基于GIS动态分段技术的铁路货运量可视化表达

2014-11-29任永强

铁路计算机应用 2014年5期

任永强

（中国铁道科学研究院运输及经济研究所，北京 100081）

铁路地理信息系统是在GIS基础上的推广应用，将铁路相关的站点、线路等空间几何数据与其相关的车站等级、车站货运、车务段货运、铁路局货运等属性信息进行统一组织和存储，实现了空间地理信息的可视化展示、查询、统计分析，为科学决策提供技术支持。

铁路货物运输部门拥有的货运数据存储在关系型数据库中，仅以数值和文字进行描述，对其空间表达不够，同时对铁路货运量在地理空间上的可视化表达研究不够。如何提高铁路货运运输部门的管理和分析，如何利用GIS技术为其在地理空间上的应用提供技术支持，提高铁路货运信息的关联和使用效率，是当前铁路货运运输相关研究人员面临的新问题。

传统的铁路货运量数据仅仅通过图表、数字、文字等手段进行描述，没有将铁路货运的运输方向和GIS空间地图结合起来，对于研究人员，缺少可视化的直观感受和体验。本文利用线性参考中的GIS动态分段和线性参考技术，将铁路货票中的货运量数据在GIS地图上进行可视化的直观表达，并根据铁路货运的发站和到站进行空间动态分段，沿铁路线绘制方向箭头，沿线标注该货运路线上的相关信息，有效减少了空间数据的冗余存储，可视化直观感受清晰明了，有利于铁路货运运输相关人员进行科学研究和决策。

1 动态分段技术

1.1 线性参照

线性参照是一种进行动态分段技术的方法，是采用沿测量的线状要素（如公路、铁路）的相对位置来存储地理现象（如铁路货运事件）的方法。在铁路系统中，以铁路线作为沿测量的线状要素来存储其货运运输数据。距离测量值（M值）用于定位沿线的事件。线性要素上的测量值M用于使用各种约定规则来定位点事件和线事件，诸如沿线定位点（沿线测量值为 12 的位置或者沿线的测量标记10以东2个单位的点），沿线定位线要素（线从测量值 18 处开始，到测量值26处结束或者线从测量值 18 处开始并延伸8个单位）等，沿线点事件和线事件如图1所示。

图1 沿线事件

1.2 动态分段

动态分段采用线性参照测量系统来计算事件表中存储的事件位置以及其在地图上显示的过程。“动态分段”源于每次更改属性值时无需真实分割（也就是“分段”）线要素的理念，即可以“动态”定位线段。利用动态分段，可将多组事件与现有线状要素的任意部分相关联，无论其开始或结束位置在哪，均可以显示、查询、编辑和分析这些事件，而不会影响基础线状要素的空间几何，有效减少空间数据的冗余。

动态分段技术和线性参考是一种能显示、绘制和动态分析的技术，可以有效增强线性特征空间数据的分析处理能力。

在动态分段技术和线性参考中的路径和事件等对铁路径路系统的构建具有重要意义。路径是具有唯一标识符（即关键字）和测量值M的任何线状要素，其存储于路径要素类中，即作为线性要素进行存储。事件是指沿路径要素呈现的线状要素、连续要素或者点要素。路径要素上出现的或描述路径要素的任何事物都可以是事件。事件存储于单独的属性表中。事件中的属性是由用户自定义的，并且用路径的度量值M来表示。事件又分为点事件和线事件两类。点事件是一条路径上的相对位置点，用M值来描述其空间相对位置。线事件是用于描述路径上某一部分的属性，用起始点和终止点的两个M值来描述其起始和终止的空间相对位置。铁路上的点事件和线事件类型如图2所示。

图2 事件类型（点事件和线事件）

2 铁路路径系统创建

铁路路径系统的创建是进行GIS动态分段的基础，因此需要保证数据的完整性、规范性和准确性。

（1）将铁路网的车站矢量数据按“所属线路”合并为铁路线路要素图层。利用ArcGIS10.1中的“创建路径”工具转化成路径图层，在转换过程中，要给铁路线路要素图层添加一个存储测量的字段，该字段可用来存储路线中铁路车站站点的相对位置，即测量值M。通过实际长度动态插值可得到线路上的每一个点的相对位置。本文中用到每条线路的起点（0里程）和终点（实际里程）作为其测量距离的参考值。（2）铁路路径系统创建完成后，在转化过程中，由于测量值M只是根据线路的矢量化长度获取的，这样所得到的测量值M在铁路线路相对较长的情况下很可能会与实际位置有所偏差，同时由于铁路线路存在共线的情况，该部分线路测量值M可能会与实际位置存在偏差。因此，需要根据铁路车站的里程标对路径线路进行校正，校正完成后得到准确的基础路径系统。（3）根据铁路货运方向的起始车站、终止车站以及经由车站建立线事件图层，同时包括货运量、起始车站里程数和终止车站里程数等属性信息。（4）动态分段和线性参照技术利用路径事件表，即含有与路径系统中唯一标识和货物运输里程的线事件属性表，在路径系统的基础上，生成动态分段需要的线事件图层。从而实现将线事件（铁路货运运输量和方向）的属性信息转换为标准的空间数据线图层，以实现铁路货运量信息的动态展示，并能进行快速的可视化表达及货运方向箭头的自动绘制。

3 铁路货运量可视化

本文在动态分段技术的基础上，利用C#+AE编写了铁路线路动态分段的程序，并将动态分段程序发布为ArcGIS Server10.1的SOE服务扩展工具，方便WebGIS系统通过提供起始和终止车站编码自动获取货运线路及其方向，并标注运量相关属性信息，为科学决策提供可视化扩展工具。图3中货运量按装车数分3种颜色进行显示，因该铁路货运量图形数据是动态生成，无需存储铁路货运空间数据，为铁路货运量的可视化表达提供快捷、有效的表现方式。图4为根据铁路起始车站到终止车站的铁路货运方向自动绘制的箭头，可明显看出从月镜站到月牙北站的铁路货运运输线路过程，并能根据地图的缩放比例自动增减箭头的个数，为铁路货运运输方向的表达提供空间可视化。