孫成苗,焦俊超,胡振彪

(1.青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032; 2.青島市基礎地理信息與遙感中心,山東青島 266032)

觸控式地下管線展示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

孫成苗1,2?,焦俊超1,2,胡振彪1,2

(1.青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032; 2.青島市基礎地理信息與遙感中心,山東青島 266032)

為將地下管線通過觸控屏進行展示,實現(xiàn)人機友好互動,增加系統(tǒng)的體驗度和舒適度,研究利用多點觸控技術,結合地理信息系統(tǒng)技術,以ArcGIS API for Silverlight為開發(fā)接口,采用B/S開發(fā)模式建設觸控式地下管線展示系統(tǒng)。系統(tǒng)作為青島市城市規(guī)劃展覽館開發(fā)建設的專題展示項目,經過了專家和社會公眾的各項測試和操作,運行良好,證明了Silverlight技術在開發(fā)觸控屏GIS領域性能的優(yōu)異性。

地下管線;GIS;多點觸控技術;ArcGIS API for Silverlight

1 前 言

城市地下管線是城市建設的重要組成部分,被譽“良心工程”,被稱為城市的“生命線”[1]。觸控式地下管線展示系統(tǒng)是以青島市規(guī)劃展覽館建設為契機開發(fā)的用于向各級領導、普通市民、外來游客等參觀者展示青島市管線設施的現(xiàn)狀、規(guī)劃及未來發(fā)展前景(所有展示數(shù)據(jù)均以經過加密處理),突出體現(xiàn)青島市地下管線的管理模式及應用范圍,體驗管線數(shù)字化給公眾日常生活帶來的便捷[2]。

觸控式地下管線展示系統(tǒng)是將GIS解決方案與多點觸控大屏幕相結合[3,4],采用數(shù)據(jù)層、業(yè)務平臺層、數(shù)據(jù)訪問層、應用層從底層到頂層的4層軟件結構,在保持靈活性和擴展性的前提下,實現(xiàn)地理信息資源數(shù)據(jù)的整合、管理與展示。同時,系統(tǒng)將二三維數(shù)據(jù)相結合,滿足用戶二三維環(huán)境下對管線數(shù)據(jù)的屬性查詢、物聯(lián)網模擬應用展示,并提供如管線斷面分析[5]、爆管分析[6]等空間分析功能,向參觀者展示青島市綜合管線的種類、地圖上的宏觀分布以及局部區(qū)域綜合管線信息。與多點觸控大屏幕相結合,摒除傳統(tǒng)的鼠鍵操作,以高度自由性的控制界面作為用戶與PC系統(tǒng)互動的最佳方式,使參觀者以相對簡單的操作獲得流暢的互動效果。

2 總體設計思路

2.1 系統(tǒng)建設目標

(1)與多點觸控大屏幕想結合,將地下管線解決方案在大屏幕上展示,參觀者可親自操作大屏幕瀏覽查看二維及三維環(huán)境下青島市全域地下綜合管線的布設現(xiàn)狀與規(guī)劃。

(2)二三維展示模式相結合。所有功能在二維地圖上實現(xiàn),同時自動提示三維窗體切換,并可在三維模式下實現(xiàn)屬性查詢、物聯(lián)網模擬應用展示等功能。

(3)提供如管線斷面分析、爆管分析等空間分析功能。

(4)展示綜合管線的種類及在地圖上的宏觀分布,同時提供各種管線、管井的屬性信息查詢功能。

2.2 系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)在軟件架構上從底層到頂層分為4層結構,依次是:數(shù)據(jù)層、業(yè)務平臺層、數(shù)據(jù)訪問層、應用層。此4層結構可以獲得良好的系統(tǒng)性能,并且具有良好的可擴展性及穩(wěn)定性,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構示意圖

2.3 系統(tǒng)功能設計

根據(jù)規(guī)劃館展覽需求,系統(tǒng)主要包含的功能模塊為:地圖基本操作模塊、數(shù)據(jù)展示功能模塊、綜合查詢模塊、空間分析模塊等。其中,地圖基本操作模塊主要是對地圖進行放大、縮小、平移、全圖、鷹眼等基本操作;數(shù)據(jù)展示模塊一方面可實現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)的切換展示,另一方面可實現(xiàn)局部管線組合展示;綜合查詢模塊既可通過輸入查詢條件查詢數(shù)據(jù)屬性信息,又可通過拉框選擇地圖上的管線數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢;空間分析功能包含爆管分析和管線斷面分析。爆管分析用于展示管線發(fā)生爆管時事故詳細描述信息及實時視頻信息,分析事故點周邊一定范圍內的危險源、高危群體、應急資源等信息;斷面分析可沿路或跨路查詢局部區(qū)域管線縱斷面、橫斷面信息;物聯(lián)網模擬應用模塊,可在顯示管線測繪數(shù)據(jù)的同時調用物聯(lián)網應用服務,展示管線的實時信息。系統(tǒng)功能結構如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)功能開發(fā)示意圖

3 關鍵技術

3.1 多點觸控技術

多點觸控[7](Multitouch或Multi-Touch)是采用人機交互技術與硬件設備共同實現(xiàn)的技術,能在沒有傳統(tǒng)輸入設備(如:鼠標、鍵盤等)下進行計算機的人機交互操作?；诙帱c觸摸技術構成的觸摸屏(屏幕,桌面,墻壁等)或觸控板,都能夠同時接受來自屏幕上多個點進行計算機的人機交互操作[8]。

本系統(tǒng)采用包含Windows 7操作系統(tǒng)和Intenet Explorer 8瀏覽器的多線觸控平臺。此平臺包括操作和慣性處理器兩部分。操作處理器會產生二維旋轉矩陣,該矩陣用X和Y坐標來表示轉換,為了支持這種平滑運動,Windows 7多點觸控平臺提供了延時API[9]。

為滿足系統(tǒng)多點觸控,實現(xiàn)人機完美交互,采用分辨率為1 920×1 080的、可6點觸控的LED顯示屏,系統(tǒng)顯示更加清晰,人機界面更加友好。

3.2 多點觸控GIS及與與傳統(tǒng)非觸控GIS的區(qū)別

多指觸控,是在沒有傳統(tǒng)輸入設備(如鍵盤、鼠標等)的條件下能進行計算機的人機交互操作。應用于GIS,僅用手勢即可展示多維度的地理信息,已經成為規(guī)劃展覽、應急指揮的創(chuàng)新型解決方案。

由于系統(tǒng)是人機交互的觸控式,通過用手指進行各項操作,因此系統(tǒng)界面設計時應充分考慮相對于鼠標多點觸控的多點選擇、模糊定位、手指大小、操作時的遮擋性等特點,每一個板塊的出現(xiàn)都需要考慮手指大小,以便做出準確選擇,滿足不同技術水平和年齡層次人群的操作需求。

該類系統(tǒng)在設計開發(fā)時,須選用對觸控屏支持較好的平臺和插件,以保證系統(tǒng)操作的流暢性;要融入當前各種流行的界面元素設計,在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎上界面簡潔、美觀,交互性好,讓用戶有最直觀的感受;根據(jù)觸控操作和鼠鍵操作的區(qū)別和特點,合理設計系統(tǒng)界面及各類圖標。

3.3 多點觸控開發(fā)技術

ArcGIS API for Silverlight是由美國Esri公司推出的用于在Siverlight平臺上開發(fā)WebGIS應用的一套編程接口。應用此接口可構建富Internet和桌面應用,在應用中可利用ArcGIS Server和Bing服務提供的強大的繪圖、地理編碼和地理處理等功能[10]。系統(tǒng)以VS2010+silverlight tools 4 for vs2010+ArcGIS api for silverlight 2.4[11]作為開發(fā)平臺,該平臺較于其他開發(fā)方式能更好地支持多指觸控技術,ArcGIS API for Siverlight類庫,Silverlight使用C#作為開發(fā)語言,以二進制或XAML標簽的方式發(fā)布,能充分挖掘客戶端系統(tǒng)的性能,提高系統(tǒng)架構的整體服務性能[12]。使用C #[13]語言外加Silverlight Tools for Visual Studio開發(fā)平臺插件在Visual Studio 2010開發(fā)平臺上進行開發(fā)建設,數(shù)據(jù)存儲采用Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫,完成后的程序可運行在Microsoft Intenet Explorer 6.0以上瀏覽器中。

4 實現(xiàn)結果

系統(tǒng)開發(fā)采用B/S開發(fā)模式,以二三維相結合的方式展示,其中所有功能均可在二維地圖上實現(xiàn)。同時,系統(tǒng)針對局部區(qū)域綜合管線數(shù)據(jù)及功能展示,自動提示三維窗體切換,可以在三維窗體瀏覽地面模型、建筑物模型及地下管線模型,針對特殊的管井如雨滴狀管井采用三維建模方式瀏覽,并且可以在三維模式下實現(xiàn)屬性查詢、斷面分析、爆管分析等功能,如圖3～圖5所示。

圖3 管線查詢

圖4 斷面分析

圖5 爆管分析

5 結 語

觸控式地下管線展示系統(tǒng)采用ArcGIS API for Siverlight平臺進行開發(fā),利用ArcGIS Server服務接口發(fā)布圖層數(shù)據(jù),解決了數(shù)據(jù)發(fā)布困難、展現(xiàn)效果差的問題,同時與多點觸控技術相結合,實現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)的一站式發(fā)布、高效瀏覽查詢、多樣化的展現(xiàn)和豐富的用戶體驗,全方位立體性地展示了青島市管線設施的現(xiàn)狀及未來規(guī)劃,對建設B/S架構觸控式數(shù)字化地下管線具有一定的借鑒意義。

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[13] Robinson S.Professional C#2nd Edition[M].Wrox Press Inc,2002.

Design and Implementation of the Multi-touch Underground Pipeline System

Sun Chengmiao1,2,Jiao Junchao1,2,Hu Zhenbiao1,2
(1.Qingdao Geotechnical Investigation And Surveying Research Institute,Qingdao 266032,China; 2.Qingdao Geomatics and Remote Sensing Center,Qingdao 266032,China)

In order to display underground pipeline through multi-touch screen,the system should be realizing the functions of man-machine interaction friendly,increase the customers’s experience and comfort feeling.In our’s research of urban underground pipeline,multi-touch technology combing with GIS technology was used in the multi-touch screen display platform.The platform was developed on the base of ArcGIS API for Silverlight interface,as well as B/S development model.Now,the system as a thematic exhibition project in Tsingtao Exhibition Hall,named“Tsingtao Hui-Tu”,it has a good operation after the all type of test and operation with experts and the public,the system show that the technology of Silverlight has a good performance in multi-touch screen GIS.

underground pipeline;GIS;multi-touch technology;ArcGIS API for Silverlight

2014—05—16

孫成苗(1988—),女,助理工程師,碩士,研究方向為GIS應用與開發(fā)。