張星星，宋旭東，丁 易，何小波，沈富強

（1.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都610059；2.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都610052；3.西南交通大學，四川 成都611756；4.四川測繪地理信息局測繪技術服務中心，四川 成都610081）

基于DotNetBar及ArcEngine的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)

張星星1，宋旭東2，丁 易2，何小波3，沈富強4

（1.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都610059；2.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都610052；3.西南交通大學，四川 成都611756；4.四川測繪地理信息局測繪技術服務中心，四川 成都610081）

以Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)工具，以DotNetBar和ArcEngine 10.1為開發(fā)組件，設計并實現(xiàn)了一套原型ArcGIS供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有圖形基礎操作、空間選擇、空間編輯、空間分析等基本功能，用戶還可根據(jù)自身需求進行相應的功能裁剪，可為城鎮(zhèn)地區(qū)供水管網(wǎng)的智能化、網(wǎng)絡化設計與更新提供軟件支持。

DotNetBar；ArcEngine 10.1；數(shù)據(jù)庫設計；供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)

近幾年來，國內(nèi)城鎮(zhèn)化進程加快，對電力、煤氣、供水等城市管道的建設管理提出了更高的要求。在多雨季節(jié)，部分城市出現(xiàn)了內(nèi)澇現(xiàn)象，因此研制一套操作性強，易于政府部門管理的供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)十分必要。目前國外有許多優(yōu)秀的供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)平臺和軟件，如美國Intergraph公司的AM /FM軟件實現(xiàn)了在管網(wǎng)信息系統(tǒng)中的應用；德國Siemens公司的設施管理平臺SICAD-UT也廣泛應用于電力、煤氣、自來水等方面[1]。ArcEngine具有強大的應用程序接口，易學易用、開發(fā)效率高、能解決DLL災難等優(yōu)勢。本文結合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，基于DotNetBar和ArcEngine 10.1開發(fā)了一套原型供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)。

1 數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括用戶管理系統(tǒng)和供水管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)庫。用戶管理系統(tǒng)主要以用戶管理、權限分配為主，而供水管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)庫則集成了城鎮(zhèn)的圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和拓撲數(shù)據(jù)[2]，主要功能表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的存儲、更新、維護等。

空間數(shù)據(jù)是GIS的核心和靈魂。準確、高效地獲取空間數(shù)據(jù)是GIS發(fā)展和應用的基礎[3]。為了“凈化”數(shù)據(jù)，滿足各地區(qū)供水管網(wǎng)空間分析與應用的需要，數(shù)據(jù)采集完成后，需對數(shù)據(jù)進行完整性和邏輯一致性的檢查，再構建供水管網(wǎng)幾何網(wǎng)絡模型和存儲結構模型。由于空間數(shù)據(jù)的保密性，本系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)為某城鎮(zhèn)部分數(shù)據(jù)，并進行坐標弱化處理。

供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫設計的主要內(nèi)容包括：坐標弱化；ArcGIS 10.1圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的關聯(lián)；Access數(shù)據(jù)庫中的SQL查詢，去冗余數(shù)據(jù)；完整性檢查；ArcCatalog10.1構建幾何網(wǎng)絡模型和存儲結構模型。其數(shù)據(jù)庫結構和給水管線屬性表如圖1。

圖1 供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫及給水管線屬性表

2 系統(tǒng)總體設計與功能設計

2.1 系統(tǒng)總體設計

綜合現(xiàn)有資料，對系統(tǒng)進行了現(xiàn)狀調(diào)查和需求分析，提出了ArcGIS系統(tǒng)總體設計目標；并結合系統(tǒng)設計的八大原則，進行了總體設計。該新型系統(tǒng)集成了空間數(shù)據(jù)庫、DotNetBar及C/S等多種技術[4]，可擺脫對ArcGIS平臺的依賴。首先獲取管網(wǎng)的GIS圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)；再將二者結合并記錄在CIS數(shù)據(jù)庫中；然后進行預處理，形成一個完整的數(shù)據(jù)包[5]并導入該系統(tǒng)；最后通過圖形處理界面及Windows操作終端，對該地區(qū)城鎮(zhèn)管網(wǎng)進行數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)總體框架如圖2。

2.2 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)結合組件式GIS特點，采用了自下而上的方法進行功能模塊設計，共設計了12 種主要功能。各模塊之間彼此相對獨立，用戶后期可根據(jù)實際生產(chǎn)需求進行功能裁剪[6]；并在滿足供水管網(wǎng)基本要求的情況下，針對不同用戶，設計了不同的解決方案，如圖3。

圖2 系統(tǒng)總體框架設計

圖3 系統(tǒng)功能模塊設計

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用C/S應用模式，以Windows7為開發(fā)平臺，結合Microsoft Visual Studio 2010、 DotNetBar及ArcEngine 10.1實現(xiàn)了原型供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)。

3.1 登錄與注冊

該模塊針對授權用戶設計了登錄界面，非授權用戶設計了注冊界面，以保證數(shù)據(jù)的安全性。二者在實現(xiàn)過程中，使用Timer控件來保證窗口的動畫顯示效果（圖4）。用戶通過登錄訪問內(nèi)置個人用戶數(shù)據(jù)庫，注冊或訪問系統(tǒng)主界面。

圖4 用戶登錄界面

系統(tǒng)界面即用戶體驗界面，是整個系統(tǒng)的核心，是用戶與系統(tǒng)進行人機交互的載體。該系統(tǒng)使用Photoshop及DotNetBar進行系統(tǒng)主界面模塊設計，如圖5。

圖5 系統(tǒng)主界面

3.2 主界面功能實現(xiàn)

基礎模塊實現(xiàn)了shp、CAD等各類矢量數(shù)據(jù)的圖形操作功能，包括文件、工具、地圖操作、鷹眼、右鍵菜單及閃爍等模塊?？臻g功能為原型系統(tǒng)的核心，主要實現(xiàn)空間選擇、空間量測、空間查詢、圖形編輯、可視化分析和空間分析6大功能。

1）空間選擇：矩形、圓域、多邊形、折線選擇。不同用戶根據(jù)不同的選擇方式，進行管網(wǎng)、節(jié)點等要素的日常選擇，使用Tocc右鍵菜單屬性表進行相應的屬性維護和更新。

2）空間量測：多邊形量測（如某點管網(wǎng)爆破，可借助緩沖區(qū)分析量取受災范圍）、周長量測（兩節(jié)點或兩排氣閥之間的距離）、坐標量取。

3）空間查詢：對普通用戶（圖6a）和專業(yè)用戶（圖 6b）設置了不同的解決方案。用戶可根據(jù)圖形獲取屬性，也可根據(jù)屬性獲取圖形。

圖6 空間查詢界面

4）圖形編輯：普通編輯可通過IWorkspaceEdit接口啟動或停止一個編輯流程，該接口提供了13種方法[7]進行編輯事務；而高級編輯使用ITopologicalOperator接口設置了高級編輯菜單。系統(tǒng)可對管線、水表、排氣閥、節(jié)點等要素進行空間編輯，如圖7。

圖7 空間數(shù)據(jù)編輯

圖8 節(jié)點的可視化顯示

5）可視化分析：該模塊設計了基于ArcGIS自帶的符號化顯示和ArcEngine唯一值符號化顯示（圖8）兩種解決方案，可對管線、節(jié)點、消防栓等要素進行地圖的符號化表達。該模塊主要結合Renderer、Color、Symbol三大組件來完成，符號化信息通過地圖顯示保存在要素圖層中[8]。

6）空間分析：系統(tǒng)根據(jù)用戶的需求，提供了兩種緩存區(qū)分析方案、一種疊置分析和路徑分析。

緩沖區(qū)分析中，普通用戶可根據(jù)系統(tǒng)界面左邊的矩形選擇工具進行要素選擇，點擊“基于要素的緩沖區(qū)分析”，選擇源圖層、目標圖層和緩沖區(qū)半徑，分析完成后可查看周邊范圍內(nèi)城市內(nèi)澇情況分布（圖9為某城鎮(zhèn)某管網(wǎng)爆破“8 m”范圍受災情況）；專業(yè)用戶可任意進行參數(shù)變換（線緩沖方向、末端封閉類型、緩沖區(qū)融合類型等），然后輸出相應的變化圖層，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。詳細實現(xiàn)過程如圖10所示。

圖9 管網(wǎng)爆破受災范圍

圖10 緩沖區(qū)分析實現(xiàn)流程圖

疊置分析是指利用已有資料及爆破管網(wǎng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，對受災區(qū)域地表要素進行統(tǒng)計分析，用戶可準確直觀地判讀受災程度。網(wǎng)絡分析主要是依據(jù)幾何網(wǎng)絡模型，對點（節(jié)點、消防栓及閥門等）要素的位置選取，距離成本進行綜合分析，為用戶創(chuàng)建最佳規(guī)劃設計方案提供一定的數(shù)據(jù)支持。其主要步驟包括：①獲取預定義在供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中的幾何網(wǎng)絡模型；②定義邊線旗數(shù)組，獲取最近網(wǎng)絡節(jié)點；③計算路徑（權重），并進行分析。詳細實現(xiàn)過程及效果如圖11、12。

圖11 最短路徑實現(xiàn)流程圖

圖12 兩節(jié)點之間最短路徑示例

4 結 語

本文以DotNetBar和ArcGIS Engine 10.1為開發(fā)組件，完成了基于ArcEngine的ArcGIS供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)具有開發(fā)周期短，成本低，操作簡便，可同時滿足普通用戶和專業(yè)人員操作的要求；系統(tǒng)原型還可根據(jù)實際情況進行功能模塊裁剪，為城鎮(zhèn)供水部門的供水管理，管道安全控制提供技術支撐。

[1] 劉波,李大軍,阮見,等.基于ArcEngine的供水管網(wǎng)三維模塊的設計與實現(xiàn)[J].測繪科學,2010,35(6)：236-237

[2] 宋旭東.基于3G手機的嵌入式GIS空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)[D].成都：西南交通大學,2013

[3] 陳穎彪,謝鴻宇,張嘉輝.基于異構跨平臺技術的GIS軟件原型設計與開發(fā)[J].測繪通報,2007,53(6)：23-27

[4] 朱振華,侯敏.基于ArcEngine的基礎地理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].地理空間信息,2011,9(1)：88-89

[5] 蔡國林,宋旭東,張奧麗,等.基于智能手機的嵌入式空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制[J].國土資源遙感,2015,27(3)：182-187

[6] 任福.基于PDA的個人移動導航系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢大學,2002

[7] 邱洪鋼,張青蓮,陸紹強.ArcGIS Engine開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社,2010：169-170

[8] 蘭小機,劉德兒,魏瑞娟.基于ArcObjects與C#.NET的GIS應用開發(fā)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2011：166-214

[9] 王戰(zhàn)舉,范玉茹.基于ArcEngine的供水管網(wǎng)GIS符號庫的設計與實現(xiàn)[J].地理空間信息,2012,10(1)：112-115,126

[10] 李花.基于ArcEngine的供水管網(wǎng)三維模塊的開發(fā)研究[J].城市勘測,2007(4)：19-22

[11] 王春曉,王斐.基于ArcEngine的公路巡檢系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].測繪科學,2014,39(5)：40-42

[12] 閆寧.基于ArcEngine的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)開發(fā)[J].北京測繪,2014(5)：83-87

P208

：B

：1672-4623（2016）11-0036-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.013

張星星，碩士研究生，主要從事GIS、礦山遙感等數(shù)據(jù)處理工作。

2015-07-07。

項目來源： 測繪地理信息公益性行業(yè)科研專項資助項目（201412019）。