基于ArcGIS Engine對警車實時調(diào)度平臺的開發(fā)

王帝文

摘要：在地理信息系統(tǒng)發(fā)展飛速發(fā)展的今天，越來越多的行業(yè)開始使用GIS來分析解決問題。近年來恐怖勢力有所抬頭，安全形勢不容樂觀，且犯罪案件的發(fā)生具有隨機(jī)性，傳統(tǒng)的調(diào)度方式已經(jīng)無法滿足警方快速反應(yīng)的需求，為了實現(xiàn)實時調(diào)度功能，本文著重闡述了空間查詢、實時定位、路徑分析技術(shù)的實現(xiàn)方法，研究如何利用ArcEngine二次開發(fā)警務(wù)調(diào)度平臺。

關(guān)鍵詞：GIS；實時調(diào)度；二次開發(fā)

1、引言：為了滿足當(dāng)下快速出警的需求，許多大城市的警務(wù)部門開始使用警車調(diào)度平臺，作為打擊犯罪分子的高科技武器，但目前在運行的警務(wù)平臺大多以底層開發(fā)為主，缺點是開發(fā)周期長，技術(shù)實施難度大，維護(hù)成本高，使得許多偏遠(yuǎn)地區(qū)的警務(wù)部門，由于資金緊張、技術(shù)缺乏而難以實現(xiàn)。本文介紹的利用ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，使用C#作為開發(fā)語言，其優(yōu)點是可以快速搭建系統(tǒng)框架，大幅度縮短軟件開發(fā)周期，借助ArcGIS提供的地理數(shù)據(jù)分析接口，封裝了空間查詢、緩沖區(qū)分析、路徑分析等一系列功能，為實現(xiàn)警車的實時調(diào)度而服務(wù)。通過這種方法做出的產(chǎn)品功能完備，價格低廉，維護(hù)簡單，兼容性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，尤其適合中小城市日常的工作需求，較大型警務(wù)平臺其性價比更高。

2、總體設(shè)計

2.1需求調(diào)查。進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)城市化步伐加快，城市的安全形勢卻不容樂觀，導(dǎo)致出警范圍和出警強(qiáng)度進(jìn)一步加大，但許多偏遠(yuǎn)城市的警務(wù)部門對于警力調(diào)度還停留在初級階段，即利用紙質(zhì)地圖進(jìn)行人工查詢定位，這種方法效率低、誤差大，很容易因為人為判斷失誤而延誤出警時間，造成交通癱瘓、公民財產(chǎn)損失等一系列嚴(yán)重后果。因此，本文總結(jié)了警務(wù)部門存在的現(xiàn)實需求：①在電子地圖上，實時更新警車位置。②當(dāng)發(fā)生案情時，能快速對案發(fā)地點進(jìn)行定位。③根據(jù)具體情況，制定出警最優(yōu)路線，輔助指揮者實時調(diào)度。

2.2開發(fā)平臺。警務(wù)實時調(diào)度系統(tǒng)選擇成熟的win7操作系統(tǒng)，ESRI的ArcGIS Engine9.3為開發(fā)平臺，Visual Studio 2008為開發(fā)環(huán)境，C#為開發(fā)語言。ArcGISEngine是完整的嵌入式GIS組件庫，可在多種編程語言中調(diào)用接口，它的核心是由ArcObjects一組開發(fā)包組成，可將ArcGIS的功能嵌入到其他應(yīng)用軟件中，這樣的程序安裝時就不需要安裝ArcGIS專業(yè)軟件，極大地減輕了警務(wù)部門的運行負(fù)擔(dān)，因此適用于警務(wù)實時調(diào)度系統(tǒng)的二次開發(fā)。

3程序設(shè)計及實現(xiàn)

3.1程序界面設(shè)計。在實現(xiàn)系統(tǒng)分析功能之前，首先應(yīng)搭建地圖顯示框架，通常有兩種方法，一種適合于功能要求較高的程序編寫，所有的控件由自己進(jìn)行代碼編寫，一般用于底層開發(fā)；另一種就是利用ArcEngine提供的各項控件，快速搭建界面，具體如下：在VS2008中，我們可以新建一個Windows窗體項目，然后從ArcGISWindowsForms選項卡向其中添加ToolBarControl、TOCControl、MapControl控件，并分別設(shè)置屬性窗口中的Dock為Top，Left，F(xiàn)ill，完成窗口布局，即頂部為工具欄、左側(cè)為圖層列表，主工作區(qū)為地圖控件，如圖1所示。

ToolBarConrol控件提供了許多Commands和Toolsets，實現(xiàn)對地圖控件的操作，常用的有Open（打開地圖文件）、Zoom in/out（放大縮小）、Pan（拖動地圖）等，我們可以根據(jù)自己的需要添加相應(yīng)的命令和工具。除此之外，ArcEngine提供了一種模板—MapControl Application，其中已經(jīng)嵌入各種開發(fā)所需的基礎(chǔ)控件，便于我們快速進(jìn)行其他功能的開發(fā)，不但節(jié)省了時間，也降低基礎(chǔ)出錯率，本文就采用這個模板作為軟件界面。

3.2添加圖層

在ArcGIS中地圖是由點、線、面三種類型的矢量數(shù)據(jù)組成，這些要素類以Shapfile的格式存儲在地理數(shù)據(jù)庫Geodatabase中，我們可以通過ArcCatalog對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，將所用的要素類放在一個要素數(shù)據(jù)集中，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足警車的定位調(diào)度功能，需要Map添加含有地標(biāo)、道路、居民地信息的要素類，具體實現(xiàn)如下：

（1）為了添加要素類到地圖中去，首先從工具箱中找到MenuStrip（菜單欄）并添加，然后在菜單欄中鍵入一個“添加圖層”的菜單項，如圖2所示。

（2）雙擊進(jìn)入代碼編寫頁，主要用到的接口有IWorkspaceFactory，IFeatureWorkspace，這兩個接口用于建立一個工作空間以訪問地理數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)庫連接后使用IFeatureClass接口實例化—個要素類對象，將數(shù)據(jù)庫中的要素類賦給當(dāng)前對象，完成數(shù)據(jù)的傳遞，但為了顯示在地圖上，就需要將要素類添加到圖層中去，通過IFeatureLayer接口，在空圖層中加入已獲得要素類，最終實現(xiàn)圖層添加功能。

（3）如果需要添加多個圖層，批量建立對象并修改OpenFeatureClass的參數(shù)即可，此處不做贅述。在完成“圖層添加”后，根據(jù)程序設(shè)計目的，需要將地圖上的地點名稱進(jìn)行標(biāo)注，由于標(biāo)注是作為圖層屬性存在的，因此可以使用TextElement繪制，其原理是將屬性表的某個屬性創(chuàng)建TextElement對象，然后調(diào)用IGraphicsContainer接口的AddElement方法進(jìn)行標(biāo)注的添加，程序運行效果如圖3所示。

3.3報警定位。地圖包含信息量大，人工查找精度低，速度慢，報警定位作為警務(wù)調(diào)度的第一步，如果不能快速準(zhǔn)確地執(zhí)行，將會引發(fā)嚴(yán)重的案情延誤問題。利用ArcEngine就可以快速組建空間查詢功能，基于已添加的點圖層，使用圖層屬性中的名稱字段進(jìn)行空間屬性查詢，以實現(xiàn)對案發(fā)地的位置定位，查詢流程如圖4所示。

根據(jù)報警人提供的地點信息，利用空間屬性查詢并高亮案發(fā)地點。完成空間屬性查詢需用到以下主要接口：（1）IFeatureLayer，獲取需要進(jìn)行查詢的圖層。（2）IFeatumSelection，此接口可以用來選擇指定圖層的要素，他的成員SelectFeatures可以根據(jù)QueryFilter的實例化對象，選擇具有限定條件的要素并高亮顯示在地圖上。（3）IC！ueryFilter，該接口可以幫助用戶過濾不需要的值，它的WhereClause屬性用于設(shè)定過濾表達(dá)式，限定返回的要素，即Select..Where..語句中的條件語句，該語句可以通過設(shè)置一個TextBox進(jìn)行傳遞，但需要注意的是，Geodatabase支持sQL語言作為模糊查詢語句，所以該語句在編寫代碼時要給字段名加上中括號（[字段名]），限定條件加上雙引號，這樣格式的語句才能在數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行，考慮到地圖的大數(shù)據(jù)量，特定義一個縮放函數(shù)，將選中的要素進(jìn)行居中顯示，程序運行效果如圖5所示。endprint

3.4警車實時定位。警車在日常巡邏任務(wù)中，時刻都有可能接到調(diào)度命令，只有掌握警車的實時位置，才能制定出最優(yōu)出警路線，用TextElement在地圖上模擬車輛的行駛軌跡，其路線由一組點（x，y）構(gòu)成，x為經(jīng)度，y為緯度，數(shù)據(jù)的獲取方式是接收車載GPS傳回的經(jīng)緯度坐標(biāo)，示意圖如圖6所示。

利用返回的經(jīng)緯度坐標(biāo)，可以在地圖的指定位置畫出TextElement，即將警車作為文字圖元在GraphicsContainer中畫出，為了突出顯示警車，可用ICallout接口定義—個氣泡。繪出警車后，下一步是讓警車“動起來”，由于要求數(shù)據(jù)的實時性，所以需要向程序中加入一個Tuner控件，以設(shè)定間隔對經(jīng)緯度數(shù)據(jù)（x，y）進(jìn)行更新，最后加入一個Buuon控件作為功能開啟按鈕。這些文本圖元將不占用圖層資源，只在GraphicsContainer中繪出，極大地節(jié)省內(nèi)存空間，提高了程序反應(yīng)速度，運行效果如圖7所示。

3.5出警路線制定

3.5.1無向網(wǎng)絡(luò)。制定出警路線需要用到最短路徑分析功能，使用它的前提是建立無向網(wǎng)絡(luò)，GIS中的網(wǎng)絡(luò)，是指線狀要素相互連接所形成的—個線狀模式，如道路網(wǎng)。將經(jīng)過編輯的點狀和線狀要素單獨提取出來作為一個圖層，這就是可以進(jìn)行路徑分析的道路網(wǎng)絡(luò)模型。ArcEngine中無向網(wǎng)絡(luò)的建立需要用到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，它可以在ArcCatalog中進(jìn)行實現(xiàn)。首先創(chuàng)建一個FeatureDataset，將道路中心線要素導(dǎo)入，新建一個具有拓?fù)潢P(guān)系的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，設(shè)置連通性和轉(zhuǎn)彎規(guī)則，然后創(chuàng)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)屬性，如字段名為Meters，類型為double，它表示的是道路長度，又如字段名為OneWay，類型為Text，目的是為了區(qū)分具有不同通行屬性的道路。當(dāng)全部設(shè)置完成后，系統(tǒng)將自動生成一個匯總報告，確認(rèn)無誤即可倉犍網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

3.5.2最短路徑分析。在上文中已經(jīng)解決了報警定位和警車定位的問題，依靠構(gòu)建的道路網(wǎng)絡(luò)模型，我們使用GIS的最短路徑分析功能，系統(tǒng)會在兩點間自動規(guī)劃出一條最短路徑，其原理是新建一個空圖層，獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中的點要素和線要素并添加進(jìn)去，然后確定所要分析的路徑點，設(shè)置捕捉容差，進(jìn)行字段匹配，再將路徑點加載到圖層中，通過INAContext接口設(shè)置分析參數(shù)，最終在地圖上顯示出最短路徑及結(jié)果信息。由于網(wǎng)絡(luò)分析較復(fù)雜，因此我們新建了一個窗口以作分析界面，程序運行效果如圖8所示。

結(jié)論：本文從GIS的定義、功能入手，介紹了現(xiàn)階段警務(wù)部門的現(xiàn)實需求，同時總結(jié)了現(xiàn)有警務(wù)平臺存在的問題，提出了利用ESRI公司的二次開發(fā)工具ArcEngine結(jié)合Visual C#開發(fā)環(huán)境快速搭建警務(wù)調(diào)度平臺的方法，并對建立該平臺的理論基礎(chǔ)及實現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并展示了程序運行效果，這種方法大大降低了開發(fā)難度，降低了開發(fā)成本并縮短了開發(fā)周期，而且建立的平臺具有較強(qiáng)的空間查詢和分析功能。endprint