模板驱动的城市地下管线出图研究

马雷雷，杜泽欣，连世伟，梁汝鹏

（信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州450000）

城市地下管线与人们的生活息息相关，是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市安全与繁荣的根基，是城市地下空间规划、城市建设、城市管理、城市应急和地下管线运行维护管理的基础［1］。城市地下管线可抽象为管线点和管线线，管线点和管线线之间存在着密切的关系，即存在着丰富的拓扑关系，地下管线是环状网和树状网构成的复杂网络。城市地下管线信息具有统一性、精确性、完整性和基础性等特点，在城市经济和社会发展中具有非常重要的作用。

近年来，随着城市建设的快速发展，国内地下管线事故频发，造成很多负面影响。城市地下管线信息化建设作为“数字城市”的重要组成部分，并逐步建立各种城市地下管线信息系统［2－4］。城市地下管线信息系统是在计算机硬件、软件、数据库和网络支持下，利用GIS技术对地下管线及其附属设施的空间与属性信息进行输入、编辑、统计查询、分析、更新维护、输出、分发和共享应用的计算机管理系统。地下管线快速出图系统是城市地下空间应急保障体系的重要组成部分，在城市地下管线综合管理信息系统中具有举足轻重的作用，系统能够及时、有效地提供应急区域内的综合管线图。快速出图系统在各个领域得到广泛应用［5－7］，并呈现自动化和智能化趋势。本文针对城市地下管线数据的特点，面向地下管线全生命周期管理，建立城市地下管线统一数据模型，设计管线制图模板，并分析管线出图的实现策略，通过实验分析实现管线快速出图的可能性。

1 城市地下管线统一数据模型构建

1．1 Geodatabase数据模型

GIS空间数据模型经历了CAD、Coverage和Geodatabase三代数据模型。Geodatabase是一种基于关系数据库的空间数据模型，采用面向对象技术进行组织和管理空间数据。Geodatabase的数据模型结构主要包括要素类、要素数据集、关系类、几何网络、域、有效规则、栅格数据集、TIN数据集等。Geodatabase对地理空间特征的表达比其它数据模型更接近人们对现实事物对象的认知和表达。

Geodatabase具有面向对象的特点：空间数据和属性数据统一存储；能够创建“智能化”的要素，要素具有丰富的形状、空间参考、关联环境和复杂的行为等；支持不同数据格式的转换；数据输入和编辑更加准确，允许多用户并发编辑；可伸缩的存储解决方案；用矢量数据（点、线、面）来表达离散的空间要素。Geodatabase对象的作用就是给专业用户提供一个高级的GIS信息模型，模型的具体数据可以多种方式存储在标准的关系型数据库和文件系统中，也可以XML流的形式进行存储。

1．2 基于Geodatabase的地下管线统一数据模型

针对地下管线数据特点和Geodatabase表达空间数据的优势，设计基于Geodatabase的地下管线统一数据模型［8］。管线点要素类、管线线要素类和注记要素类与传统Geodatabase数据模型中的要素类没有区别，模型在传统Geodatabase模型的基础上，增加了关联数据集和索引图要素类（见图1）。

要素关联类是针对管线数据的特征而设计的，通过关联类型建立两个要素类之间的关系（其中关联类型是一个枚举类型），可以实现通过一种要素类快速找到另外一种要素类。例如，通过建立管线点（主要素类）和管线线（次要素类）之间的关联要素类，关联类型为“点－线”，可以用于管线点线联动编辑，帮助系统在移动管线点要素时迅速找到对应关联要素集的点并实现联动，能显著提高管线数据的编辑效率。同样可以把管线点和注记要素类建成关联数据类，实现管线点和注记的联动编辑。

索引图要素集主要是针对地下管线业务而设计的，主要包括图幅索引图类和任务索引图类两种，主要服务于地下管线全生命周期的各个阶段。图幅索引图主要是依据国家标准图幅构建索引图，包括按矩形分幅、按经纬度分幅和带状分幅3种；任务索引图主要面向任务分幅，包括按工作名称、派发时间、完成日期、工作编号和工作状态分幅构建索引，方便管理人员进行任务分配，快速了解任务进展情况；有助于外业人员查看自己的任务区域；可以明确统计工程各阶段的负责人、任务内容、完成情况等。在管线全生命周期的数据采集、施工竣工和管线维护等阶段具有重要作用，例如某燃气部门可能会按派发时间来统计燃气管道的布设情况，那么专业人员可通过按派发时间构建的任务索引图来快速生成燃气管道的布设专题图。

图1 基于Geodatabase的地下管线统一数据模型

建立基于Geodatabase的地下管线统一数据模型，实现地下管线要素的统一表达，为后续开发基于B／S和C／S的管线综合系统奠定基础，本文将着重探讨其在智能出图中的应用。

2 管线制图模板设计

传统的管线制图人工参与工作量较大，自动化程度不高，耗时较长。本文在构建地下管线统一数据模型后，设计适合管线快速出图业务的制图模板，主要包括符号模板、注记模板和图廓整饰模板等，这些模板以XML格式形式存储。

1）符号模板。主要对管线要素配置注记信息，系统使用该模板时能自动调用注记模板设计注记的字体、颜色、显示位置等信息，为配图提供便利。管线符号模板配置参数依据管线要素类型（点、线）分开设计，主要包括图层名称、符号名称、符号描述、符号类型、符号大小、符号宽度、符号颜色、图片路径、符号角度、线形、主号、辅号、填充颜色、平移量X和平移量Y等。

2）注记模板。主要对管线要素进行符号化，实现自动调用符号模板符号化。管线注记模板配置参数依据管线要素类型（点、线）分开设计，主要包括注记字段、扩展字段、字体名称、字体大小、字体颜色、注记位置、标记权重、要素权重、要素是否与注记关联、要素是否与注记联动、线上、线下、字体间距、是否镂空、平移量X和平移量Y等。

3图廓整饰模板。图廓整饰模板是管线制图模板的核心，主要对图廓要素进行整饰排版，依据模板半自动实现综合管线图的输出。图廓整饰模板配置参数严格按照国家标准的图式规范要求进行，主要包括分幅类型、纸张大小、静态图像参数、静态和动态文本参数等，其中静态图像参数包括外图框宽度、外图框高度、外图框线宽、外图框颜色、内图框相对位置、内图框宽度、内图框颜色、九宫格相对位置、九宫格X偏移量、九宫格Y偏移量、九宫格长度、九宫格宽度、九宫格线宽、图例名称、图例相对位置、图例颜色、图例X偏移量、图例Y偏移量、比例尺相对位置、比例尺X偏移量、比例尺Y偏移量、指北针相对位置、指北针X偏移量、指北针Y偏移量、指北针旋转角度等，除了外图框和内图框参数是必选的，其他静态图像参数都是可选的；静态和动态文本参数包括文本描述、文本标记、文本相对位置、文本X偏移量、文本Y偏移量、是否横向显示、文本内容、字体名称、字体大小、字体颜色和动态文本字段（可选）。

图廓整饰模板最核心的问题就是如何解决动态文本的表达，动态文本是指放置在地图布局中且随地图文档、数据框和数据驱动页面的当前属性而动态变化的文本，下节具体介绍动态文本的处理问题。

3 模板驱动的管线出图实现策略

3．1 实验模型框架设计与分析

构建面向管线业务的数据模型，设计管线制图模板，研究模板驱动的管线出图实现策略，以标准分幅为例设计管线出图实验模型的设计框架，如图2所示。

在生成国家标准分幅图时，按照国标规定，根据所要制图输出的范围和制图输出比例尺自动计算。创建的图幅索引图要素类中自动创建标准分幅图的面要素，同时自动计算每个分幅图的九宫格信息和角坐标信息，九宫格信息和角坐标信息作为分幅图面要素的属性填入要素的属性表，供依模板制图输出时使用。

3．2 模型实现

基于 Arc GIS Objects10．1和 Visual St udio 2012开发平台，采用洛阳市城区给水管网数据，开发管线快速出图系统，作为地下管线编辑入库系统的一个子系统。

整个实验过程中，主要是要解决两个难点问题：①动态文本的表达问题，综合利用图廓整饰模板中的动态文本字段参数，动态文本表示如下：“＜dyn type＝＼”page＼“property＝＼”attribute＼“field＝＼”“＋txt＋ ”＼“domainlookup＝＼”tr ue＼“／＞”；②布局页面的连续打印输出，利用Arc GIS本身的数据驱动页面扩展模块，管线要素或索引图层中的各个索引要素将地图分割为多个部分，然后为每一个索引要素生成一个相应的页面。

实验设计图层符号匹配器，结果如图3所示，主要目的是为实现ESRI符号库与专业管线数据库之间的符号交互，同时也能实现图层符号依据模板的快速配置。

图3 图层符号匹配器

本系统主要是证明地下管线快速出图的可行性，为业务部门提供便携出图工具应用于作业单位，图4显示利用上述模板按矩形分幅进行地下管线出图的结果。

图4 基于模板的地下管线出图结果（按矩形分幅）

实验表明，基于模板的地下管线智能出图方法是可行的，可以提高地下管线出图业务中的智能程度，减少人工参与，提高工作效率。

4 结束语

针对当前地下管线出图人工参与量大、出图效率低的现状，基于模板建立城市地下管线出图实验系统，实现综合管线图的自动符号化、自动注记和半自动图廓整饰，只需少量人工参与即可快速成图并出图，并可以实现批量快速出图，将其应用于城市地下空间综合管理信息系统中，具有一定的推广价值。

［1］ 杨伯钢，张保钢，陶迎春，等．城市地下管线数据建库与共享应用［M］．北京：测绘出版社，2011：1－6．

［2］ 陈兴华，石金锋，丛日盛．基于 Web GIS的城市地下管线信息系统的建立［J］．测绘工程，2007，16（6）：34－37．

［3］ 解智强，王贵武，高忠，等．基于GIS模型的昆明市地下排水管线数据库设计与表达应用［J］．测绘通报，2010（10）：59－62．

［4］ 解智强，杜清运，高忠，等．地下管线通用GIS平台建设及其在城市排水管理中的应用研究［J］．测绘通报，2010（10）：72－75．

［5］ 殷勇，印洁，丁圣陶，等．基础地理信息数据库的快速出图技术［J］．测绘科学，2012，37（5）：197－199．

［6］ 张友挺，余跃平，刘增林．基于 Arc GIS的测绘应急地图快速出图系统的设计与实现［J］．测绘，2013，36（5）：201－203．

［7］ 曹建成，张忠辉，余晓松，等．浅谈测绘应急保障快速出图服务体系建设［J］．地理空间信息，2012（6）：73－77．

［8］ 农宇，杜清运．基于Geodatabase的城市地下综合管线数据库设计［J］．测绘信息与工程，2010，35（6）：36－38．