于中偉

(沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽 110004)

1 引 言

地理信息系統(tǒng)以其強大的數(shù)據(jù)管理和空間分析能力，在城市管網(wǎng)信息化建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。目前，北京、太原等城市相繼建立了城市地下管線信息系統(tǒng)[2]，隨著管線信息化建設(shè)的推進，諸多基于GIS的管線信息系統(tǒng)也應(yīng)運而生，如王軍等提出的基于ArcEngine的管線信息系統(tǒng)[3]，李花提出的基于Arcengine的供水管網(wǎng)三維可視化系統(tǒng)[4]，李姍姍提出的基于GIS的地下管線查詢與應(yīng)急管理系統(tǒng)[5]，這些系統(tǒng)均實現(xiàn)了地下管網(wǎng)的信息查詢與分析，然而多數(shù)系統(tǒng)在橫截面信息查詢與可視化方面比較粗糙，難以與管網(wǎng)業(yè)務(wù)模型相結(jié)合，屬性信息不專業(yè)，尤其是單純運用ArcEngine的二次開發(fā)在可視化方面受限，在縱橫斷面分析中略顯不足[6]。為了解決以上問題，ArcEngine組件需要與其他繪圖方法相結(jié)合，才能實現(xiàn)更精準(zhǔn)的縱橫斷面分析。本文在C#語言開發(fā)環(huán)境下，基于ArcEngine組件和GDI+，實現(xiàn)了城市地下管網(wǎng)的橫斷面分析，旨在提高管線信息系統(tǒng)橫斷面分析的科學(xué)性和專業(yè)性，為管線管理提供一種科學(xué)有效的分析方法。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計

2.1 橫斷面分析算法

橫斷面分析是利用一條橫斷面線確定橫斷面，該面與多條地下管線相交并產(chǎn)生交點，通過該斷面分析地下管線分布狀況，進而獲取管線斷面的尺寸、高程、管線的間距等數(shù)據(jù)[8]。如圖1所示，展示了橫斷面分析算法圖，其過程是先繪制斷面線，然后依次與相交的管線確定相交關(guān)系，之后進行斷面分析計算，并調(diào)用相交管線的屬性表，繪制橫斷面圖。

圖1 橫斷面分析算法圖

2.2 橫斷面圖繪制

根據(jù)2.1所描述的橫斷面算法與已有數(shù)據(jù)，在ArcEngine組件中繪制橫斷面圖需要解決三個問題，第一是繪制斷面線并求出與其相交的管線，提取屬性信息；第二是計算管線間距、地面高程和管線高程；第三是利用GDI+繪制管線橫斷面圖。

(1)求取斷面相交集

在ArcEngine中，繪制斷面線繪制可采用IPolyLine接口實現(xiàn)，通過ITopologicalOperator拓?fù)洳僮鞣?，實現(xiàn)其與IPolyLine對象的交點求取，再利用這些交點，實現(xiàn)各種不同類型管線屬性信息的提取，這些屬性包括表1所示的種類、埋深等。需要指出的是，地面高程、管線高程、間距三個屬性不是直接獲取的，而是通過計算獲得。

(2)屬性計算

在ArcEngine組件技術(shù)編程中，地面高程、管線高程、間距的計算過程是，首先建立一個IFeature對象與IPolyLine對象，其中IPolyLine對象表示斷面線，由鼠標(biāo)點擊拾取，IFeature對象用于存儲與IPolyLine對象相交的所有管線對象，然后獲得各交點坐標(biāo)集合(xj，yj)，據(jù)此搜索數(shù)據(jù)庫，獲得各類管線的起點與終點，并獲取對應(yīng)的起點高程(Hq)和終點高程(Hz)以及起始管線(頂或底)高程(Gq)和終止管線(頂或底)高程(GZ)。根據(jù)內(nèi)插原理[9]，由(xj，yj)、(xq，yq)、(xz，yz)、Hq、HzGq、GZ，利用式(1)分別計算地面高程Hj和管線高程Gj。最后，根據(jù)IPolyLine對象的起終點坐標(biāo)及坐標(biāo)集合(xj，yj)，根據(jù)坐標(biāo)反算原理計算管線間距。

(1)

(3)GDI+橫面圖繪制

管線橫斷面圖繪制關(guān)鍵點是坐標(biāo)軸繪制與管線截面圖繪制。由于管線的埋深一般小于管線間距，如果繪制時橫、縱軸采用相同比例，會形成狹長帶狀圖面，視覺效果較差。因此，橫斷面圖繪制時必須設(shè)計縱橫坐標(biāo)不同比例，增強視覺效果。管線的截面繪制同樣重要，由于在ArcEngine中交點是以坐標(biāo)串形式存在的，因此管線的截面必須以此坐標(biāo)為幾何中心，應(yīng)用GDI+函數(shù)繪制出規(guī)則幾何圖形，該圖形可依據(jù)實際管徑繪制，為了便于可視化，也可將管徑放大繪制。

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基于ArcEngine的管線系統(tǒng)最大優(yōu)點是管線的屬性保存在數(shù)據(jù)庫中，在繪圖時，這些屬性也相應(yīng)繪制成圖表。在管線種類、埋深、管徑、地面高程、管線高程、間距六類屬性中，后三者為隱含屬性，需利用式(1)計算后求取，因此ArcEngine的屬性表不能直接導(dǎo)出表格，需要對該表重新讀入，加入地面高程、管線高程、間距屬性信息，形成地下管線截面屬性表。

3 繪圖實現(xiàn)

在Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境中，選擇C#作為開發(fā)語言，基于ArcEngine組件進行橫斷面圖繪制。首先在某市實驗區(qū)數(shù)據(jù)手動創(chuàng)建一個IPolyLine對象，利用ITopologicalOperator的Intersect方法接收交點點集，根據(jù)點集提取管線屬性信息，點集獲取的部分代碼如下所示：

ITopologicalOperator Op = Line1 as ITopologicalOperator； // Line1為斷面線

IGeometry geometry = Op.Intersect(pLine2 ，esriGeometryDimension.esriGeometry0Dimension)； //獲取交點集合圖集，pLine2為相交管線

if (!geometry.IsEmpty)

{

IPoint Point = pCollection.get_Point(0)；

} //交點圖集轉(zhuǎn)化為點集

由于管線屬性信息一部分存在于Geodatabase中，一部分存在于計算結(jié)果中，因此需要一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)接收所有屬性信息，并以表格的形式繪制于繪圖程序界面中。本研究中，定義了一個接收管線屬性信息類，其聲明如下所示：

Class AttributeReceive

{

Private string ID；

Private double DEPTH；

Private double DIRAMITER；

Private double ELEVATION；

Private double pipe_ELEVATION；

Private double DISTANCE；

}；

考慮到區(qū)分各類管線，運用GDI+繪制管線橫斷面圖時將管線截面繪制為圓形、方形等不同形狀，同時依據(jù)管徑比例進行了夸張放大。為了進一步增強識圖，各管線以不同顏色表示，繪制管線點到起算高程面的連線，屬性表格文字顏色與管線截面顏色保持一致，并且均與地圖上管線顏色相同，這樣各類管線被明顯區(qū)分出來，識圖效果良好，如圖2所示。

4 結(jié) 論

基于ArcEngine與GDI+，本文實現(xiàn)了城市地下管線橫斷面分析算法，該方法最大特點是與Esri的Geodatabase數(shù)據(jù)相結(jié)合，為基于GIS的管線系統(tǒng)提供了一種精細(xì)的管線橫斷面分析方法。通過開發(fā)實驗可知，本文提出的橫斷面圖繪圖方法具有信息專業(yè)、區(qū)分度好、屬性計算正確率高的優(yōu)點，同時，該方法所繪的斷面圖，能夠反映各管線的絕對空間關(guān)系和相對空間關(guān)系，易于與管線業(yè)務(wù)模型結(jié)合，分析出更多專業(yè)信息，為管線信息化建設(shè)和管理提供一種可靠方法。然而，由于客觀世界管線交錯復(fù)雜，單一靠橫斷面分析有時難以滿足所有分析需求，因此該法尚需改進，例如結(jié)合縱斷面對管線進行綜合分析。

圖2橫斷面分析圖

[1] HJ Scholten，J Stillwell. Geographical information systems for urban and regional planning[M]. Netherlands：Springer Science & Business Media，2013.

[2] 路玲玲，吳曉明，任杰. 城市地下管網(wǎng)信息管理問題研究[J]. 地域研究與開發(fā)，2008，27(2)：47～50.

[3] 王軍，戴建祥，姜蕓. 基于ArcEngine的管線系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]. 測繪工程，2007，16(3)：63～66.

[4] 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.

[5] 李姍姍. 基于GIS的地下管線查詢與應(yīng)急管理系統(tǒng)的研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[6] 謝瀚，黃澤純，湯家法. 利用ArcEngine和C#實現(xiàn)地下管線斷面分析[J]. 地理空間信息，2014，12(4)：98～102.

[7] CJJ 61-2003. 城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程[S] . 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[8] 李萬輝，楊曉麗. 基于GIS的城市地下管線橫縱斷面分析[J]. 測繪與空間地理信息，2010(3)：58～62.

[9] 張旭. 基于ArcEngine的城市地下管線信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 濟南：山東大學(xué)，2012.