地理信息系统在城镇燃气专题图制作及应用研究

石善忠

上海城市地理信息系统发展有限公司 上海 200032

引言

GIS技术是当前应用非常广泛的技术之一，它能够将地理信息和属性信息相结合，实现对空间数据的管理、分析和表达，提高空间信息的利用效率和数据的价值。在燃气系统的设计、建设和维护中，GIS技术的应用越来越广泛。GIS系统能够产出高质量的矢量式地图和图表，成为专题图制作的重要工具之一[1-2]。它不仅能够以多种格式管理和存储海量数据，同时还为制图学提供了强有力的数据存储、评价和分析功能[3-5]。本文旨在介绍GIS在燃气专题图制作及应用方面的技术及其优势。以某市燃气管道系统为例，详细阐述了燃气专题图的制作过程及应用研究。制作燃气专题图的重点是快速制作适用于不同场景的电子地图。GIS技术能够满足这一需求，帮助用户高效制作出具有丰富信息的地图。

1 燃气专题图制图流程[6]

燃气专题图的制作流程一般分为数据采集、数据标准制定、数据处理和专题图制作4个阶段。

1.1 数据收集

燃气专题图制作的第一步是数据采集，这是构建燃气管网的前提。数据采集包括地形、地貌、交通道路、建筑物、POI兴趣点、轨道交通等信息。其中，燃气管道及设施数据是燃气专题图中最重要的数据之一，其精度和完整性直接影响到专题图的质量和应用效果。另外，巡检维修信息、急抢修点位信息及物联网数据也是专题图制作的内容，它们能够提高燃气运维保障的应用，并且收集更多的物联网数据能够更好地体现应用研究的效果。因此，数据采集是制作高质量燃气专题图的关键步骤，必须对数据的来源和准确性进行严格把控，以确保专题图的可靠性和实用性。

1.2 数据标准

按照国家及行业标准规定对燃气管线颜色及设施符号进行整理，管线颜色线性要求见表1，表2所示，设施符号见表3所示。

表1 颜色要求

表2 线型要求

表3 设施符号样式要求

物联数据、巡检维修信息、急抢修点位信息都以远程点位信息存储。

1.3 数据处理

燃气管道及设施数据的处理需要进行标准建立、数据清洗、数据拓扑关系建立、数据匹配和数据转换等步骤。标准建立是指对数据字段进行标准化建立，以保证数据的一致性和准确性。数据清洗则是指对采集到的数据进行去重、纠错、补缺等操作，以使数据符合规范要求。数据拓扑关系建立是指将数据中的点、线、面之间的空间关系建立起来，为后续的空间分析提供基础。数据匹配是指将采集到的数据与已有的数据进行比对，去除重复部分，保留有效信息。数据转换是指将数据从不同的坐标系、数据格式转换成所需的数据格式。通过数据标准化处理，可以为后续专题图配置在系统中应用提供更好的支持。

1.4 专题图制作

专题图的表示方法包括定点符号法、线状符号法、等值线法、范围法、定位图表法、点值法、分级统计图法、分区统计图表法、解析图表法等[7-8]。本文主要运用定点符号法和线状符号法以ArcGIS为例主要研究制作多种城镇燃气专题图应用于地理信息系统的关键技术。如图1所示。

图1 基于ArcGIS进行地图制图的主要流程

1.4.1 投影、比例尺设计。在比例尺设计过程中，需要考虑服务的加载速度、数据平滑度以及地图美观程度。针对设施标注和管线标注配置，经过多次实践得出最佳放大比例为1∶500以下再进行显示，以达到最佳效果。对于燃气主要设施，如调压器和阀门等，应按照压力等级分级展示，将压力等级较高的在小比例尺下展示，将压力等级较低的在大比例尺下展示。管线的配置方式与设施类似，但需要注意优先级问题，注记优先，设施和管件第二，管线最后。若优先级配置错误，会导致显示内容错位，因此需要慎重处理。

1.4.2 地图内容和结构。在制作燃气标准地图矢量要素服务时，需要遵循最初的比例尺设计，同时与基础底图切片服务和矢量服务的展示相匹配。在实际应用中，第一层要素集包含标注文本，其中包括设施标注文本、相关管线标注文本及标注引线。第二、三层级为办公场所和辅助数据，因为不常用设定为关闭状态，在燃气GIS系统中可以通过图层控制进行打开。第四层级为设施和零件，主要设施根据不同的颜色进行符号配置，相关符号制作采用透明背景PNG格式或BMP位图格式。设施在燃气行业中是比较重要的设备，需要进行定期保养巡检和施工交底，因此进行了文本标注显示。标注显示主要采用ArcGIS Labeling模块中的Maplex Label引擎，该引擎可以控制标注显示位置并且设定去除重复项和防碰撞选项，提高了配图的美观度，也可方便用户识图。零件主要用点样式符号进行表示，主要描述空间位置即可。第五层级为管线，应按照标准分类要素集进行管线配置。在制图过程中还应考虑管线压力级制，压力级制高的管线设定线性时应选择较粗线性，压力级制低的管线应选择较细线性。最后一层级主要配置相关补充地形、补充地形文本和图幅网格。配置后结果如图2所示。

图2 燃气标准地图配图模板

制作燃气专题地图服务时，为了让用户更好地理解燃气专题地图服务的目的，需要考虑用户的辨识性。可以采用不同的方法来达到这个目的，例如色阶法、分组配色法、透明度控制等。标注也应该符合用户的辨识要求，可以采用复合标注。使用色阶法可以使颜色平滑过渡，有效地显示地图信息。分组配色法可以将同类型管道和工程进行分组，方便燃气管道改造和网络规划设计。透明度控制可以提高展示效果，使可视化更加舒适。在一些特殊场景，例如巡检场景，可以采用复合标注来让用户快速辨识样板信息及网格与管线的关联关系。配置后的复合标注结果如图3所示。

图3 燃气复合标注配图模板

2 GIS专题图在燃气应用中效果及优势

2.1 适用于不同场景的地图服务构建[9]

地下管线应用GIS场景较多，通过利用ArcGIS制图软件可以快速制作专题图，作战指挥图。在智慧燃气应用中，为满足输配管道日常应用需求，制作了管道材质专题图，压力专题图，口径专题图，管道敷设专题图，管道在建区域专题图等多种专题图并提供了相关地图服务。

2.2 老旧隐患管理

根据年限、材质及相关工艺情况，存在一些老旧和存在隐患的燃气管道。为了迅速解决这些问题，需要对这些管道进行改造。为了满足快速评估管道风险并进行管理，可以通过红黄绿配色的方式对相关数据进行分类，并标识管道的风险级别。通过使用GIS制图软件，可以制作专题图册，快速满足“挂图作战”的要求。老旧隐患管网专题图册可以为燃气隐患管理提供重要的支持。

2.3 管道运维管理

利用GIS能够建立管道运维管理系统，通过管道的实时监测，故障诊断，管网巡检等可以提高管道运维的效率和精度。利用GIS专题图通过将管网设施展现在地图上可以帮助管理人员全面了解管网空间分布和关联关系。其次可以提高管网管理水平通过管网巡检利用GIS专题图可以了解管网巡检状况，运行状态和设施情况进行全面准确地数据分析和统计为管理决策提供科学的依据，提升管理水平和决策质量。

2.4 应急管理

利用GIS技术可以快速准确地了解燃气管道的位置以及周边环境信息，这有助于在突发事件发生时进行紧急处置和灾害评估。通过GIS专题图，可以将燃气管网的数据按照地理位置进行分层次展示，并分析数据的分布情况，从而发现管网的薄弱环节和潜在风险区域，并及时制定相应的应急预案，如管道占压分析。此外，GIS专题图可视化呈现，方便应急管理人员快速掌握管网分布情况，有助于进行针对性的应急处置。另外，GIS专题图还可以将燃气管网的各种数据（包括材质、口径、压力、投运年限、埋设深度等信息）整合到同一平台上，有效提高数据的利用率。通过对燃气管网数据进行分析和整合，GIS专题图能够为应急管理人员提供科学的决策支持，从而使得应急处置措施更加高效、精准。

2.5 物联网数据展示

利用GIS专题图结合物联网传感数据可以实时监控和预测各种监测数据。如调压器进出口压力，流量，温度，湿度等等。此外，还可以实现安全管理和预警监测设备运行状态。最后利用物联网数据可以更加直观，可视化的展示出来，帮助用户更好的理解数据。

3 结束语

综上所述，通过研究标准地图的数据标准设定、坐标转换及投影设计、模板制定及相关制作流程，可以将燃气专题图配置应用更加直观全面地展现出来。这些专题图可用于管道信息可视化展示、风险评估和管理、智能化管道运维管理、决策支持与规划。在相关专题场景应用中，利用ArcGIS制图软件能够快速高效地制图，制图效果更加美观清晰。

GIS专题图设置在燃气应用中非常重要。以后可以将GIS专题图与现有和新兴技术进行深度融合，提高燃气管道管理的效率和安全性，同时提高管道管理决策的科学性和准确性，进一步推动燃气行业的发展和创新。