论文部分内容阅读
摘要：本文在获取了相关数据后，详细研究了如何生成管线的纵横断面图，设计了管线与断面交点生成算法、线性内插算法、交点定位算法，设计了管线纵横断面的数据结构，实现了属性信息与断面图形信息的联合输出，断面纵横坐标分比例尺输出，管线纵横断面图的生成等等。
关键词：纵横断面；地理信息系统；地下管线；数据挖掘
地下管线被称为城市的生命线，是城市基础设施的重要组成部分。在城市地下所敷设的各类缆线、管道等不仅纵横交错，而且复杂隐蔽。对GIS所特有的空间分析和空间数据管理功能进行合理利用，方便为市政部门提供直观的辅助分析，能够对已有的管线信息进行有效挖掘。路面的埋深情况、道路下各管线以及各管线之间的空间关系，管线的纵横断面图都可以进行直观的反映，对于各类管线的敷设、设计、维修等有着不可替代的指导意义，其是管线工程设计的基础，此外也是进行各类城市市政建设的重要依据。这也就说明了，在城市管网GIS系统的构建中，如何根据已经掌握的数据生成管线的纵横断面图是需要解决的一个关键性问题。本文结合实际，对管线纵横断面分析的实现方法、实现过程、关键问题的相应解决方法进行了简要探讨。
一、设计管线纵横断面数据文件结构
其中，设计管线类型这一数据项的目的是为了在输出管线断面图的时候，在绘制相应管线断面图时能够按照管线图上管线的颜色进行绘制，这样一来管网的断面信息就能够更加直观地进行反映。本文对管线粉色输出的有关设计限于篇幅不进行介绍。
二、管线与断面交点定位、交点生成、线性内插算法设计
如何获取交点的管顶高、管底高、地面高和交点的坐标，以及如何根据给出的断面对预期所相交的管线进行判断是分析管线断面的关键。我们可以通过以下思路对以上问题进行解决：确定与其相交的管线， 对所有的管线进行判断， 利用MapBasic的函数在得到相应的管线后，求出管线与断面的交点坐标，然后对交点在相应的管线上定位以及对该交点最近的上下两管线点利用MapBasic编写程序进行搜索，然后在对搜索到的两管线点进行利用，采用线性内插方法求出交点的管顶高（ZT）、管底高（ZB）以及地面高（Z）等信息。
将两个已知的相应管线点的平面作为设为X、Y和管顶高、管底高、地面高，分别为：X2、Y2、Z2、ZT2、ZB2以及X1、Y1、Z1、ZT1、ZB1，已求得的管线与断面交点的平面坐标为Y3、X3，那么采用线性内插的方法对管线和断面的交点Z、ZB、ZT有如下过程：
三、管线纵横断面图的实现
（1）管线断面图不同比例尺纵坐标与横坐标输出的实现
纵坐标在管线的断面图中差值（高程）较小，如果与横坐标（距离）使用相同的比例尺仪器进行输出，那么所现显示的断面效果则较差，所以，在输出时我们要采取不同的比例尺。具体实现方法如下：
首先系统会先给出一个对话框，要求用户将管线断面的横向比例尺与纵向比例尺如入其中。以横向比例尺为基准根据所输入的比例尺显示断面图形，但是在这个时候的纵坐标（高程）需要进行处理，也就是说，绘图时所使用的纵坐标等于横坐标比例尺分母乘以纵坐标除以纵坐标比例尺分母，而在注记纵坐标的高程时则还是使用原来的高程数值。这样一来管线断面图的横坐标和纵坐标的分比例尺输出就实现了。图2为系统同用户交互式输入管线断面图的横比例尺和纵比例尺对话框。
（2）生成管线纵横断面图
以上文中所叙述的算法设计、各类专题管线图、断面数据结构设计、综合管线图已绘制的基础上，我们可以生成管线纵横的断面图。实现纵断面图的过程为：要先在辅助线层生成断面，选取两个同一管线上的点，在断面生成后，对两管线点以及他们之间的管线点位置进行搜索，同时按照所涉及的断面数据结构，对纵断面的管线数据文件进行生成。但由于往往管线纵断面都是其他管线的横断面，所以我们必须要将此纵断面当作是横断面，并且按照生成横断面的算法生成该断面的相关数据。然后在分别生成横断面以及纵断面的线MIF以及点的MID、MIF文件，最后即可生成管线的纵断面图。
实现横断面图的具体过程为：要先将需作横断面的图层打开，然后对横断面的位置进行确定，专门设计一层辅助线层fzxc，根据MAPINFO的特点，用于生成管线纵横断面线。利用MapBasic编写程序在管线断面线生成后实现上述算法，那么便可得到断面的数据文件。按照MAPINFO的MID、MIF文件格式，利用管线的断面数据文件，可以分别生成断面的线的MIF以及断面的点MID、MIF文件，操作该文件，最后即可绘制管线的横断面图。
（3）管线断面属性信息和图形信息的联合输出
将管线断面的属性信息和图形信息设计为在同一个窗口中显示输出，以便于信息的输出以及信息的获取。在同一个窗口内这样不仅可以可以精确得到各个断面点的属性信息，还可以将断面的图形信息直观地显示出来。所以，对各项管线工程利用管线纵横断面图的有效性以及准确性有着提高的作用，我们可以利用MapBasic的函数编写程序来实现这些。
通过上文叙述的管线纵横断面图的横向和纵向比例输出、管线纵横断面图的生成以及管线断面属性信息和图形信息的联合输出，最终所生成的管线横断面图以及管线纵断面图，如图3、图4所示。
总结：
当前，在各个领域的研究热点是，深入挖掘已掌握的数据，得到用户感兴趣的各种信息。本文以已掌握的管网数据为基础，对如何进行数据挖掘，如何对管网的纵横断面进行分析进行了一定的研究。结合实际对管网断面图的输出进行了较为详细的研究，分析并设计了管网断面的实现算法以及数据结构，最后通过进行模拟，得出了正常的结果。此外，该管线断面分析还需要进一步完善，主要应该从以下两个方面入手：
（1）直接将断面分析的结构应用于管线的设计、管理、规划、施工等过程，为其提供相应的决策服务。这就需要建立与市政部门各管线直属部门之间的联系，对作业流程和数据流进行分析，并通过软件编程来实现。
（2）应该考虑在特殊情况下对断面分析的相应处理方法。比如说，垂直走向的一管段，投影到平面上的一个点，不管是横断面还是纵断面分析，都应该进行特殊处理。
参考文献：
[1]杨晓丽.基于ArcGIS的沈阳市地下综合管网信息系统的设计与开发[D].武汉：武汉大学硕士学位论文， 2009（03）.
[2]龚俊，王新洲.城市地下管线信息管理系统的探讨[J].地理空间信息，2005 （03）.
[3]于海龙，谢刚生，李大军.基于GIS的城市地下管网纵横断面分析的设计与实现[J].工程勘察， 2010（1）.
[4]孟亚锋等.基于 GIS 的地下管线管理信息系统[J].建筑技术开发，2002 （04）.
[5]韩勇，陈戈，李海涛.基于GIS的城市地下管线空间分析模型的建立与实现[J].中国海洋大学学报， 2004 （03）.
关键词：纵横断面；地理信息系统；地下管线；数据挖掘
地下管线被称为城市的生命线，是城市基础设施的重要组成部分。在城市地下所敷设的各类缆线、管道等不仅纵横交错，而且复杂隐蔽。对GIS所特有的空间分析和空间数据管理功能进行合理利用，方便为市政部门提供直观的辅助分析，能够对已有的管线信息进行有效挖掘。路面的埋深情况、道路下各管线以及各管线之间的空间关系，管线的纵横断面图都可以进行直观的反映，对于各类管线的敷设、设计、维修等有着不可替代的指导意义，其是管线工程设计的基础，此外也是进行各类城市市政建设的重要依据。这也就说明了，在城市管网GIS系统的构建中，如何根据已经掌握的数据生成管线的纵横断面图是需要解决的一个关键性问题。本文结合实际，对管线纵横断面分析的实现方法、实现过程、关键问题的相应解决方法进行了简要探讨。
一、设计管线纵横断面数据文件结构
其中，设计管线类型这一数据项的目的是为了在输出管线断面图的时候，在绘制相应管线断面图时能够按照管线图上管线的颜色进行绘制，这样一来管网的断面信息就能够更加直观地进行反映。本文对管线粉色输出的有关设计限于篇幅不进行介绍。
二、管线与断面交点定位、交点生成、线性内插算法设计
如何获取交点的管顶高、管底高、地面高和交点的坐标，以及如何根据给出的断面对预期所相交的管线进行判断是分析管线断面的关键。我们可以通过以下思路对以上问题进行解决：确定与其相交的管线， 对所有的管线进行判断， 利用MapBasic的函数在得到相应的管线后，求出管线与断面的交点坐标，然后对交点在相应的管线上定位以及对该交点最近的上下两管线点利用MapBasic编写程序进行搜索，然后在对搜索到的两管线点进行利用，采用线性内插方法求出交点的管顶高（ZT）、管底高（ZB）以及地面高（Z）等信息。
将两个已知的相应管线点的平面作为设为X、Y和管顶高、管底高、地面高，分别为：X2、Y2、Z2、ZT2、ZB2以及X1、Y1、Z1、ZT1、ZB1，已求得的管线与断面交点的平面坐标为Y3、X3，那么采用线性内插的方法对管线和断面的交点Z、ZB、ZT有如下过程：
三、管线纵横断面图的实现
（1）管线断面图不同比例尺纵坐标与横坐标输出的实现
纵坐标在管线的断面图中差值（高程）较小，如果与横坐标（距离）使用相同的比例尺仪器进行输出，那么所现显示的断面效果则较差，所以，在输出时我们要采取不同的比例尺。具体实现方法如下：
首先系统会先给出一个对话框，要求用户将管线断面的横向比例尺与纵向比例尺如入其中。以横向比例尺为基准根据所输入的比例尺显示断面图形，但是在这个时候的纵坐标（高程）需要进行处理，也就是说，绘图时所使用的纵坐标等于横坐标比例尺分母乘以纵坐标除以纵坐标比例尺分母，而在注记纵坐标的高程时则还是使用原来的高程数值。这样一来管线断面图的横坐标和纵坐标的分比例尺输出就实现了。图2为系统同用户交互式输入管线断面图的横比例尺和纵比例尺对话框。
（2）生成管线纵横断面图
以上文中所叙述的算法设计、各类专题管线图、断面数据结构设计、综合管线图已绘制的基础上，我们可以生成管线纵横的断面图。实现纵断面图的过程为：要先在辅助线层生成断面，选取两个同一管线上的点，在断面生成后，对两管线点以及他们之间的管线点位置进行搜索，同时按照所涉及的断面数据结构，对纵断面的管线数据文件进行生成。但由于往往管线纵断面都是其他管线的横断面，所以我们必须要将此纵断面当作是横断面，并且按照生成横断面的算法生成该断面的相关数据。然后在分别生成横断面以及纵断面的线MIF以及点的MID、MIF文件，最后即可生成管线的纵断面图。
实现横断面图的具体过程为：要先将需作横断面的图层打开，然后对横断面的位置进行确定，专门设计一层辅助线层fzxc，根据MAPINFO的特点，用于生成管线纵横断面线。利用MapBasic编写程序在管线断面线生成后实现上述算法，那么便可得到断面的数据文件。按照MAPINFO的MID、MIF文件格式，利用管线的断面数据文件，可以分别生成断面的线的MIF以及断面的点MID、MIF文件，操作该文件，最后即可绘制管线的横断面图。
（3）管线断面属性信息和图形信息的联合输出
将管线断面的属性信息和图形信息设计为在同一个窗口中显示输出，以便于信息的输出以及信息的获取。在同一个窗口内这样不仅可以可以精确得到各个断面点的属性信息，还可以将断面的图形信息直观地显示出来。所以，对各项管线工程利用管线纵横断面图的有效性以及准确性有着提高的作用，我们可以利用MapBasic的函数编写程序来实现这些。
通过上文叙述的管线纵横断面图的横向和纵向比例输出、管线纵横断面图的生成以及管线断面属性信息和图形信息的联合输出，最终所生成的管线横断面图以及管线纵断面图，如图3、图4所示。
总结：
当前，在各个领域的研究热点是，深入挖掘已掌握的数据，得到用户感兴趣的各种信息。本文以已掌握的管网数据为基础，对如何进行数据挖掘，如何对管网的纵横断面进行分析进行了一定的研究。结合实际对管网断面图的输出进行了较为详细的研究，分析并设计了管网断面的实现算法以及数据结构，最后通过进行模拟，得出了正常的结果。此外，该管线断面分析还需要进一步完善，主要应该从以下两个方面入手：
（1）直接将断面分析的结构应用于管线的设计、管理、规划、施工等过程，为其提供相应的决策服务。这就需要建立与市政部门各管线直属部门之间的联系，对作业流程和数据流进行分析，并通过软件编程来实现。
（2）应该考虑在特殊情况下对断面分析的相应处理方法。比如说，垂直走向的一管段，投影到平面上的一个点，不管是横断面还是纵断面分析，都应该进行特殊处理。
参考文献：
[1]杨晓丽.基于ArcGIS的沈阳市地下综合管网信息系统的设计与开发[D].武汉：武汉大学硕士学位论文， 2009（03）.
[2]龚俊，王新洲.城市地下管线信息管理系统的探讨[J].地理空间信息，2005 （03）.
[3]于海龙，谢刚生，李大军.基于GIS的城市地下管网纵横断面分析的设计与实现[J].工程勘察， 2010（1）.
[4]孟亚锋等.基于 GIS 的地下管线管理信息系统[J].建筑技术开发，2002 （04）.
[5]韩勇，陈戈，李海涛.基于GIS的城市地下管线空间分析模型的建立与实现[J].中国海洋大学学报， 2004 （03）.