基于ArcGIS平台背景下的厂区地下管网空间探究

张垚

摘 要：随着经济的发达，我国的厂区地下管网的规模不断增加，以致管网的管理难度越来越大。文章将主要探究基于ArcGIS平台背景下的厂区地下管网的空间分析功能。

关键词：ArcGis；厂区；地下管网；空间探究

近年来，GIS管理技术逐渐取代传统管网管理模式的地位。GIS拥有独特的空间分析功能，在厂区的规划、设计及施工中起到非常重要的作用。但GIS平台依然存在一些问题，如对横断面的分析效率较低、数据管理存在问题、一些算法存在缺陷等。

1 需求分析及系统设计

1.1 对地下管网信息化管理的需求

大型厂区的管网较为复杂，其中管线包括燃气、热力、电信、排水等。一些厂区的管线甚至已有10万以上的规模。信息与各种数据交错计算，以致大型厂区的管网管理仅靠传统的管网管理模式已经难以保持管理效率。GIS系统具有足够完善的功能，其中包括资料查询、故障维护、辅助设计以及快速定位等，对于大型产区的管线系统，可以优化其发展预测、设计施工、分析统计等功能。

1.2 系统设计

当前大部分的产区信息系统平台的规划，均带有工作流引擎、信息中间件、J2EE服务器及专用型集成软件，一方面可以提高数据库系统的高效性及安全性，另一方面也可以提高储存能力和用户访问速度，从而使系统的平台、网络、数据库实现运行的统一化。系统的整体构成是由C/S端和B/S端构成，其中前者负责系统的数据管理和系统管理，后者主要用于综合分析和查询统计。需要注意的是，系统的服务器主要用于应用程序的安装，这样可以使客户机拥有几乎完整的数据空间，从而有效地降低系统管理员的负担。

2 数据基础及优化技术

GIS系统中，数据库起到非常重要的作用。作为GIS中的重要构成，数据库的准确性、高效化、便捷性，决定GIS系统的实用性及可靠性。在整个系统中，GIS主要处理数字高程模型数据、图形矢量数据及空间数据。一般情况下，这些数据都是由GIS系统处理及采集，且占用70%以上的开发量。

目前，文件管理模式、文件数据库混合管理模式、全关系数据库管理模式是GIS主要的三种数据管理模式。其中文件管理模式是通过组织属性数据和图形数据转化为文件格式进行管理的；文件数据库混合管理模式属于两种数据库管理模式的混合管理方式，以文件管理方式处理图形数据，而管理属性数据时则需要使用商业数据库；全关系数据库管理模式是指使用关系数据库系统同时对属性数据、空间数据、图形数据进行管理的一种的模式。使用这种管理模式管理不定长的空间几何体坐标时，该坐标会转化为二进制数据形式。全关系数据库管理模式的优势在于检索的快速，查找某个地物的连接关系时，只需根据记录数据，就能快速找到对应的地物。大型的商业数据库统一用于管理属性及空间数据，并无缝管理图形数据。

文件管理模式有一定的局限性，其本身储存量有上限，一旦数据量频临上限，就会导致文件的更新速度下降，从而难以保证文件的安全性。尤其是B/S端在协同多用户工作过程中，难以利用文件管理方式协调统一实体级数据和记录级数据。全关系数据管理模式的应用，可以先对几何体坐标数据进行规范，并在数据录入时，分类不定长的空间几何体，从而使其转为定长的几何体数据。通过对无用的小数点位进行限制，将不定长数据转为定长数据，从而实现高效率的全关系数据库存储。

3 空间分析中关键技术的研究和实现

B/S端功能在GIS系统中的应用，除了其具有的基础功能外，如检索、查询及浏览空间管道信息等，还应将空间信息中的缓冲、连通、覆土、拆迁、最短路径、爆管、碰撞、纵剖面、横断面及水平垂直净距等特有的分析功能彻底挖掘出来。通过GIS中留有的分析模型和算法，这些空间分析功能能够更深层次的分析、挖掘机预测管网数据。

3.1 碰撞监测功能算法

设计管线时，通过以现有管线碰撞设计管线的方式，来对设计管线进行分析，确保其不会与现有管线产生冲突，而且这种方式可以对管线间的水平及垂直净距进行计算分析。设置一级缓冲区时，可以对管线受施工影响的因素进行分析。设置二级缓冲区域时，将影响向更大的范围外扩散，并裁剪合适的地图数据，能够制作成局部地图进行保存，或直接打印出来。可以按照表格的形式输出属性数据，标注碰撞管线的序号，能够以此对比检查属性数据，使用时较为便捷。

在实际运行过程中，由于地下管网存在较大的管道数据，而新设计管线间只存在有限的碰撞部位，如果使用碰撞法进行分析时，缺少足够的明确目标，不仅需要浪费更多的时间，而且还对响应时间造成一定的影响。因此，需要在做有效碰撞前，先进行简单的判断，如果碰撞结果不能满足预测条件，则表示管网不存在碰撞的可能，使用碰撞分析也就缺少前提条件。具体的碰撞预测方法：

首先，将管网理解为由多个管段组成，且管段为没有直径信息的线段。以S1和S2分别表示旧管网线段集、新设计管网线段集。先不用对管道深度进行考虑，直接跳过行二维预测。然后从S2中，计算其在X和Y坐标上的最大值和最小值，分别以Xmax和Xmin，Ymax和Ymin表示。最后得出4个点，形成一个R0的矩形边界，并垂直在XY轴上。

计算R0的两个对角点，分别记为P1（Xmix，Ymin）和P2（Xmax，Ymax）。对所有S1线段的两个端点进行计算，得出相应的坐标，并以此形成Ri小矩形。利用这些小矩形进行测试，验证小矩形间是否在平面中有相交。当以下条件满足时，代表矩形间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，则对相交小矩形三维空间的垂直净距L进行测试，若结果小于旧管道半径的2倍，则确认小矩形相交。从空间形状的角度来理解，可以将管道假设为三维空间的圆柱体。管道半径记为r，利用碰撞检测算法将其作为一级缓冲区来设置。在实际中，一些管道都有最小净距的限制，这样可以防止管道间相互影响，从物理学角度来理解，不相交的管道表示为不相容，因而以lmin表示管道的最小限制净距，并将r+lmin作为二级缓冲区设置。若r*2+lmin≥L，则表示相交。

3.2 断面分析的关键问题的解决

完整的GIS系统的空间分析功能中必须具有断面分析功能，以往的C/S端使用的空间分析功能都较为传统化。但出于对用户使用条件的考虑，为降低查询和空间分析对平台软件的依赖性，可以通过B/S端简化断面分析的复杂程度，这样就可以在用户为系统管理员时，降低操作的复杂性，使操作更加便捷。

将M（x，y）定义为管线相交截断面而形成的坐标点，X坐标上，排序起点P和终点Q，得出两点的高程Hp和Hq。首先画一条断面线为直线的截断线，其与管线相交后，将其交点坐标记为（x，y）。对交点高程Hm使用线性内插法进行计算，得出以下公式：

按照相交的顺序，为获取的交点进行编号，具体做法如下：

4 结语

作为新型的管网管理模式，GIS依然存在一些问题亟待解决，若能彻底解决这些问题，相信GIS管理技术能够完全发挥自身的作用，大大地提高管网管理效率。

参考文献

[1] 肖靖峰，王晓东，姚宇.基于ArcGIS平台的厂区地下管网空间分析[J].计算机应用，2012（09）：2675-2678.

[2] 刘治平，伍岳庆，姚宇，张丹普.GIS二三维一体化空间信息管理与应用[J].计算机应用，2014（S1）：186-188+222.

[3] 刘致远.基于GIS的金陵石化厂际管网管理系统[J]. 电子世界，2012 （11）：109-111.