模板驅動的城市地下管線出圖研究

馬雷雷，杜澤欣，連世偉，梁汝鵬

（信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州450000）

城市地下管線與人們的生活息息相關，是城市賴以生存和發展的物質基礎，是城市安全與繁榮的根基，是城市地下空間規劃、城市建設、城市管理、城市應急和地下管線運行維護管理的基礎［1］。城市地下管線可抽象為管線點和管線線，管線點和管線線之間存在著密切的關系，即存在著豐富的拓撲關系，地下管線是環狀網和樹狀網構成的復雜網絡。城市地下管線信息具有統一性、精確性、完整性和基礎性等特點，在城市經濟和社會發展中具有非常重要的作用。

近年來，隨著城市建設的快速發展，國內地下管線事故頻發，造成很多負面影響。城市地下管線信息化建設作為“數字城市”的重要組成部分，并逐步建立各種城市地下管線信息系統［2－4］。城市地下管線信息系統是在計算機硬件、軟件、數據庫和網絡支持下，利用GIS技術對地下管線及其附屬設施的空間與屬性信息進行輸入、編輯、統計查詢、分析、更新維護、輸出、分發和共享應用的計算機管理系統。地下管線快速出圖系統是城市地下空間應急保障體系的重要組成部分，在城市地下管線綜合管理信息系統中具有舉足輕重的作用，系統能夠及時、有效地提供應急區域內的綜合管線圖。快速出圖系統在各個領域得到廣泛應用［5－7］，并呈現自動化和智能化趨勢。本文針對城市地下管線數據的特點，面向地下管線全生命周期管理，建立城市地下管線統一數據模型，設計管線制圖模板，并分析管線出圖的實現策略，通過實驗分析實現管線快速出圖的可能性。

1 城市地下管線統一數據模型構建

1．1 Geodatabase數據模型

GIS空間數據模型經歷了CAD、Coverage和Geodatabase三代數據模型。Geodatabase是一種基于關系數據庫的空間數據模型，采用面向對象技術進行組織和管理空間數據。Geodatabase的數據模型結構主要包括要素類、要素數據集、關系類、幾何網絡、域、有效規則、柵格數據集、TIN數據集等。Geodatabase對地理空間特征的表達比其它數據模型更接近人們對現實事物對象的認知和表達。

Geodatabase具有面向對象的特點：空間數據和屬性數據統一存儲；能夠創建“智能化”的要素，要素具有豐富的形狀、空間參考、關聯環境和復雜的行為等；支持不同數據格式的轉換；數據輸入和編輯更加準確，允許多用戶并發編輯；可伸縮的存儲解決方案；用矢量數據（點、線、面）來表達離散的空間要素。Geodatabase對象的作用就是給專業用戶提供一個高級的GIS信息模型，模型的具體數據可以多種方式存儲在標準的關系型數據庫和文件系統中，也可以XML流的形式進行存儲。

1．2 基于Geodatabase的地下管線統一數據模型

針對地下管線數據特點和Geodatabase表達空間數據的優勢，設計基于Geodatabase的地下管線統一數據模型［8］。管線點要素類、管線線要素類和注記要素類與傳統Geodatabase數據模型中的要素類沒有區別，模型在傳統Geodatabase模型的基礎上，增加了關聯數據集和索引圖要素類（見圖1）。

要素關聯類是針對管線數據的特征而設計的，通過關聯類型建立兩個要素類之間的關系（其中關聯類型是一個枚舉類型），可以實現通過一種要素類快速找到另外一種要素類。例如，通過建立管線點（主要素類）和管線線（次要素類）之間的關聯要素類，關聯類型為“點－線”，可以用于管線點線聯動編輯，幫助系統在移動管線點要素時迅速找到對應關聯要素集的點并實現聯動，能顯著提高管線數據的編輯效率。同樣可以把管線點和注記要素類建成關聯數據類，實現管線點和注記的聯動編輯。

索引圖要素集主要是針對地下管線業務而設計的，主要包括圖幅索引圖類和任務索引圖類兩種，主要服務于地下管線全生命周期的各個階段。圖幅索引圖主要是依據國家標準圖幅構建索引圖，包括按矩形分幅、按經緯度分幅和帶狀分幅3種；任務索引圖主要面向任務分幅，包括按工作名稱、派發時間、完成日期、工作編號和工作狀態分幅構建索引，方便管理人員進行任務分配，快速了解任務進展情況；有助于外業人員查看自己的任務區域；可以明確統計工程各階段的負責人、任務內容、完成情況等。在管線全生命周期的數據采集、施工竣工和管線維護等階段具有重要作用，例如某燃氣部門可能會按派發時間來統計燃氣管道的布設情況，那么專業人員可通過按派發時間構建的任務索引圖來快速生成燃氣管道的布設專題圖。

圖1 基于Geodatabase的地下管線統一數據模型

建立基于Geodatabase的地下管線統一數據模型，實現地下管線要素的統一表達，為后續開發基于B／S和C／S的管線綜合系統奠定基礎，本文將著重探討其在智能出圖中的應用。

2 管線制圖模板設計

傳統的管線制圖人工參與工作量較大，自動化程度不高，耗時較長。本文在構建地下管線統一數據模型后，設計適合管線快速出圖業務的制圖模板，主要包括符號模板、注記模板和圖廓整飾模板等，這些模板以XML格式形式存儲。

1）符號模板。主要對管線要素配置注記信息，系統使用該模板時能自動調用注記模板設計注記的字體、顏色、顯示位置等信息，為配圖提供便利。管線符號模板配置參數依據管線要素類型（點、線）分開設計，主要包括圖層名稱、符號名稱、符號描述、符號類型、符號大小、符號寬度、符號顏色、圖片路徑、符號角度、線形、主號、輔號、填充顏色、平移量X和平移量Y等。

2）注記模板。主要對管線要素進行符號化，實現自動調用符號模板符號化。管線注記模板配置參數依據管線要素類型（點、線）分開設計，主要包括注記字段、擴展字段、字體名稱、字體大小、字體顏色、注記位置、標記權重、要素權重、要素是否與注記關聯、要素是否與注記聯動、線上、線下、字體間距、是否鏤空、平移量X和平移量Y等。

3圖廓整飾模板。圖廓整飾模板是管線制圖模板的核心，主要對圖廓要素進行整飾排版，依據模板半自動實現綜合管線圖的輸出。圖廓整飾模板配置參數嚴格按照國家標準的圖式規范要求進行，主要包括分幅類型、紙張大小、靜態圖像參數、靜態和動態文本參數等，其中靜態圖像參數包括外圖框寬度、外圖框高度、外圖框線寬、外圖框顏色、內圖框相對位置、內圖框寬度、內圖框顏色、九宮格相對位置、九宮格X偏移量、九宮格Y偏移量、九宮格長度、九宮格寬度、九宮格線寬、圖例名稱、圖例相對位置、圖例顏色、圖例X偏移量、圖例Y偏移量、比例尺相對位置、比例尺X偏移量、比例尺Y偏移量、指北針相對位置、指北針X偏移量、指北針Y偏移量、指北針旋轉角度等，除了外圖框和內圖框參數是必選的，其他靜態圖像參數都是可選的；靜態和動態文本參數包括文本描述、文本標記、文本相對位置、文本X偏移量、文本Y偏移量、是否橫向顯示、文本內容、字體名稱、字體大小、字體顏色和動態文本字段（可選）。

圖廓整飾模板最核心的問題就是如何解決動態文本的表達，動態文本是指放置在地圖布局中且隨地圖文檔、數據框和數據驅動頁面的當前屬性而動態變化的文本，下節具體介紹動態文本的處理問題。

3 模板驅動的管線出圖實現策略

3．1 實驗模型框架設計與分析

構建面向管線業務的數據模型，設計管線制圖模板，研究模板驅動的管線出圖實現策略，以標準分幅為例設計管線出圖實驗模型的設計框架，如圖2所示。

在生成國家標準分幅圖時，按照國標規定，根據所要制圖輸出的范圍和制圖輸出比例尺自動計算。創建的圖幅索引圖要素類中自動創建標準分幅圖的面要素，同時自動計算每個分幅圖的九宮格信息和角坐標信息，九宮格信息和角坐標信息作為分幅圖面要素的屬性填入要素的屬性表，供依模板制圖輸出時使用。

3．2 模型實現

基于 Arc GIS Objects10．1和 Visual St udio 2012開發平臺，采用洛陽市城區給水管網數據，開發管線快速出圖系統，作為地下管線編輯入庫系統的一個子系統。

整個實驗過程中，主要是要解決兩個難點問題：①動態文本的表達問題，綜合利用圖廓整飾模板中的動態文本字段參數，動態文本表示如下：“＜dyn type＝＼”page＼“property＝＼”attribute＼“field＝＼”“＋txt＋ ”＼“domainlookup＝＼”tr ue＼“／＞”；②布局頁面的連續打印輸出，利用Arc GIS本身的數據驅動頁面擴展模塊，管線要素或索引圖層中的各個索引要素將地圖分割為多個部分，然后為每一個索引要素生成一個相應的頁面。

實驗設計圖層符號匹配器，結果如圖3所示，主要目的是為實現ESRI符號庫與專業管線數據庫之間的符號交互，同時也能實現圖層符號依據模板的快速配置。

圖3 圖層符號匹配器

本系統主要是證明地下管線快速出圖的可行性，為業務部門提供便攜出圖工具應用于作業單位，圖4顯示利用上述模板按矩形分幅進行地下管線出圖的結果。

圖4 基于模板的地下管線出圖結果（按矩形分幅）

實驗表明，基于模板的地下管線智能出圖方法是可行的，可以提高地下管線出圖業務中的智能程度，減少人工參與，提高工作效率。

4 結束語

針對當前地下管線出圖人工參與量大、出圖效率低的現狀，基于模板建立城市地下管線出圖實驗系統，實現綜合管線圖的自動符號化、自動注記和半自動圖廓整飾，只需少量人工參與即可快速成圖并出圖，并可以實現批量快速出圖，將其應用于城市地下空間綜合管理信息系統中，具有一定的推廣價值。

［1］ 楊伯鋼，張保鋼，陶迎春，等．城市地下管線數據建庫與共享應用［M］．北京：測繪出版社，2011：1－6．

［2］ 陳興華，石金鋒，叢日盛．基于 Web GIS的城市地下管線信息系統的建立［J］．測繪工程，2007，16（6）：34－37．

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［5］ 殷勇，印潔，丁圣陶，等．基礎地理信息數據庫的快速出圖技術［J］．測繪科學，2012，37（5）：197－199．

［6］ 張友挺，余躍平，劉增林．基于 Arc GIS的測繪應急地圖快速出圖系統的設計與實現［J］．測繪，2013，36（5）：201－203．

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［8］ 農宇，杜清運．基于Geodatabase的城市地下綜合管線數據庫設計［J］．測繪信息與工程，2010，35（6）：36－38．