管線相交截斷面而形成的坐標(biāo)點，X坐標(biāo)上，排序起點P和終點Q，得出兩點的高程Hp和Hq。首先畫一條斷面線為直線的截斷線，其與管線相交后，將其交點坐標(biāo)記為（x，y）。對交點高程Hm使用線性內(nèi)插法進行計算，得出以下公式：

按照相交的順序，為獲取的交點進行編號，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。

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