基于ArcEngine控制點(diǎn)查詢管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔡建民，花向紅，吳 幫，岳海斌，何玉劍

（1．武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079；2．武漢大學(xué)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和防治研究中心，湖北武漢430079；3．福建省莆田市國土資源局，福建莆田351100）

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基于ArcEngine控制點(diǎn)查詢管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔡建民1，2，花向紅1，2，吳 幫1，2，岳海斌3，何玉劍3

（1．武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079；2．武漢大學(xué)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和防治研究中心，湖北武漢430079；3．福建省莆田市國土資源局，福建莆田351100）

摘 要：基于ArcEngine控制點(diǎn)查詢管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對(duì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)功能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)合莆田市控制點(diǎn)成果管理需要，采用Visual Studio．NET語言實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)保存、批量入庫、批量導(dǎo)出、查詢、點(diǎn)位分布可視化、點(diǎn)之記可視化和打印等功能，并闡述系統(tǒng)在開發(fā)過程中遇到的技術(shù)問題和解決方案。

關(guān)鍵詞：控制點(diǎn)；ArcGIS Engine；查詢管理系統(tǒng)；批量數(shù)據(jù)入庫；可視化

控制點(diǎn)在工程設(shè)計(jì)與施工中起到重要的作用，提供地理坐標(biāo)信息基準(zhǔn)，是測(cè)繪工作的核心內(nèi)容。日常工作中的控制點(diǎn)管理方法極為簡單，主要利用點(diǎn)及記錄其坐標(biāo)信息的紙質(zhì)文檔或電子文檔作為存儲(chǔ)介質(zhì)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的不斷完善，當(dāng)工程項(xiàng)目中控制點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)，這種傳統(tǒng)的控制點(diǎn)管理方法顯現(xiàn)出一系列的問題，如控制點(diǎn)數(shù)量較多不易管理，查詢檢索控制點(diǎn)會(huì)消耗較多時(shí)間，控制點(diǎn)數(shù)據(jù)難以具有時(shí)效性，難以找到控制點(diǎn)的具體地理位置等。

ArcGIS Engine是一個(gè)創(chuàng)建定制GIS桌面應(yīng)用程序的開發(fā)產(chǎn)品，可用于創(chuàng)建要素集、實(shí)現(xiàn)顯示，存取大量柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建帶有符號(hào)體系及標(biāo)注功能的地圖等Arc Objects的基本服務(wù)。ArcEngine為Visual Studio．NET提供了豐富的類庫和應(yīng)用程序編程接口（API），為控制點(diǎn)成果可視化管理提供了解決方案，可使用戶快速高效開發(fā)綜合管理系統(tǒng)。為此，本文提出將傳統(tǒng)控制點(diǎn)管理與ArcEngine結(jié)合實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)集中高效管理的方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于ArcGIS Engine的控制點(diǎn)查詢管理系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于ArcGIS Engine技術(shù)開發(fā)控制點(diǎn)查詢管理系統(tǒng)可充分利用ArcGIS系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)管理優(yōu)勢(shì)，如數(shù)據(jù)管理功能和空間查詢功能等，實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的查詢檢索，控制點(diǎn)空間數(shù)據(jù)和屬性信息的一體化，控制點(diǎn)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)互查等操作，從而更加集中高效的管理控制點(diǎn)成果。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1　控制點(diǎn)查詢管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)根據(jù)不同的點(diǎn)類別、不同的坐標(biāo)體系對(duì)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，設(shè)計(jì)出不同的查詢檢索體系。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)近景點(diǎn)照片的查看、點(diǎn)之記查看和打印功能，并根據(jù)項(xiàng)目的需要對(duì)點(diǎn)照片和點(diǎn)之記進(jìn)行統(tǒng)一處理。對(duì)于已處理好并檢查合格的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)可一鍵導(dǎo)入底層數(shù)據(jù)庫，同時(shí)根據(jù)控制點(diǎn)時(shí)效性進(jìn)行刪除、編輯和添加控制點(diǎn)最新信息等操作。點(diǎn)位分布圖模塊既可查看控制點(diǎn)的分布概況又能同已有資料結(jié)合查看控制點(diǎn)周邊情況，已有地圖資料經(jīng)矢量化、匹配坐標(biāo)系后通過MapControl控件調(diào)用MapControl．AddLayer方法將地圖加載到當(dāng)前工作圖層作為系統(tǒng)參考底圖。

1．2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。將傳統(tǒng)的紙質(zhì)點(diǎn)之記、點(diǎn)照片和點(diǎn)坐標(biāo)等空間信息數(shù)字化并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫集中管理，需要對(duì)查詢管理系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也需要對(duì)數(shù)據(jù)格式作一定的約束。本系統(tǒng)涉及的坐標(biāo)系較多，不適宜對(duì)每個(gè)坐標(biāo)分量進(jìn)行設(shè)計(jì)，只需對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行格式約束即可。ArcSDE是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中管理地理數(shù)據(jù)庫的接口，該接口可將關(guān)系數(shù)據(jù)加載到空間數(shù)據(jù)中，提供控制點(diǎn)空間位置及附近地物形狀等信息。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型有電子地圖數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，前者以．shp文件格式存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)信息，后者采用關(guān)系型數(shù)據(jù)將控制點(diǎn)的屬性信息存儲(chǔ)在Geodatabase數(shù)據(jù)庫中，二者之間建立D關(guān)聯(lián)，通過兩個(gè)相同的字段作為關(guān)聯(lián)字段。Geodatabase采用全關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)，充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)有機(jī)的將控制點(diǎn)的屬性和行為聯(lián)系在一起，將數(shù)據(jù)庫引擎的圖形用戶界面和軟件開發(fā)工具相結(jié)合，它以一定的格式將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在基于Jet Engine的數(shù)據(jù)庫引擎里，通過定義COM組件使開發(fā)者在基本模型上根據(jù)面向的對(duì)象對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擴(kuò)展。

Geodatabase的數(shù)據(jù)集和工作區(qū)兩部分包含該數(shù)據(jù)庫對(duì)象最基礎(chǔ)最主要的類：WorkspaceFactory類、Workspace類和FeatureDataset組件類。數(shù)據(jù)集部分主要用于描述和管理各種具體的數(shù)據(jù)，工作區(qū)則對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行宏觀管理。WorkspaceFactory類用于生成Workspace，通過連接文件或事先指定的連接屬性PropertySet連接工作空間；Workspace類為數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)空間，用于存放FeatureDatasets、Rasterdatasets和Tables等空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)；FeatureDataset組件類用于存儲(chǔ)具有相同空間參考的多個(gè)FeatureClass要素集。

數(shù)據(jù)庫Table結(jié)構(gòu)見表1所示。

表1　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)表設(shè)計(jì)

2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的技術(shù)問題及解決方案

2．1 批量數(shù)據(jù)入庫

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的錄入方法單一過程繁瑣，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，龐大數(shù)據(jù)量的入庫工作將會(huì)極大的降低工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)對(duì)事先已整理好的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)可通過一鍵導(dǎo)入的方式進(jìn)行入庫，方法簡單過程明了。入庫前本系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，判斷已整理好的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)格式是否符合本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的錄入要求，并對(duì)不符合入庫要求的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理。Geodatabase數(shù)據(jù)庫提供了可伸縮的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，在單機(jī)環(huán)境下Personaldatabase只針對(duì)中小型用戶，其原理同Access數(shù)據(jù)庫相同，當(dāng)數(shù)據(jù)文件大小超過2GB時(shí)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫崩潰，批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)量較大的控制點(diǎn)時(shí)容易出現(xiàn)系統(tǒng)假死或卡頓現(xiàn)象。為了解決該問題，通過對(duì)系統(tǒng)多次優(yōu)化嘗試后，探索出了一些有效解決方案。

1）數(shù)據(jù)分離。由于數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)受大小限制，因此單機(jī)環(huán)境下Personaldatabase不適宜將空間數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)同時(shí)入庫。本系統(tǒng)將空間數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)分開入庫，Geodatabase數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存控制點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)并與關(guān)系數(shù)據(jù)構(gòu)建D關(guān)聯(lián)，此法極大提高了數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率。

2）設(shè)置緩沖區(qū)。PC上啟動(dòng)本系統(tǒng)時(shí)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)主線程，主要負(fù)責(zé)響應(yīng)軟件界面的一系列操作。批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)可設(shè)置緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫，并及時(shí)更新緩沖區(qū)獲取下一批控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，從而降低主線程的運(yùn)算負(fù)載，保證主線程對(duì)UI的更新，使系統(tǒng)能夠更流暢的運(yùn)行。

3）減少數(shù)據(jù)庫Table更新。設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫Table時(shí)將控制點(diǎn)ID數(shù)據(jù)類型設(shè)置為AutoNumber，進(jìn)行刪除和批量導(dǎo)入操作時(shí)易導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫表ID號(hào)沖突。為了解決該問題，需要對(duì)底層數(shù)據(jù)庫控制點(diǎn)的ID重新編號(hào)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫Table進(jìn)行更新。當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)這種更新會(huì)引起數(shù)據(jù)庫卡頓不響應(yīng)等現(xiàn)象。經(jīng)過多次系統(tǒng)優(yōu)化嘗試后，可先獲取Table原有控制點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄，利用ID自動(dòng)編號(hào)的原理從緩存中最后一條記錄開始追加，這種入庫方式可有效避免ID號(hào)引發(fā)的沖突和減少底層數(shù)據(jù)庫Table的更新。

2．2 控制點(diǎn)分布圖

外業(yè)采集的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)錄入后，可根據(jù)已有地圖數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)加密點(diǎn)位置并根據(jù)外業(yè)所采集的控制點(diǎn)驗(yàn)證加密點(diǎn)位置是否合理。將控制點(diǎn)信息錄入數(shù)據(jù)庫后，系統(tǒng)根據(jù)空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)可自動(dòng)生成點(diǎn)位分布圖，實(shí)現(xiàn)上述檢驗(yàn)功能，便于點(diǎn)位的管理。自動(dòng)生成點(diǎn)位分布需利用計(jì)算機(jī)的繪圖功能。在常規(guī)方法中，一般采用基于CAD或ArcGISEngine二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)該功能。ArcGIS支持的數(shù)據(jù)格式種類多，面向的對(duì)象比CAD廣，對(duì)查詢管理類軟件的后續(xù)開發(fā)更加有益，因此本系統(tǒng)采用基于ArcGISEngine的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位分布圖功能。

首先，創(chuàng)建Table表，用于構(gòu)建一個(gè)Feature－Class要素類。通過WorkspaceFactory，F(xiàn)eature－Workspace打開要素空間，根據(jù)Field創(chuàng)建點(diǎn)名和平面坐標(biāo)字段pFieldNmae，pFieldX和pFieldY，將字段加載到當(dāng)前創(chuàng)建的表中。添加字段之后，根據(jù)錄入數(shù)據(jù)的坐標(biāo)，使用Row方法將數(shù)據(jù)加載到對(duì)應(yīng)的字段中，即可成功創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)表格。創(chuàng)建該表格之后，需為數(shù)據(jù)設(shè)置參考坐標(biāo)系。SpatialReferenceFactory和SpatialReference是設(shè)置坐標(biāo)系中常用的接口。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選取CGCS2000坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系統(tǒng)，即esriSRGeoCSType．esriSRGeoCS＿CGCS2000。其次，將表中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源創(chuàng)建FeatureClass要素類，利用要素圖層FeatureLayer中的FeatureClass屬性，通過Create－XYEventSource方法將Table表格加載到要素圖層。最后，將要素圖層顯示到當(dāng)前圖層即可。Arc－GIS中圖層的顯示控件一般用MapControl，通過使用MapControl．AddLayer方法將創(chuàng)建的要素圖層或已有矢量地圖加載到當(dāng)前圖層，即可顯示點(diǎn)位分布圖。

3　系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用Visual Studio．NET匯編語言進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了控制點(diǎn)的批量入庫、批量導(dǎo)出、查詢、編輯、點(diǎn)位分布可視化、點(diǎn)照片管理及可視化、點(diǎn)之記管理及可視化和一些常用的基本功能，并針對(duì)不同的項(xiàng)目設(shè)計(jì)新建項(xiàng)目模塊和打開已有項(xiàng)目模塊。

3．1 數(shù)據(jù)管理模塊

用戶根據(jù)數(shù)據(jù)入庫的格式要求將控制點(diǎn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)添加到本系統(tǒng)中，見圖2。主界面上調(diào)用DataGridView控件來實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)庫的可視化，將所有數(shù)據(jù)緩存在DataTable中，可對(duì)其進(jìn)行操作，將更新后的DataTable數(shù)據(jù)上傳至控制點(diǎn)管理數(shù)據(jù)庫，并再次更新顯示在DataGridView控件中，從而越過對(duì)底層數(shù)據(jù)庫的直接操作，避免誤操作造成數(shù)據(jù)丟失?？臻g數(shù)據(jù)的輸入包括控制點(diǎn)的概略位置、不同坐標(biāo)系下的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)主要包括控制點(diǎn)點(diǎn)名、點(diǎn)類別和控制點(diǎn)的近景圖片、點(diǎn)之記等圖形文檔數(shù)據(jù)。添加控制點(diǎn)近景點(diǎn)照片和點(diǎn)之記時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將選中的照片復(fù)制到項(xiàng)目文件夾下，點(diǎn)照片和點(diǎn)之記文件將統(tǒng)一以點(diǎn)名命名，確保控制點(diǎn)空間信息和屬性信息的一致性。添加點(diǎn)照片后，系統(tǒng)將在界面右下角提供控制點(diǎn)近景照片的預(yù)覽圖。根據(jù)系統(tǒng)所提供的管理權(quán)限，可對(duì)已入庫的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除、修改和編輯等操作。編輯時(shí)選中一點(diǎn)，該點(diǎn)的所有信息將會(huì)顯示在下方的文本框中，直接對(duì)文本框中的內(nèi)容進(jìn)行更改編輯，最后確認(rèn)即可。

3．2 數(shù)據(jù)查詢模塊

根據(jù)控制點(diǎn)字段的屬性設(shè)計(jì)，用戶可通過查詢語句檢索感興趣的控制點(diǎn)位置信息和屬性信息，并結(jié)合圖形輸出模塊查看該點(diǎn)在shp文件中的地理位置及周邊環(huán)境情況。本系統(tǒng)的查詢條件包括了控制點(diǎn)的每個(gè)屬性字段，用戶可以通過點(diǎn)名、點(diǎn)類別、點(diǎn)所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、WGS84坐標(biāo)系下的XYZ和BLH、CGCS2000坐標(biāo)系下的XYZ和BLH、80坐標(biāo)系下120度平面高程坐標(biāo)、80坐標(biāo)系下119度平面高程坐標(biāo)、54坐標(biāo)系下120度平面高程坐標(biāo)和54坐標(biāo)系下119度平面高程坐標(biāo)等控制點(diǎn)的空間信息和屬性信息作為查詢條件進(jìn)行檢索。

圖2　數(shù)據(jù)管理界面

3．3 數(shù)據(jù)輸入輸出模塊

外業(yè)采集的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)成果經(jīng)初步整理后一般為批量的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，將控制點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)逐個(gè)的添加到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫顯得不切實(shí)際，不僅過程繁瑣，而且也極大降低工程項(xiàng)目的時(shí)間效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此批量錄入控制點(diǎn)數(shù)據(jù)就顯得十分重要；另一方面，進(jìn)行野外觀測(cè)時(shí)需要使用已有成果中的部分控制點(diǎn)信息，必須將部分已知點(diǎn)導(dǎo)出。本系統(tǒng)可根據(jù)項(xiàng)目的需求對(duì)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量導(dǎo)入和批量導(dǎo)出至Excel表格。錄入控制點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)時(shí)可根據(jù)需要添加相應(yīng)的近景點(diǎn)照片和點(diǎn)之記。用戶查看某點(diǎn)的點(diǎn)之記時(shí)，只需選中該點(diǎn)，點(diǎn)擊菜單欄查看點(diǎn)之記或鼠標(biāo)右鍵查看點(diǎn)之記，系統(tǒng)將根據(jù)文檔的屬性調(diào)用WORD或PDF程序打開選中的點(diǎn)之記文檔。查看點(diǎn)照片時(shí)只需選中該點(diǎn)，系統(tǒng)將在界面的左下方顯示該點(diǎn)的近景照片。本系統(tǒng)是基于ArcGIS Engine的二次開發(fā)，以CGCS2000為空間坐標(biāo)體系，利用MapControl控件生成控制點(diǎn)的點(diǎn)位分布圖，見圖3。錄入控制點(diǎn)的空間信息和屬性信息之后可查看點(diǎn)位分布效果圖，以此可判斷測(cè)量點(diǎn)特別是加密點(diǎn)的位置是否合理。另外，考慮到控制點(diǎn)數(shù)據(jù)資料的審查與提交問題，本系統(tǒng)添加了打印模塊，可將選擇的控制點(diǎn)打印輸出為紙質(zhì)文檔。

圖3　點(diǎn)位分布

4　結(jié)束語

外業(yè)數(shù)據(jù)采集所獲得的測(cè)繪成果來之不易，利用空間地理信息系統(tǒng)原理和控制點(diǎn)管理方法將控制點(diǎn)成果等數(shù)據(jù)資料匯集到同一平臺(tái)并建立信息輸入輸出流和數(shù)據(jù)要素集，可提高測(cè)繪成果資料的規(guī)范化、科學(xué)化和信息化管理水平。本文提出基于ArcGIS Engine和Visual Studio．NET框架相結(jié)合實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)數(shù)字化管理的方法，這套系統(tǒng)解決工程項(xiàng)目中傳統(tǒng)控制點(diǎn)手工管理的局限性。本系統(tǒng)擁有ArcGIS強(qiáng)大的空間查詢能力和數(shù)據(jù)管理能力，為后續(xù)開發(fā)工作提供的極大的便利和基礎(chǔ)。

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［責(zé)任編輯：李銘娜］

Design and implementation of control point query management system based on ArcEngine

CAI Jianmin1，2，HUA Xianghong1，2，WU Bang1，2，YUE Haibin3，HE Yujian3

（1．School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China；2．Hazard Monitoring ＆Prevention Research Center，Wuhan University，Wuhan 430079，China；3．Fujian Putian Bureau of Land and Resources，Putiant 351100，China）

Abstract：The design idea based on the control point query management system of ArcEngine is elaborated．The presentation of the overall structure，database and function of the system are also made in details．The whole system can satisfy the needs of the control point data for Putian City．Then the critical technology and solutions to the management system in the process of implementation are stated．Visual Studio．NET language is adopted to explore this system，resulting in special features such as the control point saving，bulk storage and bulk export，query，the visualization of distribution point and the pictures，etc．

Key words：control point；ArcGIS Engine；query management system；bulk storage；visualization

作者簡介：蔡建民（1990－），男，碩士研究生．

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41174010；41374011）

收稿日期：2014－11－24

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006－7949（2016）01－0051－04