王晉耀

【摘要】本文將對(duì)于時(shí)態(tài)GIS和時(shí)空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的介紹，并且按照時(shí)態(tài)GIS的要求從日常的管理以及城市中地下管線來(lái)分析數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。文中還將介紹以新的思路來(lái)建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)，它將可以進(jìn)行動(dòng)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(jì)、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(shí)態(tài) GIS 城市地下管線 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

城市的發(fā)達(dá)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(kù)，而在以往比較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，只可以對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)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?yàn)槌鞘械难杆侔l(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(guò)程中還存在時(shí)空特征，因此靜態(tài)GIS已經(jīng)無(wú)法滿足要求，基于時(shí)態(tài)GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的研究和發(fā)展就顯得十分重要。

一、時(shí)態(tài) GIS

（1）基本概念

時(shí)態(tài)GIS包含了收集、分析、儲(chǔ)存、管理以及顯示地質(zhì)隨時(shí)間變化狀況的功能。通常來(lái)說(shuō)城市的地理信息主要是由時(shí)間、空間以及屬性這三個(gè)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(guò)程。時(shí)態(tài)GIS也被人們稱為4DGIS，因?yàn)樗黾恿藢?duì)時(shí)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(shí)空數(shù)據(jù)模型

建立起時(shí)空數(shù)據(jù)模型是時(shí)態(tài)GIS的關(guān)鍵所在。建立起時(shí)空數(shù)據(jù)模型就可以以此為基礎(chǔ)將不同尺度和時(shí)序空間數(shù)據(jù)相結(jié)合。時(shí)空數(shù)據(jù)模型需要將時(shí)空的關(guān)系進(jìn)行合理的表達(dá)，這樣才能有利于時(shí)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(shí)間組合模型、空間時(shí)間的立體模型、時(shí)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(shí)空數(shù)據(jù)模型時(shí)需要充分考慮三點(diǎn)，包括表現(xiàn)時(shí)空語(yǔ)義、節(jié)約儲(chǔ)存空間、提高存取速度。其中表現(xiàn)時(shí)空語(yǔ)義包含了比較多的方面，有地質(zhì)空間和有效時(shí)間結(jié)構(gòu)，時(shí)空、時(shí)態(tài)和空間關(guān)系以及地理事件。

二、管線的時(shí)空數(shù)據(jù)特征

數(shù)據(jù)庫(kù)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(dú)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(gè)方面入手來(lái)研究數(shù)據(jù)的時(shí)空特征，對(duì)城市地下管線的時(shí)空數(shù)據(jù)組織要使用時(shí)態(tài)—語(yǔ)義—幾何特征的順序進(jìn)行。

（1）規(guī)劃建設(shè)的時(shí)空特征

城市的市政部門在進(jìn)行管線規(guī)劃和建設(shè)時(shí)是按照選線規(guī)劃、管線綜合、設(shè)計(jì)方案及竣工驗(yàn)收的步驟進(jìn)行的。在進(jìn)行不同步驟時(shí)所產(chǎn)生的不同的數(shù)據(jù)，要對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)一的組織管理，這樣就可以把工程正在進(jìn)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(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。數(shù)據(jù)組織時(shí)，建設(shè)的規(guī)劃數(shù)據(jù)需要針對(duì)不同階段建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，采用分庫(kù)的方式進(jìn)行分別管理。即在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立選線規(guī)劃、 管線綜合、 設(shè)計(jì)方案、 竣工驗(yàn)收等各階段的數(shù)據(jù)庫(kù)。同一個(gè)管線建設(shè)工程要使用同一個(gè)編號(hào)相連接，并且對(duì)該工程進(jìn)行再次審批時(shí)要選擇版本控制的管理方式。

（2）日常管理的時(shí)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(kù)中的信息是通過(guò)相關(guān)部門使用物探方法來(lái)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(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，這也就導(dǎo)致數(shù)據(jù)會(huì)快速的更新。所以使用時(shí)間維度來(lái)動(dòng)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?yàn)榇嬖诳臻g事件所以會(huì)對(duì)管網(wǎng)造成一定的影響，主要會(huì)產(chǎn)生的變化有出現(xiàn)、消失、延長(zhǎng)、縮短、移動(dòng)、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(zhǎng)是指某一條管線段的長(zhǎng)度增加；縮短是指某一條管線段的長(zhǎng)度減小；移動(dòng)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(diǎn)：增加或者是刪除某條管線；將某條管線進(jìn)行分割讓其變成多線段的管線；多條管線進(jìn)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(duì)屬性事件，只需要修改屬性即可；第二類是針對(duì)包含空間，只需要對(duì)空間進(jìn)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(duì)兩者進(jìn)行修改和操作才可。

三、時(shí)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因?yàn)樵诮ㄔO(shè)城市地下管線時(shí)的每個(gè)階段會(huì)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，所以應(yīng)該以時(shí)間為基點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建模型。在操作時(shí)將空間進(jìn)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(shí)空的變化記錄下來(lái)。這樣，時(shí)間維度上所體現(xiàn)出的圖像就會(huì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的對(duì)象。在建設(shè)管線數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，在其結(jié)構(gòu)中上要加入字段來(lái)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(shí)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

時(shí)空特征是日常管理中存在的一個(gè)特點(diǎn)，因此需要將管線數(shù)據(jù)庫(kù)分成現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)這兩類。數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)記錄下地下管線生存的初始時(shí)間（探測(cè)時(shí)間）和終止時(shí)間（注銷時(shí)間） 等時(shí)態(tài)信息（在現(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫(kù)中，終止時(shí)間為空）?，F(xiàn)狀管線數(shù)據(jù)庫(kù)可以按照功能進(jìn)行分類，形成一個(gè)類似于機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)主要是由管線點(diǎn)、管線弧段以及網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)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(kù)只是將管線點(diǎn)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(kù)只會(huì)儲(chǔ)存屬性和空間的信息。但是現(xiàn)狀和歷史管線數(shù)據(jù)庫(kù)有一個(gè)共同點(diǎn)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(biāo)、儲(chǔ)存文件的格式、文件的名稱、鋪設(shè)管線的長(zhǎng)度、購(gòu)買企業(yè)、購(gòu)買方式、購(gòu)買日期、管線質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)、質(zhì)量檢測(cè)報(bào)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(diǎn)數(shù)據(jù)：包括平面坐標(biāo)、高程、管點(diǎn)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(gè)管線點(diǎn)連接的管線，所包含的內(nèi)容是比較少的，所儲(chǔ)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(zhǎng)度、所歸屬的公司、填埋的起點(diǎn)深度和終點(diǎn)深度等。

結(jié)束語(yǔ)：

對(duì)于現(xiàn)代高速發(fā)展的城市來(lái)說(shuō)，基于時(shí)態(tài)GIS的城市地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)才能滿足發(fā)展的要求。時(shí)態(tài)GIS將各個(gè)種類的數(shù)據(jù)整合在了一起，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)展示和分析，這將更有利于地下管線建設(shè)工作的進(jìn)行。本文對(duì)基于時(shí)態(tài)GIS的城市地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和研究，將它運(yùn)用到管線管理工作上，并提出了建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(xiàn)。

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