觸控式地下管線展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫成苗,焦俊超,胡振彪

(1.青島市勘察測(cè)繪研究院,山東青島 266032; 2.青島市基礎(chǔ)地理信息與遙感中心,山東青島 266032)

觸控式地下管線展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫成苗1,2?,焦俊超1,2,胡振彪1,2

(1.青島市勘察測(cè)繪研究院,山東青島 266032; 2.青島市基礎(chǔ)地理信息與遙感中心,山東青島 266032)

為將地下管線通過(guò)觸控屏進(jìn)行展示,實(shí)現(xiàn)人機(jī)友好互動(dòng),增加系統(tǒng)的體驗(yàn)度和舒適度,研究利用多點(diǎn)觸控技術(shù),結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù),以ArcGIS API for Silverlight為開(kāi)發(fā)接口,采用B/S開(kāi)發(fā)模式建設(shè)觸控式地下管線展示系統(tǒng)。系統(tǒng)作為青島市城市規(guī)劃展覽館開(kāi)發(fā)建設(shè)的專(zhuān)題展示項(xiàng)目,經(jīng)過(guò)了專(zhuān)家和社會(huì)公眾的各項(xiàng)測(cè)試和操作,運(yùn)行良好,證明了Silverlight技術(shù)在開(kāi)發(fā)觸控屏GIS領(lǐng)域性能的優(yōu)異性。

地下管線;GIS;多點(diǎn)觸控技術(shù);ArcGIS API for Silverlight

1 前 言

城市地下管線是城市建設(shè)的重要組成部分,被譽(yù)“良心工程”,被稱(chēng)為城市的“生命線”[1]。觸控式地下管線展示系統(tǒng)是以青島市規(guī)劃展覽館建設(shè)為契機(jī)開(kāi)發(fā)的用于向各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、普通市民、外來(lái)游客等參觀者展示青島市管線設(shè)施的現(xiàn)狀、規(guī)劃及未來(lái)發(fā)展前景(所有展示數(shù)據(jù)均以經(jīng)過(guò)加密處理),突出體現(xiàn)青島市地下管線的管理模式及應(yīng)用范圍,體驗(yàn)管線數(shù)字化給公眾日常生活帶來(lái)的便捷[2]。

觸控式地下管線展示系統(tǒng)是將GIS解決方案與多點(diǎn)觸控大屏幕相結(jié)合[3,4],采用數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)平臺(tái)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用層從底層到頂層的4層軟件結(jié)構(gòu),在保持靈活性和擴(kuò)展性的前提下,實(shí)現(xiàn)地理信息資源數(shù)據(jù)的整合、管理與展示。同時(shí),系統(tǒng)將二三維數(shù)據(jù)相結(jié)合,滿足用戶二三維環(huán)境下對(duì)管線數(shù)據(jù)的屬性查詢、物聯(lián)網(wǎng)模擬應(yīng)用展示,并提供如管線斷面分析[5]、爆管分析[6]等空間分析功能,向參觀者展示青島市綜合管線的種類(lèi)、地圖上的宏觀分布以及局部區(qū)域綜合管線信息。與多點(diǎn)觸控大屏幕相結(jié)合,摒除傳統(tǒng)的鼠鍵操作,以高度自由性的控制界面作為用戶與PC系統(tǒng)互動(dòng)的最佳方式,使參觀者以相對(duì)簡(jiǎn)單的操作獲得流暢的互動(dòng)效果。

2 總體設(shè)計(jì)思路

2.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

(1)與多點(diǎn)觸控大屏幕想結(jié)合,將地下管線解決方案在大屏幕上展示,參觀者可親自操作大屏幕瀏覽查看二維及三維環(huán)境下青島市全域地下綜合管線的布設(shè)現(xiàn)狀與規(guī)劃。

(2)二三維展示模式相結(jié)合。所有功能在二維地圖上實(shí)現(xiàn),同時(shí)自動(dòng)提示三維窗體切換,并可在三維模式下實(shí)現(xiàn)屬性查詢、物聯(lián)網(wǎng)模擬應(yīng)用展示等功能。

(3)提供如管線斷面分析、爆管分析等空間分析功能。

(4)展示綜合管線的種類(lèi)及在地圖上的宏觀分布,同時(shí)提供各種管線、管井的屬性信息查詢功能。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)在軟件架構(gòu)上從底層到頂層分為4層結(jié)構(gòu),依次是:數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)平臺(tái)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用層。此4層結(jié)構(gòu)可以獲得良好的系統(tǒng)性能,并且具有良好的可擴(kuò)展性及穩(wěn)定性,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)劃館展覽需求,系統(tǒng)主要包含的功能模塊為:地圖基本操作模塊、數(shù)據(jù)展示功能模塊、綜合查詢模塊、空間分析模塊等。其中,地圖基本操作模塊主要是對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、平移、全圖、鷹眼等基本操作;數(shù)據(jù)展示模塊一方面可實(shí)現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)的切換展示,另一方面可實(shí)現(xiàn)局部管線組合展示;綜合查詢模塊既可通過(guò)輸入查詢條件查詢數(shù)據(jù)屬性信息,又可通過(guò)拉框選擇地圖上的管線數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢;空間分析功能包含爆管分析和管線斷面分析。爆管分析用于展示管線發(fā)生爆管時(shí)事故詳細(xì)描述信息及實(shí)時(shí)視頻信息,分析事故點(diǎn)周邊一定范圍內(nèi)的危險(xiǎn)源、高危群體、應(yīng)急資源等信息;斷面分析可沿路或跨路查詢局部區(qū)域管線縱斷面、橫斷面信息;物聯(lián)網(wǎng)模擬應(yīng)用模塊,可在顯示管線測(cè)繪數(shù)據(jù)的同時(shí)調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù),展示管線的實(shí)時(shí)信息。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多點(diǎn)觸控技術(shù)

多點(diǎn)觸控[7](Multitouch或Multi-Touch)是采用人機(jī)交互技術(shù)與硬件設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)的技術(shù),能在沒(méi)有傳統(tǒng)輸入設(shè)備(如:鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等)下進(jìn)行計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互操作?；诙帱c(diǎn)觸摸技術(shù)構(gòu)成的觸摸屏(屏幕,桌面,墻壁等)或觸控板,都能夠同時(shí)接受來(lái)自屏幕上多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互操作[8]。

本系統(tǒng)采用包含Windows 7操作系統(tǒng)和Intenet Explorer 8瀏覽器的多線觸控平臺(tái)。此平臺(tái)包括操作和慣性處理器兩部分。操作處理器會(huì)產(chǎn)生二維旋轉(zhuǎn)矩陣,該矩陣用X和Y坐標(biāo)來(lái)表示轉(zhuǎn)換,為了支持這種平滑運(yùn)動(dòng),Windows 7多點(diǎn)觸控平臺(tái)提供了延時(shí)API[9]。

為滿足系統(tǒng)多點(diǎn)觸控,實(shí)現(xiàn)人機(jī)完美交互,采用分辨率為1 920×1 080的、可6點(diǎn)觸控的LED顯示屏,系統(tǒng)顯示更加清晰,人機(jī)界面更加友好。

3.2 多點(diǎn)觸控GIS及與與傳統(tǒng)非觸控GIS的區(qū)別

多指觸控,是在沒(méi)有傳統(tǒng)輸入設(shè)備(如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等)的條件下能進(jìn)行計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互操作。應(yīng)用于GIS,僅用手勢(shì)即可展示多維度的地理信息,已經(jīng)成為規(guī)劃展覽、應(yīng)急指揮的創(chuàng)新型解決方案。

由于系統(tǒng)是人機(jī)交互的觸控式,通過(guò)用手指進(jìn)行各項(xiàng)操作,因此系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮相對(duì)于鼠標(biāo)多點(diǎn)觸控的多點(diǎn)選擇、模糊定位、手指大小、操作時(shí)的遮擋性等特點(diǎn),每一個(gè)板塊的出現(xiàn)都需要考慮手指大小,以便做出準(zhǔn)確選擇,滿足不同技術(shù)水平和年齡層次人群的操作需求。

該類(lèi)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí),須選用對(duì)觸控屏支持較好的平臺(tái)和插件,以保證系統(tǒng)操作的流暢性;要融入當(dāng)前各種流行的界面元素設(shè)計(jì),在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上界面簡(jiǎn)潔、美觀,交互性好,讓用戶有最直觀的感受;根據(jù)觸控操作和鼠鍵操作的區(qū)別和特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面及各類(lèi)圖標(biāo)。

3.3 多點(diǎn)觸控開(kāi)發(fā)技術(shù)

ArcGIS API for Silverlight是由美國(guó)Esri公司推出的用于在Siverlight平臺(tái)上開(kāi)發(fā)WebGIS應(yīng)用的一套編程接口。應(yīng)用此接口可構(gòu)建富Internet和桌面應(yīng)用,在應(yīng)用中可利用ArcGIS Server和Bing服務(wù)提供的強(qiáng)大的繪圖、地理編碼和地理處理等功能[10]。系統(tǒng)以VS2010+silverlight tools 4 for vs2010+ArcGIS api for silverlight 2.4[11]作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),該平臺(tái)較于其他開(kāi)發(fā)方式能更好地支持多指觸控技術(shù),ArcGIS API for Siverlight類(lèi)庫(kù),Silverlight使用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,以二進(jìn)制或XAML標(biāo)簽的方式發(fā)布,能充分挖掘客戶端系統(tǒng)的性能,提高系統(tǒng)架構(gòu)的整體服務(wù)性能[12]。使用C #[13]語(yǔ)言外加Silverlight Tools for Visual Studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)插件在Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫(kù),完成后的程序可運(yùn)行在Microsoft Intenet Explorer 6.0以上瀏覽器中。

4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用B/S開(kāi)發(fā)模式,以二三維相結(jié)合的方式展示,其中所有功能均可在二維地圖上實(shí)現(xiàn)。同時(shí),系統(tǒng)針對(duì)局部區(qū)域綜合管線數(shù)據(jù)及功能展示,自動(dòng)提示三維窗體切換,可以在三維窗體瀏覽地面模型、建筑物模型及地下管線模型,針對(duì)特殊的管井如雨滴狀管井采用三維建模方式瀏覽,并且可以在三維模式下實(shí)現(xiàn)屬性查詢、斷面分析、爆管分析等功能,如圖3～圖5所示。

圖3 管線查詢

圖4 斷面分析

圖5 爆管分析

5 結(jié) 語(yǔ)

觸控式地下管線展示系統(tǒng)采用ArcGIS API for Siverlight平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā),利用ArcGIS Server服務(wù)接口發(fā)布圖層數(shù)據(jù),解決了數(shù)據(jù)發(fā)布困難、展現(xiàn)效果差的問(wèn)題,同時(shí)與多點(diǎn)觸控技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)的一站式發(fā)布、高效瀏覽查詢、多樣化的展現(xiàn)和豐富的用戶體驗(yàn),全方位立體性地展示了青島市管線設(shè)施的現(xiàn)狀及未來(lái)規(guī)劃,對(duì)建設(shè)B/S架構(gòu)觸控式數(shù)字化地下管線具有一定的借鑒意義。

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Design and Implementation of the Multi-touch Underground Pipeline System

Sun Chengmiao1,2,Jiao Junchao1,2,Hu Zhenbiao1,2
(1.Qingdao Geotechnical Investigation And Surveying Research Institute,Qingdao 266032,China; 2.Qingdao Geomatics and Remote Sensing Center,Qingdao 266032,China)

In order to display underground pipeline through multi-touch screen,the system should be realizing the functions of man-machine interaction friendly,increase the customers’s experience and comfort feeling.In our’s research of urban underground pipeline,multi-touch technology combing with GIS technology was used in the multi-touch screen display platform.The platform was developed on the base of ArcGIS API for Silverlight interface,as well as B/S development model.Now,the system as a thematic exhibition project in Tsingtao Exhibition Hall,named“Tsingtao Hui-Tu”,it has a good operation after the all type of test and operation with experts and the public,the system show that the technology of Silverlight has a good performance in multi-touch screen GIS.

underground pipeline;GIS;multi-touch technology;ArcGIS API for Silverlight

2014—05—16

孫成苗(1988—),女,助理工程師,碩士,研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。