基于ArcGIS Engine的生態系統格局中土地利用的時態可視化

景軍

摘要：針對時態數據的可視化問題，基于ArcGIS Engine平臺，使用C#腳本語言，設計并實現時態數據根據歷史時間軸依次在ArcGIS地圖上動態可視化。動態地將歷史土地利用數據直觀地展現在地圖中，直觀呈現和感知地理時空過程信息，生動揭示過程變遷和演化的規律以及趨勢，延伸多維時空數據應用的深度和廣度。

關鍵詞：ArcGIS Engine；C#語言；時態圖層

隨著時間的推移，生態系統格局中土地利用（以下簡稱為“土地利用”）的類型發生著復雜多變的時空過程信息，不同地類之間進行著交錯變化。時空數據是對地理時空過程的時間、空間和屬性的描述，能夠反映地球表層空間地理對象隨時間變化而變化的時空過程信息。使用靜態數據無法體現出生態系統格局中土地利用數據的時空性質，需要研究蘊含在多維時空數據集中，并合理有效地對土地利用數據進行時空動態可視化。對土地利用數據的整理是數據分析的基礎，利用ArcGIS Engine二次開發，建立一種面向地理時空過程表達的動態可視化技術和方法，通過時間軸動畫、多時態對比、實體回溯等動態可視化表達方法對土地利用數據進行可視化回放，動態地將歷史土地利用數據直觀地展現在地圖中，來直觀呈現和感知地理時空過程信息，生動揭示過程變遷和演化的規律以及趨勢，延伸多維時空數據應用的深度和廣度。

1動態可視化表達的目標

時態數據是時間數據在狀態上的表現，能夠多維動態地展示數據。在生態系統格局中土地利用領域，可以用來表現土地類型隨時間的屬性變化，從而對土地利用類型變化狀況進行分析；土地類型間相互轉化的狀況，如草地轉換為農田、農田轉換為建設用地等，都能夠在地圖上直觀地呈現出來。

土地利用的地理時空過程可以解釋為土地類型的屬性隨著時間推移產生的連續變化過程。與傳統的空間數據對比，土地利用的時空數據增加了時間維度，在其語義、結構、操作、存儲上都更為復雜。土地利用的地理時空過程動態可視化主要是展示土地利用與土地覆被數據隨時間變化而變化的動態過程[1]。

2時態數據

土地利用的時態數據需要通過ArcGIS的空間疊加分析工具進行數據預處理[2]。屬性中需含存儲時間信息的字段，字段的類型沒有要求一定是日期時間型，也可以為文本型或者數字型。在設置時間字段時需要對基礎數據集進行規范化，剔除非法數據、字符等。一般有以行格式存儲時態數據、在日期字段中存儲時間值、包含時間值的索引字段、使用標準時間等約束性的規則[3]。

所用到的數據通過ArcGIS工具箱中的字段轉置工具對相應歷史年份數據設置為時間字段（“time”）。數據表如表1所示。

3土地利用數據可視化設計與實現

3.1 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是開發人員用于建立自定義應用程序的嵌入式GIS組件的完整類庫。針對不同的功能，ArcGIS提供了相應的組件類庫，實現功能的核心是對時態數據圖層的設置和調用。ArcGIS Engine提供了相應的開發接口供用戶根據實際要求開發相應的時態數據回放功能[4]。

3.2 設計實現

實現對毀傷數據的可視化這一功能，本質過程是將毀傷數據導入生成時態數據圖層，之后再使用ArcGIS Engine編程調用。因此工作主要分為兩個方面的階段。

3.2.1 制作地圖文檔

（1）根據行政區與土地利用數據制作地圖文檔（.mxd）。

（2）通過土地利用基礎數據庫，將歷史數據作為時態數據圖層制作至地圖文檔中。

3.2.2 編程實現

（1）加載地圖文檔

（2）設置歷史時態數據層的屬性，包括歷史時間、步長、時區等

（3）動態顯示數據開發

通過使用Tracking Analyst開發，設置Tracking環境、添加FeatureClass，創建Tracking圖層，設置Renderer和其他ITemporalLayer屬性、隨時間變化更新軌跡和修改TemporalPerspective屬性（時間值）來控制當前播放的位置等過程實現[5]。

采用下列接口實現時態數據的回放瀏覽功能，如表2所示：

土地利用時態數據就會依據歷史時間軸的順序依次在地圖上動態呈現。可見，基于ArcGIS Engine的土地利用數據可視化能夠方便、直觀地回放展現出土地類型歷史變化狀況，如圖1、圖2所示。

4結語

針對目前烏魯木齊市土地利用數據的時態可視化問題，介紹了時態數據的概念及相關術語、ArcGIS Engine的開發框架與開發接口。使用基于ArcGIS Engine+C#腳本語言，編程實現了對土地利用數據的時態數據可視化，使一幅幅靜態圖像變革為鮮活的動態可視化表現方式，為烏魯木齊市生態系統格局中的土地利用數據直觀呈現和感知地理時空過程信息，生動揭示過程變遷和演化的規律以及趨勢，延伸多維時空數據應用的深度和廣度。同時，也為生態系統格局分析工作提供了技術支持。

[參考文獻]

[1]吳建華.基于ArcGIS Engine的GIS軟件開發方法.測繪通報，2010，（11）：54-57.

[2]王亮，趙榮，李玉祥，范榮雙.空間信息服務時態數據的管理與應用.測繪通報，2010， （11） ： 54-57.

[3]吳信才，曹志月.時態GIS的基本概念、功能及其實現方法[J].地球科學，2002，27（3）：241- 244.

[4]牟乃夏.ArcGIS Engine 地理信息系統開發教程.測繪出版社，2015.

[5]湯國安.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程.科學出版社，2012.

基金項目：自治區公益院所基本科研基金，項目名稱：基于ArcGIS的動態顯示模型開發，項目編號：KY2017126 。