基于GIS動態分段技術的鐵路貨運量可視化表達

任永強

（中國鐵道科學研究院 運輸及經濟研究所，北京 100081）

鐵路地理信息系統是在GIS基礎上的推廣應用，將鐵路相關的站點、線路等空間幾何數據與其相關的車站等級、車站貨運、車務段貨運、鐵路局貨運等屬性信息進行統一組織和存儲，實現了空間地理信息的可視化展示、查詢、統計分析，為科學決策提供技術支持。

鐵路貨物運輸部門擁有的貨運數據存儲在關系型數據庫中，僅以數值和文字進行描述，對其空間表達不夠，同時對鐵路貨運量在地理空間上的可視化表達研究不夠。如何提高鐵路貨運運輸部門的管理和分析，如何利用GIS技術為其在地理空間上的應用提供技術支持，提高鐵路貨運信息的關聯和使用效率，是當前鐵路貨運運輸相關研究人員面臨的新問題。

傳統的鐵路貨運量數據僅僅通過圖表、數字、文字等手段進行描述，沒有將鐵路貨運的運輸方向和GIS空間地圖結合起來，對于研究人員，缺少可視化的直觀感受和體驗。本文利用線性參考中的GIS動態分段和線性參考技術，將鐵路貨票中的貨運量數據在GIS地圖上進行可視化的直觀表達，并根據鐵路貨運的發站和到站進行空間動態分段，沿鐵路線繪制方向箭頭，沿線標注該貨運路線上的相關信息，有效減少了空間數據的冗余存儲，可視化直觀感受清晰明了，有利于鐵路貨運運輸相關人員進行科學研究和決策。

1 動態分段技術

1.1 線性參照

線性參照是一種進行動態分段技術的方法，是采用沿測量的線狀要素（如公路、鐵路）的相對位置來存儲地理現象（如鐵路貨運事件）的方法。在鐵路系統中，以鐵路線作為沿測量的線狀要素來存儲其貨運運輸數據。距離測量值（M值）用于定位沿線的事件。線性要素上的測量值M用于使用各種約定規則來定位點事件和線事件，諸如沿線定位點（沿線測量值為 12 的位置或者沿線的測量標記10以東2個單位的點），沿線定位線要素（線從測量值 18 處開始，到測量值26處結束或者線從測量值 18 處開始并延伸8個單位）等，沿線點事件和線事件如圖1所示。

圖1 沿線事件

1.2 動態分段

動態分段采用線性參照測量系統來計算事件表中存儲的事件位置以及其在地圖上顯示的過程。“動態分段”源于每次更改屬性值時無需真實分割（也就是“分段”）線要素的理念，即可以“動態”定位線段。利用動態分段，可將多組事件與現有線狀要素的任意部分相關聯，無論其開始或結束位置在哪，均可以顯示、查詢、編輯和分析這些事件，而不會影響基礎線狀要素的空間幾何，有效減少空間數據的冗余。

動態分段技術和線性參考是一種能顯示、繪制和動態分析的技術，可以有效增強線性特征空間數據的分析處理能力。

在動態分段技術和線性參考中的路徑和事件等對鐵路徑路系統的構建具有重要意義。路徑是具有唯一標識符（即關鍵字）和測量值M的任何線狀要素，其存儲于路徑要素類中，即作為線性要素進行存儲。事件是指沿路徑要素呈現的線狀要素、連續要素或者點要素。路徑要素上出現的或描述路徑要素的任何事物都可以是事件。事件存儲于單獨的屬性表中。事件中的屬性是由用戶自定義的，并且用路徑的度量值M來表示。事件又分為點事件和線事件兩類。點事件是一條路徑上的相對位置點，用M值來描述其空間相對位置。線事件是用于描述路徑上某一部分的屬性，用起始點和終止點的兩個M值來描述其起始和終止的空間相對位置。鐵路上的點事件和線事件類型如圖2所示。

圖2 事件類型（點事件和線事件）

2 鐵路路徑系統創建

鐵路路徑系統的創建是進行GIS動態分段的基礎，因此需要保證數據的完整性、規范性和準確性。

（1）將鐵路網的車站矢量數據按“所屬線路”合并為鐵路線路要素圖層。利用ArcGIS10.1中的“創建路徑”工具轉化成路徑圖層，在轉換過程中，要給鐵路線路要素圖層添加一個存儲測量的字段，該字段可用來存儲路線中鐵路車站站點的相對位置，即測量值M。通過實際長度動態插值可得到線路上的每一個點的相對位置。本文中用到每條線路的起點（0里程）和終點（實際里程）作為其測量距離的參考值。（2）鐵路路徑系統創建完成后，在轉化過程中，由于測量值M只是根據線路的矢量化長度獲取的，這樣所得到的測量值M在鐵路線路相對較長的情況下很可能會與實際位置有所偏差，同時由于鐵路線路存在共線的情況，該部分線路測量值M可能會與實際位置存在偏差。因此，需要根據鐵路車站的里程標對路徑線路進行校正，校正完成后得到準確的基礎路徑系統。（3）根據鐵路貨運方向的起始車站、終止車站以及經由車站建立線事件圖層，同時包括貨運量、起始車站里程數和終止車站里程數等屬性信息。（4）動態分段和線性參照技術利用路徑事件表，即含有與路徑系統中唯一標識和貨物運輸里程的線事件屬性表，在路徑系統的基礎上，生成動態分段需要的線事件圖層。從而實現將線事件（鐵路貨運運輸量和方向）的屬性信息轉換為標準的空間數據線圖層，以實現鐵路貨運量信息的動態展示，并能進行快速的可視化表達及貨運方向箭頭的自動繪制。

3 鐵路貨運量可視化

本文在動態分段技術的基礎上，利用C#+AE編寫了鐵路線路動態分段的程序，并將動態分段程序發布為ArcGIS Server10.1的SOE服務擴展工具，方便WebGIS系統通過提供起始和終止車站編碼自動獲取貨運線路及其方向，并標注運量相關屬性信息，為科學決策提供可視化擴展工具。圖3中貨運量按裝車數分3種顏色進行顯示，因該鐵路貨運量圖形數據是動態生成，無需存儲鐵路貨運空間數據，為鐵路貨運量的可視化表達提供快捷、有效的表現方式。圖4為根據鐵路起始車站到終止車站的鐵路貨運方向自動繪制的箭頭，可明顯看出從月鏡站到月牙北站的鐵路貨運運輸線路過程，并能根據地圖的縮放比例自動增減箭頭的個數，為鐵路貨運運輸方向的表達提供空間可視化。

圖3 鐵路貨運量可視化

圖4 鐵路貨運方向可視化

4 結束語

本文基于ArcGIS動態分段和線性參考技術，建立了鐵路貨流徑路系統，詳細分析了動態分段技術在鐵路貨運量可視化中的實際應用情景，并編寫了ArcGIS Server的SOE服務擴展工具，開發了桌面系統，為科學研究決策提供了技術支持。

ArcGIS動態分段和線性參考技術在鐵路貨運量中的應用得到進一步擴展，突顯了GIS在鐵路貨運方面強大的空間分析能力，并能進行快速的空間可視化展示，為鐵路運輸管理部門提供分析管理的技術手段。

[1]楊 柳.公路GIS的動態分段技術研究[D].鄭州：鄭州大學，2004．

[2]沈 婕，間國年.動態分段技術及其在地理信息系統中的應用[J].南京師大學報自然科學版，2002，25（4）.

[3]陳紅華，劉珊紅，徐云和，等.動態分段技術在公路GIS中的運用[J].中南公路工程，2004（3）：139-141.

[4]程 雄，王 紅.GIS軟件應用-ArcInfo軟件操作與應用[M].武漢：武漢大學出版社，2004：198-238.

[5]田智慧,苗全生,武 舫.基于公路線性里程樁的動態分段技術應用研究[J].華東公路，2008（4）：49-51.