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

張星星，宋旭東，丁 易，何小波，沈富強(qiáng)

（1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)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(xué)，四川 成都611756；4.四川測(cè)繪地理信息局測(cè)繪技術(shù)服務(wù)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(qiáng)4

（1.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)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(xué)，四川 成都611756；4.四川測(cè)繪地理信息局測(cè)繪技術(shù)服務(wù)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(shè)計(jì)并實(shí)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(chǔ)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(jìn)行相應(yīng)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(luò)化設(shè)計(jì)與更新提供軟件支持。

DotNetBar；ArcEngine 10.1；數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)；供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)

近幾年來，國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，對(duì)電力、煤氣、供水等城市管道的建設(shè)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(qiáng)，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(guó)外有許多優(yōu)秀的供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)平臺(tái)和軟件，如美國(guó)Intergraph公司的AM /FM軟件實(shí)現(xiàn)了在管網(wǎng)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用；德國(guó)Siemens公司的設(shè)施管理平臺(tái)SICAD-UT也廣泛應(yīng)用于電力、煤氣、自來水等方面[1]。ArcEngine具有強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口，易學(xué)易用、開發(fā)效率高、能解決DLL災(zāi)難等優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合國(guó)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(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括用戶管理系統(tǒng)和供水管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶管理系統(tǒng)主要以用戶管理、權(quán)限分配為主，而供水管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)庫(kù)則集成了城鎮(zhèn)的圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)[2]，主要功能表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新、維護(hù)等。

空間數(shù)據(jù)是GIS的核心和靈魂。準(zhǔn)確、高效地獲取空間數(shù)據(jù)是GIS發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)[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(yīng)用的需要，數(shù)據(jù)采集完成后，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性和邏輯一致性的檢查，再構(gòu)建供水管網(wǎng)幾何網(wǎng)絡(luò)模型和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)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?jǐn)?shù)據(jù)，并進(jìn)行坐標(biāo)弱化處理。

供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：坐標(biāo)弱化；ArcGIS 10.1圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)；Access數(shù)據(jù)庫(kù)中的SQL查詢，去冗余數(shù)據(jù)；完整性檢查；ArcCatalog10.1構(gòu)建幾何網(wǎng)絡(luò)模型和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模型。其數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和給水管線屬性表如圖1。

圖1 供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)及給水管線屬性表

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

綜合現(xiàn)有資料，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)狀調(diào)查和需求分析，提出了ArcGIS系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)；并結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的八大原則，進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。該新型系統(tǒng)集成了空間數(shù)據(jù)庫(kù)、DotNetBar及C/S等多種技術(shù)[4]，可擺脫對(duì)ArcGIS平臺(tái)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(jié)合并記錄在CIS數(shù)據(jù)庫(kù)中；然后進(jìn)行預(yù)處理，形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包[5]并導(dǎo)入該系統(tǒng)；最后通過圖形處理界面及Windows操作終端，對(duì)該地區(qū)城鎮(zhèn)管網(wǎng)進(jìn)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(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)合組件式GIS特點(diǎn)，采用了自下而上的方法進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)了12 種主要功能。各模塊之間彼此相對(duì)獨(dú)立，用戶后期可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)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(duì)不同用戶，設(shè)計(jì)了不同的解決方案，如圖3。

圖2 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

圖3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用C/S應(yīng)用模式，以Windows7為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合Microsoft Visual Studio 2010、 DotNetBar及ArcEngine 10.1實(shí)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(cè)

該模塊針對(duì)授權(quán)用戶設(shè)計(jì)了登錄界面，非授權(quán)用戶設(shè)計(jì)了注冊(cè)界面，以保證數(shù)據(jù)的安全性。二者在實(shí)現(xiàn)過程中，使用Timer控件來保證窗口的動(dòng)畫顯示效果（圖4）。用戶通過登錄訪問內(nèi)置個(gè)人用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，注冊(cè)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(yàn)界面，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互的載體。該系統(tǒng)使用Photoshop及DotNetBar進(jìn)行系統(tǒng)主界面模塊設(shè)計(jì)，如圖5。

圖5 系統(tǒng)主界面

3.2 主界面功能實(shí)現(xiàn)

基礎(chǔ)模塊實(shí)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。空間功能為原型系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)空間選擇、空間量測(cè)、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(jìn)行管網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)等要素的日常選擇，使用Tocc右鍵菜單屬性表進(jìn)行相應(yīng)的屬性維護(hù)和更新。

2）空間量測(cè)：多邊形量測(cè)（如某點(diǎn)管網(wǎng)爆破，可借助緩沖區(qū)分析量取受災(zāi)范圍）、周長(zhǎng)量測(cè)（兩節(jié)點(diǎn)或兩排氣閥之間的距離）、坐標(biāo)量取。

3）空間查詢：對(duì)普通用戶（圖6a）和專業(yè)用戶（圖 6b）設(shè)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(dòng)或停止一個(gè)編輯流程，該接口提供了13種方法[7]進(jìn)行編輯事務(wù)；而高級(jí)編輯使用ITopologicalOperator接口設(shè)置了高級(jí)編輯菜單。系統(tǒng)可對(duì)管線、水表、排氣閥、節(jié)點(diǎn)等要素進(jìn)行空間編輯，如圖7。

圖7 空間數(shù)據(jù)編輯

圖8 節(jié)點(diǎn)的可視化顯示

5）可視化分析：該模塊設(shè)計(jì)了基于ArcGIS自帶的符號(hào)化顯示和ArcEngine唯一值符號(hào)化顯示（圖8）兩種解決方案，可對(duì)管線、節(jié)點(diǎn)、消防栓等要素進(jìn)行地圖的符號(hào)化表達(dá)。該模塊主要結(jié)合Renderer、Color、Symbol三大組件來完成，符號(hào)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(jìn)行要素選擇，點(diǎn)擊“基于要素的緩沖區(qū)分析”，選擇源圖層、目標(biāo)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(zāi)情況）；專業(yè)用戶可任意進(jìn)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(yīng)的變化圖層，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程如圖10所示。

圖9 管網(wǎng)爆破受災(zāi)范圍

圖10 緩沖區(qū)分析實(shí)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(duì)受災(zāi)區(qū)域地表要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用戶可準(zhǔn)確直觀地判讀受災(zāi)程度。網(wǎng)絡(luò)分析主要是依據(jù)幾何網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)、消防栓及閥門等）要素的位置選取，距離成本進(jìn)行綜合分析，為用戶創(chuàng)建最佳規(guī)劃設(shè)計(jì)方案提供一定的數(shù)據(jù)支持。其主要步驟包括：①獲取預(yù)定義在供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的幾何網(wǎng)絡(luò)模型；②定義邊線旗數(shù)組，獲取最近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；③計(jì)算路徑（權(quán)重），并進(jìn)行分析。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程及效果如圖11、12。

圖11 最短路徑實(shí)現(xiàn)流程圖

圖12 兩節(jié)點(diǎn)之間最短路徑示例

4 結(jié) 語(yǔ)

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(jiǎn)便，可同時(shí)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(shí)際情況進(jìn)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(shù)支撐。

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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(xiàng)目來源： 測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目（201412019）。