基于ArcGIS Engine的生态系统格局中土地利用的时态可视化

景军

摘要：针对时态数据的可视化问题，基于ArcGIS Engine平台，使用C#脚本语言，设计并实现时态数据根据历史时间轴依次在ArcGIS地图上动态可视化。动态地将历史土地利用数据直观地展现在地图中，直观呈现和感知地理时空过程信息，生动揭示过程变迁和演化的规律以及趋势，延伸多维时空数据应用的深度和广度。

关键词：ArcGIS Engine；C#语言；时态图层

随着时间的推移，生态系统格局中土地利用（以下简称为“土地利用”）的类型发生着复杂多变的时空过程信息，不同地类之间进行着交错变化。时空数据是对地理时空过程的时间、空间和属性的描述，能够反映地球表层空间地理对象随时间变化而变化的时空过程信息。使用静态数据无法体现出生态系统格局中土地利用数据的时空性质，需要研究蕴含在多维时空数据集中，并合理有效地对土地利用数据进行时空动态可视化。对土地利用数据的整理是数据分析的基础，利用ArcGIS Engine二次开发，建立一种面向地理时空过程表达的动态可视化技术和方法，通过时间轴动画、多时态对比、实体回溯等动态可视化表达方法对土地利用数据进行可视化回放，动态地将历史土地利用数据直观地展现在地图中，来直观呈现和感知地理时空过程信息，生动揭示过程变迁和演化的规律以及趋势，延伸多维时空数据应用的深度和广度。

1动态可视化表达的目标

时态数据是时间数据在状态上的表现，能够多维动态地展示数据。在生态系统格局中土地利用领域，可以用来表现土地类型随时间的属性变化，从而对土地利用类型变化状况进行分析；土地类型间相互转化的状况，如草地转换为农田、农田转换为建设用地等，都能够在地图上直观地呈现出来。

土地利用的地理时空过程可以解释为土地类型的属性随着时间推移产生的连续变化过程。与传统的空间数据对比，土地利用的时空数据增加了时间维度，在其语义、结构、操作、存储上都更为复杂。土地利用的地理时空过程动态可视化主要是展示土地利用与土地覆被数据随时间变化而变化的动态过程[1]。

2时态数据

土地利用的时态数据需要通过ArcGIS的空间叠加分析工具进行数据预处理[2]。属性中需含存储时间信息的字段，字段的类型没有要求一定是日期时间型，也可以为文本型或者数字型。在设置时间字段时需要对基础数据集进行规范化，剔除非法数据、字符等。一般有以行格式存储时态数据、在日期字段中存储时间值、包含时间值的索引字段、使用标准时间等约束性的规则[3]。

所用到的数据通过ArcGIS工具箱中的字段转置工具对相应历史年份数据设置为时间字段（“time”）。数据表如表1所示。

3土地利用数据可视化设计与实现

3.1 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是开发人员用于建立自定义应用程序的嵌入式GIS组件的完整类库。针对不同的功能，ArcGIS提供了相应的组件类库，实现功能的核心是对时态数据图层的设置和调用。ArcGIS Engine提供了相应的开发接口供用户根据实际要求开发相应的时态数据回放功能[4]。

3.2 设计实现

实现对毁伤数据的可视化这一功能，本质过程是将毁伤数据导入生成时态数据图层，之后再使用ArcGIS Engine编程调用。因此工作主要分为两个方面的阶段。

3.2.1 制作地图文档

（1）根据行政区与土地利用数据制作地图文档（.mxd）。

（2）通过土地利用基础数据库，将历史数据作为时态数据图层制作至地图文档中。

3.2.2 编程实现

（1）加载地图文档

（2）设置历史时态数据层的属性，包括历史时间、步长、时区等

（3）动态显示数据开发

通过使用Tracking Analyst开发，设置Tracking環境、添加FeatureClass，创建Tracking图层，设置Renderer和其他ITemporalLayer属性、随时间变化更新轨迹和修改TemporalPerspective属性（时间值）来控制当前播放的位置等过程实现[5]。

采用下列接口实现时态数据的回放浏览功能，如表2所示：

土地利用时态数据就会依据历史时间轴的顺序依次在地图上动态呈现。可见，基于ArcGIS Engine的土地利用数据可视化能够方便、直观地回放展现出土地类型历史变化状况，如图1、图2所示。

4结语

针对目前乌鲁木齐市土地利用数据的时态可视化问题，介绍了时态数据的概念及相关术语、ArcGIS Engine的开发框架与开发接口。使用基于ArcGIS Engine+C#脚本语言，编程实现了对土地利用数据的时态数据可视化，使一幅幅静态图像变革为鲜活的动态可视化表现方式，为乌鲁木齐市生态系统格局中的土地利用数据直观呈现和感知地理时空过程信息，生动揭示过程变迁和演化的规律以及趋势，延伸多维时空数据应用的深度和广度。同时，也为生态系统格局分析工作提供了技术支持。

[参考文献]

[1]吴建华.基于ArcGIS Engine的GIS软件开发方法.测绘通报，2010，（11）：54-57.

[2]王亮，赵荣，李玉祥，范荣双.空间信息服务时态数据的管理与应用.测绘通报，2010， （11） ： 54-57.

[3]吴信才，曹志月.时态GIS的基本概念、功能及其实现方法[J].地球科学，2002，27（3）：241- 244.

[4]牟乃夏.ArcGIS Engine 地理信息系统开发教程.测绘出版社，2015.

[5]汤国安.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程.科学出版社，2012.

基金项目：自治区公益院所基本科研基金，项目名称：基于ArcGIS的动态显示模型开发，项目编号：KY2017126 。