地理信息系統(tǒng)在城鎮(zhèn)燃氣專題圖制作及應(yīng)用研究

石善忠

上海城市地理信息系統(tǒng)發(fā)展有限公司 上海 200032

引言

GIS技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)之一，它能夠?qū)⒌乩硇畔⒑蛯傩孕畔⑾嘟Y(jié)合，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理、分析和表達，提高空間信息的利用效率和數(shù)據(jù)的價值。在燃氣系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)和維護中，GIS技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。GIS系統(tǒng)能夠產(chǎn)出高質(zhì)量的矢量式地圖和圖表，成為專題圖制作的重要工具之一[1-2]。它不僅能夠以多種格式管理和存儲海量數(shù)據(jù)，同時還為制圖學(xué)提供了強有力的數(shù)據(jù)存儲、評價和分析功能[3-5]。本文旨在介紹GIS在燃氣專題圖制作及應(yīng)用方面的技術(shù)及其優(yōu)勢。以某市燃氣管道系統(tǒng)為例，詳細闡述了燃氣專題圖的制作過程及應(yīng)用研究。制作燃氣專題圖的重點是快速制作適用于不同場景的電子地圖。GIS技術(shù)能夠滿足這一需求，幫助用戶高效制作出具有豐富信息的地圖。

1 燃氣專題圖制圖流程[6]

燃氣專題圖的制作流程一般分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定、數(shù)據(jù)處理和專題圖制作4個階段。

1.1 數(shù)據(jù)收集

燃氣專題圖制作的第一步是數(shù)據(jù)采集，這是構(gòu)建燃氣管網(wǎng)的前提。數(shù)據(jù)采集包括地形、地貌、交通道路、建筑物、POI興趣點、軌道交通等信息。其中，燃氣管道及設(shè)施數(shù)據(jù)是燃氣專題圖中最重要的數(shù)據(jù)之一，其精度和完整性直接影響到專題圖的質(zhì)量和應(yīng)用效果。另外，巡檢維修信息、急搶修點位信息及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)也是專題圖制作的內(nèi)容，它們能夠提高燃氣運維保障的應(yīng)用，并且收集更多的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠更好地體現(xiàn)應(yīng)用研究的效果。因此，數(shù)據(jù)采集是制作高質(zhì)量燃氣專題圖的關(guān)鍵步驟，必須對數(shù)據(jù)的來源和準(zhǔn)確性進行嚴(yán)格把控，以確保專題圖的可靠性和實用性。

1.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

按照國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對燃氣管線顏色及設(shè)施符號進行整理，管線顏色線性要求見表1，表2所示，設(shè)施符號見表3所示。

表1 顏色要求

表2 線型要求

表3 設(shè)施符號樣式要求

物聯(lián)數(shù)據(jù)、巡檢維修信息、急搶修點位信息都以遠程點位信息存儲。

1.3 數(shù)據(jù)處理

燃氣管道及設(shè)施數(shù)據(jù)的處理需要進行標(biāo)準(zhǔn)建立、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系建立、數(shù)據(jù)匹配和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等步驟。標(biāo)準(zhǔn)建立是指對數(shù)據(jù)字段進行標(biāo)準(zhǔn)化建立，以保證數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)清洗則是指對采集到的數(shù)據(jù)進行去重、糾錯、補缺等操作，以使數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求。數(shù)據(jù)拓撲關(guān)系建立是指將數(shù)據(jù)中的點、線、面之間的空間關(guān)系建立起來，為后續(xù)的空間分析提供基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)匹配是指將采集到的數(shù)據(jù)與已有的數(shù)據(jù)進行比對，去除重復(fù)部分，保留有效信息。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指將數(shù)據(jù)從不同的坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)據(jù)格式。通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以為后續(xù)專題圖配置在系統(tǒng)中應(yīng)用提供更好的支持。

1.4 專題圖制作

專題圖的表示方法包括定點符號法、線狀符號法、等值線法、范圍法、定位圖表法、點值法、分級統(tǒng)計圖法、分區(qū)統(tǒng)計圖表法、解析圖表法等[7-8]。本文主要運用定點符號法和線狀符號法以ArcGIS為例主要研究制作多種城鎮(zhèn)燃氣專題圖應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。如圖1所示。

圖1 基于ArcGIS進行地圖制圖的主要流程

1.4.1 投影、比例尺設(shè)計。在比例尺設(shè)計過程中，需要考慮服務(wù)的加載速度、數(shù)據(jù)平滑度以及地圖美觀程度。針對設(shè)施標(biāo)注和管線標(biāo)注配置，經(jīng)過多次實踐得出最佳放大比例為1∶500以下再進行顯示，以達到最佳效果。對于燃氣主要設(shè)施，如調(diào)壓器和閥門等，應(yīng)按照壓力等級分級展示，將壓力等級較高的在小比例尺下展示，將壓力等級較低的在大比例尺下展示。管線的配置方式與設(shè)施類似，但需要注意優(yōu)先級問題，注記優(yōu)先，設(shè)施和管件第二，管線最后。若優(yōu)先級配置錯誤，會導(dǎo)致顯示內(nèi)容錯位，因此需要慎重處理。

1.4.2 地圖內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。在制作燃氣標(biāo)準(zhǔn)地圖矢量要素服務(wù)時，需要遵循最初的比例尺設(shè)計，同時與基礎(chǔ)底圖切片服務(wù)和矢量服務(wù)的展示相匹配。在實際應(yīng)用中，第一層要素集包含標(biāo)注文本，其中包括設(shè)施標(biāo)注文本、相關(guān)管線標(biāo)注文本及標(biāo)注引線。第二、三層級為辦公場所和輔助數(shù)據(jù)，因為不常用設(shè)定為關(guān)閉狀態(tài)，在燃氣GIS系統(tǒng)中可以通過圖層控制進行打開。第四層級為設(shè)施和零件，主要設(shè)施根據(jù)不同的顏色進行符號配置，相關(guān)符號制作采用透明背景PNG格式或BMP位圖格式。設(shè)施在燃氣行業(yè)中是比較重要的設(shè)備，需要進行定期保養(yǎng)巡檢和施工交底，因此進行了文本標(biāo)注顯示。標(biāo)注顯示主要采用ArcGIS Labeling模塊中的Maplex Label引擎，該引擎可以控制標(biāo)注顯示位置并且設(shè)定去除重復(fù)項和防碰撞選項，提高了配圖的美觀度，也可方便用戶識圖。零件主要用點樣式符號進行表示，主要描述空間位置即可。第五層級為管線，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)分類要素集進行管線配置。在制圖過程中還應(yīng)考慮管線壓力級制，壓力級制高的管線設(shè)定線性時應(yīng)選擇較粗線性，壓力級制低的管線應(yīng)選擇較細線性。最后一層級主要配置相關(guān)補充地形、補充地形文本和圖幅網(wǎng)格。配置后結(jié)果如圖2所示。

圖2 燃氣標(biāo)準(zhǔn)地圖配圖模板

制作燃氣專題地圖服務(wù)時，為了讓用戶更好地理解燃氣專題地圖服務(wù)的目的，需要考慮用戶的辨識性。可以采用不同的方法來達到這個目的，例如色階法、分組配色法、透明度控制等。標(biāo)注也應(yīng)該符合用戶的辨識要求，可以采用復(fù)合標(biāo)注。使用色階法可以使顏色平滑過渡，有效地顯示地圖信息。分組配色法可以將同類型管道和工程進行分組，方便燃氣管道改造和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計。透明度控制可以提高展示效果，使可視化更加舒適。在一些特殊場景，例如巡檢場景，可以采用復(fù)合標(biāo)注來讓用戶快速辨識樣板信息及網(wǎng)格與管線的關(guān)聯(lián)關(guān)系。配置后的復(fù)合標(biāo)注結(jié)果如圖3所示。

圖3 燃氣復(fù)合標(biāo)注配圖模板

2 GIS專題圖在燃氣應(yīng)用中效果及優(yōu)勢

2.1 適用于不同場景的地圖服務(wù)構(gòu)建[9]

地下管線應(yīng)用GIS場景較多，通過利用ArcGIS制圖軟件可以快速制作專題圖，作戰(zhàn)指揮圖。在智慧燃氣應(yīng)用中，為滿足輸配管道日常應(yīng)用需求，制作了管道材質(zhì)專題圖，壓力專題圖，口徑專題圖，管道敷設(shè)專題圖，管道在建區(qū)域?qū)ｎ}圖等多種專題圖并提供了相關(guān)地圖服務(wù)。

2.2 老舊隱患管理

根據(jù)年限、材質(zhì)及相關(guān)工藝情況，存在一些老舊和存在隱患的燃氣管道。為了迅速解決這些問題，需要對這些管道進行改造。為了滿足快速評估管道風(fēng)險并進行管理，可以通過紅黃綠配色的方式對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分類，并標(biāo)識管道的風(fēng)險級別。通過使用GIS制圖軟件，可以制作專題圖冊，快速滿足“掛圖作戰(zhàn)”的要求。老舊隱患管網(wǎng)專題圖冊可以為燃氣隱患管理提供重要的支持。

2.3 管道運維管理

利用GIS能夠建立管道運維管理系統(tǒng)，通過管道的實時監(jiān)測，故障診斷，管網(wǎng)巡檢等可以提高管道運維的效率和精度。利用GIS專題圖通過將管網(wǎng)設(shè)施展現(xiàn)在地圖上可以幫助管理人員全面了解管網(wǎng)空間分布和關(guān)聯(lián)關(guān)系。其次可以提高管網(wǎng)管理水平通過管網(wǎng)巡檢利用GIS專題圖可以了解管網(wǎng)巡檢狀況，運行狀態(tài)和設(shè)施情況進行全面準(zhǔn)確地數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計為管理決策提供科學(xué)的依據(jù)，提升管理水平和決策質(zhì)量。

2.4 應(yīng)急管理

利用GIS技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地了解燃氣管道的位置以及周邊環(huán)境信息，這有助于在突發(fā)事件發(fā)生時進行緊急處置和災(zāi)害評估。通過GIS專題圖，可以將燃氣管網(wǎng)的數(shù)據(jù)按照地理位置進行分層次展示，并分析數(shù)據(jù)的分布情況，從而發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風(fēng)險區(qū)域，并及時制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，如管道占壓分析。此外，GIS專題圖可視化呈現(xiàn)，方便應(yīng)急管理人員快速掌握管網(wǎng)分布情況，有助于進行針對性的應(yīng)急處置。另外，GIS專題圖還可以將燃氣管網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)（包括材質(zhì)、口徑、壓力、投運年限、埋設(shè)深度等信息）整合到同一平臺上，有效提高數(shù)據(jù)的利用率。通過對燃氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行分析和整合，GIS專題圖能夠為應(yīng)急管理人員提供科學(xué)的決策支持，從而使得應(yīng)急處置措施更加高效、精準(zhǔn)。

2.5 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)展示

利用GIS專題圖結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)可以實時監(jiān)控和預(yù)測各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。如調(diào)壓器進出口壓力，流量，溫度，濕度等等。此外，還可以實現(xiàn)安全管理和預(yù)警監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)。最后利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以更加直觀，可視化的展示出來，幫助用戶更好的理解數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過研究標(biāo)準(zhǔn)地圖的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及投影設(shè)計、模板制定及相關(guān)制作流程，可以將燃氣專題圖配置應(yīng)用更加直觀全面地展現(xiàn)出來。這些專題圖可用于管道信息可視化展示、風(fēng)險評估和管理、智能化管道運維管理、決策支持與規(guī)劃。在相關(guān)專題場景應(yīng)用中，利用ArcGIS制圖軟件能夠快速高效地制圖，制圖效果更加美觀清晰。

GIS專題圖設(shè)置在燃氣應(yīng)用中非常重要。以后可以將GIS專題圖與現(xiàn)有和新興技術(shù)進行深度融合，提高燃氣管道管理的效率和安全性，同時提高管道管理決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，進一步推動燃氣行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。