时空GIS在路灯管网数据动态更新中的应用

朱以洲,陆泽南,袁 伶

(1.南通市测绘院有限公司,江苏 南通 226000;2.南通市城市照明管理处,江苏 南通 226000)

0 引 言

近些年来,随着城市的高速发展,作为城市明信片之一的路灯设施,其不仅提高了市民夜行的方便程度,更为城市的安全建设保驾护航,因此,行业主管单位对城市路灯设施的管理要求也越来越高[1]。随着信息化系统建设的开展,很多城市已经采用GIS技术实现了城市路灯设施“一张图”管理模式,实现“以图管灯、图属联动”的管理目标。但在系统使用的过程中,遇到了困难,即作为系统建设的核心——城市路灯设施专题空间数据库,数据的动态更新不能够得到有效保障[2],其困难之处主要体现在以下两方面:① 数据更新周期长,动辄半年、一年;② 历史数据追溯困难,无法实现历史任意时刻路灯设施量的复盘。时空GIS技术的出现,为路灯设施的动态更新提供了技术保障。

时空GIS是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体随时间变化信息(或时空信息)的计算机系统。它的优点不但包含传统地理信息系统的空间特性,而且涵盖时间特性,能够反映事物和现象的存在状态,还可以表达其发展变化过程及规律[3]。

本文结合实际生产项目,以时空GIS技术为手段,探究如何建立城市路灯专题管网数据动态更新机制,以便提高对路灯设施的管理效率,促进服务更加高效化、精准化[4]。

1 方法设计

结合项目需要,本文采用时空GIS技术,结合局部、增量式更新方式,建立城市路灯专题管网数据动态更新机制,技术方案覆盖施工范围的确定至路灯设施管线数据入库,具体流程图如图1所示。

1.1 标记施工范围

传统动态数据更新主要依赖管网数据普查,但是普查的周期比较长,都是以年为单位计量,无法达到实时数据更新的目标,显然不能满足当前管理的需求。

路灯管理处根据实际工程,大致绘制施工范围及内容(新增灯杆、拆除灯杆),表示此处范围内的路灯即将进行重新建设[5-6]。

1.2 测绘单位进行外业测绘

在施工单位绘制完成施工范围后,测绘单位查看范围线,依据范围线,利用专业的管线探测仪,进行外业局部现状测绘。为保障时效性,测绘工作通常被安排在施工现场通过竣工验收后及时开始。

1.3 空间上增量式更新

空间上增量式更新,是指以空间坐标为参考,以坐标是否发生变动为依据,只更新坐标改变的地方,不需要更新或者已经更新过的地方则不会重复更新,这是与传统整体数据更新(替换)的最大区别。

路灯设施(包括灯杆及电缆两类)的施工,通常包含3种类型:新增路灯设施、拆除路灯设施以及移动路灯设施,从数据的变更角度分析,为方便数据的管理与分析,可此3种业务抽象为对原始路灯设施空间库的两种操作方式,即新增和拆除(移动路灯设施业务也抽象为先拆后增)。

本文将施工范围内,施工前的路灯设施数据定义为原始数据A,竣工测绘后的数据定义为现状数据B,下面以路灯设施灯杆数据处理为例,分析空间上灯杆数据增量式更新的操作步骤:

(1)以原始数据A为基准,获取该范围内,被拆除的灯杆。数学模型为:A-A∩B,即采用ArcMap10.1软件加载数据A、B,利用“按位置选择”工具,目标图层为A,源图层为B,目标图层要素的空间选择方法选择“与源图层要素完全相同”项(该空间计算方法同样适用灯杆点图层及电缆线图层数据),进行空间计算,获取A中被选择的要素集,再用“切换选择”工具,反向选择A中的其他要素对象,此时,A中被选中的要素集合,即为此次施工范围内,被拆除的灯杆,记录为A-。

(2)以现状数据B为基准,获取该范围内,新增的路灯设施。数学模型为:B-A∩B,即采用ArcMap10.1软件加载数据A、B,利用“按位置选择”工具,目标图层为B,源图层为A,目标图层要素的空间选择方法选择“与源图层要素完全相同”项(该空间计算方法同样适用灯杆点图层及电缆线图层数据),进行空间计算,获取B中被选择的要素集,再用“切换选择”工具,反向选择B中的其他要素对象,此时,B中被选中的要素集合,即为此次施工范围内,新增的灯杆,记录为B+。

以上两步的操作,即可获取该施工范围内,拆除灯杆(A-)与新增灯杆(B+)的空间位置。对于路灯设施电缆数据,同样采用上述两个步骤,即可获取拆除电缆(A--)与新增电缆(B++)的空间位置。

1.4 时间标识

每一个路灯设施从新建到拆除(灭失)的过程称之为路灯设施的生命周期,传统的路灯设施管理系统主要以当前现状管理为主,无法做到对过往任意时刻数据的追溯。在本文,提出对路灯设施进行时间标识,可实现对路灯设施全生命周期管理,以达到对历史数据追溯的管理目标。如表1所示,对路灯设施空间专题数据库,包括灯杆与电缆数据,增加时间标识字段。

表1 路灯设施时空标识数据结构

在路灯设施发生变更时,按照上文1.3节中提出的方案,对在路灯设施数据进行“空间增量式更新”操作后,获取到的拆除灯杆A-、拆除电缆A--、新增灯杆B+以及新增电缆B++,数据A-、A--的BuildTime为当时数据新建入库时间,MovedTime设定为当前日期,如“2020-02-18”,B+、B++数据的BuildTime为当时数据新建入库时间,如“2020-02-18”,MovedTime设定为系统默认值“9999-12-31”。

1.5 数据入库

本文采用SQL Server2012为关系数据库支持平台、ArcSDE 10.1为空间数据引擎,建立企业级路灯设施专题空间数据库[7]。同时,建立要素数据集,在该数据集中建立上文提到的灯杆(LDPoint)及电缆(DLLINE)要素类[8]。通过空间计算,获取数据A中的拆除灯杆A-与拆除电缆A--,在空间数据库中按照上文步骤标记MovedTime时间标识。同样,通过空间计算,获取数据B中的新增灯杆B+与新增电缆B++,并为这两个数据增加BuildTime与MovedTime时间标识,之后将B+与B++分别追加到数据B中对应的要素类LDPoint与DLLINE中。

通过上文步骤,完成了路灯管网数据的动态更新,在要素类LDPoint与DLLINE中可实现任意日期路灯数据的历史追溯。

2 案例应用

本文以南通市城市路灯管理为例,实现城市路灯管网数据的动态更新。例如“狼山镇64号”小区部分路灯设施发生了变更,管网数据动态更新操作步骤如下:

(1)在ArcMap10.1软件中,绘制“狼山镇64号”小区施工范围(图2红色框线),范围线内为变更前路灯设施现状。

(2)测绘单位根据绘制的施工范围进行外业及时测绘。

(3)采用ArcMap10.1软件,按照上文1.3节中的操作,进行增量式更新数据处理,获取拆除的路灯及新建路灯设施,并进行时间标识,路灯管网数据更新入库,如图3所示。在图中可以发现,与图2对比,虽然施工范围线绘制的是整个小区,测绘内容也是整个小区,但是采用空间上的“增量式”更新操作后,只有部分路灯设施发生了变化(图3中黑色框内部分),其他地方并未发生变化。

南通市路灯设施数据动态更新机制的建立为南通市城市照明管理处的日常管理工作提供了便利,同时,南通路灯管理处基于此机制,开发了城市照明综合管理平台系统,实现对全市路灯设施数据的动态化管理,可对任意地块进行任意时间点数据的历史回溯。如图4所示,对城市嘉苑小区,追溯2016年1月1日的路灯设施安装情况,并与当前现状进行双频对比。

3 结 语

本文采用时空GIS技术,实现了城市路灯管网数据动态更新机制的建立,其优势主要有两点:一是局部增量式更新可以缩短数据更新周期,保证数据现势性(通常数据更新周期为一周);二是时空标识技术可动态实现对历史数据的追溯,辅助领导决策分析。本研究渴望对城市路灯设施的管理工作提供技术支持,加快城市路灯的精细化、可视化、科学化管理,从而全面推进智慧路灯建设的进程。