ArcGIS水文分析实战教程(18) 河段桩号与线性参考

Posted 2022-11-10 李远祥

ArcGIS水文分析实战教程(18) 河段桩号与线性参考

本章导读：在很多线性要素的应用中，桩号扮演着非常重要的角色。例如高速公路，使用桩号可以快速的描述某个事件在该路段的大概位置。同样是线性要素的河流，也可以加入桩号进行管理，作为河岸开发、水质事件、应急策略等管理手段。线性参考则用来描述事件发生的准确地点及线性区间范围，并映射到地图具体的线位置中。桩号与线性参考配合使用，使得传统的语言描述直接作用到地图图形表达中，方便从传统管理模式向 GIS 模式无缝过渡。 BY 李远祥

河段桩号

桩号最常见的是在高速公路上，如果细心一点，可以在高速公路的边上可以看到每隔一段距离出现一个小的水泥桩，上面标有数值，这就是桩号。桩号的作用就是将一个非常长的线要素，按照一定的规律（大多数情况是相同的距离间隔）进行分段和立桩，并标出每个桩的标号或距起点的距离。例如高速路上的千米路桩、五百米路桩等。它的好处在于方便描述具体位置，例如高速上某一处出现了交通事故，在事故现场不管是车主还是交警，对同一事故的位置描述都非常统一，“在XX高速，XX米附件发生了XXXX的交通事故”。对于指挥大队后台，同样可以通过描述的路桩位置，定位到事故附件，并调取附件的摄像头或资源进行救援。因为路桩相对比较密集和有规律，容易起到参考作用。

桩号可以是实实在在的一个水泥桩，也可以是一个虚拟的点坐标，它是一种极具描述性的方式。

道路由于主体还是在城市，因此可以参考的地理目标有很多。但河流就不一样了，虽然城市内也有河流，但是大部分的河流还是偏于野外，无法从人工建造物进行参考。这样，无论是群众报告的事件还是水利管理单位进行整体河流管理，都比较困难。引入桩号，基本上能够解决对于河段位置描述的位置问题。当然它并不准确，但起码能够让各方达到缩小描述范围的目的。

目前全国都在开展河长制工作，基本上每一条河流（叫河段更为合适）都有一个“河长”与之对应。“河长”是代表的是行政区划的负责人，而每个河长负责都河段都在其所管辖的行政区划内。将一条跨越多个行政区的河流，按照行政边界划分为多个河段，并制定“河长”，是目前最常用的做法。河流打断为河段的做法虽然简单粗暴，但是别忘记“河长”是有级别的，上一级河长要管理的是下一级多个河长对应的河段。那么，光是靠行政区进行河流分段的话，就需要在多个不同级别的行政区进行多次划分。这种做法相对来说比较麻烦。

其实可以参考高速公路的做法，给河流立桩。以最小一级行政单位（例如村）进行立桩，每一级的的“河长”给定起点桩号和终止桩号，就能确定其对应负责的河段。 有了桩号之后，就不需要根据不同的行政级别重新打断河段了。各级“河长”对于负责的河段，不需要直接对应图形，而是在传统的表格中记录其负责河段的起始和终结桩号。

要引入桩号进行管理，必须满足以下几个条件：

• 必须严格定义河流。河流图形必须是单线，而不能是开叉的两条或多条线组成。开叉的两条线或多条线，必须定义为多条河流。

• 河流必须具有正确的流向。这样便于从桩号上表达清楚上下游关系。

• 必须具备标识河流的字段值。如果河流已经被划分为多个河段，河段必须是相接的，并且有唯一的字段值将多个河段标识为同一条河流。

下图是已经被划分了多个河段的两条河流的具体情况，通过箭头来表达其流向。

对于每个河段，具备名称或者 ID 字段来标识属于同一条河流。

要实现桩号的顺序排布，首先需要清楚每一个河段在河流中的顺序。如果河段一开始是经过行政区划边界打断得来的，那么这些河段的顺序将会完全乱掉。

为了解决这个问题，笔者特意通过 Python 写了一个工具，首先重新排布每一个河段，并在河段的终点处插入一个点作为桩，桩的值就算河流起点到该点的长度。这样就可以完成以行政区界作打断河流插入桩号值了。

工具的使用也是必须满足前面所说的几个条件。其中必须具备一个能够标识河流的字段。再来看生成结果，在每一个河段的终点插入一个桩，并计算这个桩的河流长度。

通过标注，可以看到每一个桩号按照顺序和河流长度进行了排布。

如果希望使用桩号的方式来管理更加精细一些，那么建议还是在生成河段桩号的基础上再增加桩号的密度，这样参考性更强一些。毕竟河段的桩号只是针对行政边界进行划分，如果行政边区范围比较大的话，两个点很难描述清楚具体的位置。但它肯定能描述清楚事件发生在哪个河段。

河流的线性参考

ArcGIS 的线性参考技术一般用于动态分段，在同一线段下按照不同的用途进行不同区间的划分。关于线性参考的相关观念，可以去查看 ArcMap 自带的中文帮助。这里放一张经典的截图，基本上能够清楚线性参考的作用。同一段路按照车道、材料、速度和质量进行不同用途的划分。这些划分都是通过对距离起点的距离进行描述性的定义。

河流的线性参考与之一样，只不过是将道路换成了河流。定义的划分一般都是按照流域、行政区、水质、水功能区等进行分段。

河流的线性参考同样需要满足类似的三个条件：

• 河流必须具备正确的流向。
• 河段必须有标识河流的字段。
• 必须有事件表（划分的依据）生成分段。

在 ArcMap 中带有线性参考的分析工具，可以快速的生成路径、事件图层等。使用线性参考的一般步骤为：

1. 针对河段生成【路径】
2. 定义河流的各种事件或者划分依据
3. 生成事件河段
4. 对划分的结果进行地图渲染

创建路径的目的是合并同一河流的多个河段，让后面所有的事件都能依附在一个具有相同起点和终点的河流上进行统一描述。因此，河段必须具备标识河流的字段值。如下图所示：

定义各种的事件或用途，这就是线性参考的优势，利用位置描述或者区间描述，能够直接作用在河流线上，实现具体地点或者具体河流段的划分。如下图，在一个表格中定义各种功能的划分：

结合河流桩号，可以更加细致的对这些区间位置进行描述。所以，在现实操作中，桩号一般会跟线性参考同在（阿门）。

利用【创建路径事件图层】工具，就可以将事件直接作用在河流上。时间的类型可以是线的，也可以是点的事件。事件表的描述越准确，定位的位置就越准确。

在生成【事件图层】之后，实际上就是这一次分段的结果。通过使用地图符号去表达其范围。

本章总结

线性参考的引入，很大程度上是将人类描述语言带入到地图当中，让口述的一个事件轻松的落在具体的位置范围内。由于描述需要一定的参考，因此加入桩号进行辅助表达，是一种非常有效的方式。
通过线性参考划分的不同河段，反应的是河流的不同功能和用途。河流的上下游分析的结果再与不同的事件图层进行叠加分析，这样可以挖掘出更多的水文规律。

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